- •Расчёт трансформаторов предисловие
- •Глава первая общие вопросы проектирования трансформаторов
- •1.1. Современные тенденции в производстве трансформаторов в ссср
- •1.2. Основные материалы, применяемые в трансформаторостроении
- •1.3. Экономическая оценка рассчитанного трансформатора
- •2. Цены на сталь марок 3404, 3405 и 3406 составляют соответственно 833, 902 и 939 руб. За 1 т.
- •1.4. Стандартизация в трансформаторостроении
- •2. Знаком «**» отмечены параметры короткого замыкания для трансформаторов 25 – 250 кВа при схеме соединения у/zн - 11 и для трансформаторов 400 – 630 кВа при схеме д/ун –11.
- •3. Трансформаторы с рпн мощностью 400 и 630 кВа и напряжением нн 0,4 и 0,69 кВ изготовляются с потерями короткого замыкания на 10 % больщими, чем указано в таблице.
- •3. Значения потерь и напряжения короткого замыкания указаны на основном ответвлении.
- •1. Все понижающие трансформаторы с рпн.
- •Напряжения 110 кВ на специальном стенде
- •Однофазные: а — стержневой; б — броневой; в и г — бронестержневые с расщеплением мощности между стержнями; трехфазные; д — стержневой; е — бронестержневой; ж — броневой; з — навитой стержневой
- •С открытыми дверцами кожуха
- •2.2. Выбор марки стали и вида изоляции пластин
- •2. В скобках приведены справочные данные, ненормируемые гост 21427.1-83
- •Углу магнитной системы: а — прямой стык; 6 — косой стык
- •1. При прессовке стержней путем расклинивания с внут.Ренней обмоткой (до 630 кВ•а), а также в навитых элементах пространственных магнитных систем k3 , полученное из таблицы, уменьшить на 0,01.
- •2. По этой таблице можно определить также значения k3 для стали тех же толщин, выпускаемой иностранными фирмами.
- •3. При использовании листовой холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм уменьшить k3, полученное из таблицы, на 0,01 дополнительно к прим. 1.
- •1. 1. В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100 000 кВ-а и более допускается индукция до 1,7 Тл.
- •2. 1, При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформато. Ров индукция до 1,4—1,45, сухих — до 1,2—1,3 Тл.
- •2.3. Конструкции магнитных систем силовых трансформаторов
- •1. В коэффициентеkкр учтено наличие охлаждающих каналов в сечении стержня.
- •2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
- •3. Для пространственной магнитной системы по рис. 2.6, а значениеkкр полученное из таблицы, уменьшить на 0,02.
- •1. В коэффициенте kкручтено наличие охлаждающих каналов в сечении стержня.
- •3. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
- •Охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы
- •1. В масляных трансформаторах ширина продольного камола 6, поперечного - 10 мм.
- •2. В сухих трансформаторах ширина продольного канала 20 мм.
- •Глава третья расчет основных размеров трансформатора
- •3.1. Задание на проект и схема расчета трансформатора
- •Глава третья расчет основных размеров трансформатора
- •3.1. Задание на проект и схема расчета трансформатора
- •3.2. Расчет основных электрических величин трансформаторов и автотрансформаторов
- •3.3. Основные размеры трансформатора
- •3.4. Методы расчета трансформаторов. Основы обобщенного метода
- •3.5. Проектирование отдельного трансформатора по обобщенному методу
- •2. Для однофазных трансформаторов определять kд по мощности 1,5 s.
- •3.7, Ориентировочные значения со, ссти kо,с в формулах (3.53) и (3.54)
- •3.6. Анализ изменения некоторых параметров трансформатора с изменением β (пример расчета)
- •3.7. Определение основных размеров трансформатора
- •Глава четвертая изоляция в трансформаторах
- •4.1. Классификация изоляции в трансформаторах
- •4.2. Общие требования. Предъявляемые к изоляции трансформатора
- •4.3. Электроизоляционные материалы, применяемые в трансформаторостроении
- •4.4. Основные типы изоляционных конструкции
- •4.5, Определение минимально допустимых изоляционных расстоянии для некоторых частных случаев (масляные трансформаторы)
- •4. Толщина угловой шайбы 0,5—1 мм.
- •4.6. Определение минимально допустимых изоляционных расстояний в сухих трансформаторах
- •Глава пятая выбор конструкции обмоток трансформаторов
- •5.1. Общие требования, предъявляемые к обмоткам трансформатора
- •5.2 Конструктивные детали обмоток и их изоляция
- •2. Без скобок указана номинальная толщина изоляции. Размеры катушек считать по толщине изоляции, указанной в скобках.
- •2. Для промежуточных значений диаметра провода и толщины изоляции можно пользоваться линейной интерполяцией.
- •5.3. Цилиндрические обмотки из прямоугольного провода
- •5.4. Многослойные цилиндрические обмотки из круглого провода
- •5.5. Винтовые обмотки
- •5.6. Катушечные обмотки
- •5.7. Выбор конструкции обмоток
- •3. Плотность тока в обмотках из транспонированного провода выбирается так же, как и для медного или алюминиевого провода.
- •2. Плотность тока в обмотках из алюминиевой ленты выбирается, как для алюминиевого провода.
- •Глава шестая расчет обмоток
- •6.1. Расчет обмоток нн
- •6.2. Регулирование напряжения обмоток вц
- •6.3. Расчет обмоток вн
- •Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода (рис. 6.10)
- •Расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода
- •Расчет непрерывкой катушечной обмотки (рис. 6,12)
- •6.4. Примеры расчета. Расчет обмоток Трансформатор тм-1600/35. Вариант im— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.)
- •Трансформатор тм-1600/35. Вариант iIа — алюминиевые обмотки (продолжение примера расчета § 3.6)
- •Глава седьмая расчет параметров короткого замыкания
- •7.1. Определение потерь короткого замыкания
- •Основные потери в обмотках
- •Добавочные потери в обмотках.
- •(Стрелкой показано направление индукционных линий поля рассеяния обмотки Фр)
- •Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора.
- •Напряжения короткого замыкания в
- •Трехобмоточном трансформаторе.
- •Распределение поля рассеяния при
- •Нагрузке двух крайних обмоток і и іі.
- •7.2. Расчет напряжения короткого замыкания
- •Трансформатора.
- •Середине высоты на две фиктивные обмотки.
- •7.3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании.
- •Изгибе; в – потеря устойчивости внутренней обмоткой.
- •Из электрокартонных шайб, 3-ярмовая
- •Изоляция, 4-стальное разрезное кольцо
- •Или неразрезное неметаллическое
- •Кольцо, 5- прессующий винт.
- •7.4. Примеры расчета. Расчет параметров короткого замыкания Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант 1м - медные обмотки
- •Типа тм-1600/35. Вариант Iм, медные обмотки:
- •Up (меньшее значение lx) и осевых механических сил (большее значение lx); б – распределение осевых механических сил.
- •Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант ііа- алюминиевые обмотки
- •Глава восьмая. Расчет магнитной системы трансформатора
- •8.1. Определение размеров магнитной системы
- •Плоской магнитной системы.
- •Пространственной магнитной системы по (8.16)
- •Пространственной магнитной системы по рис. 2.6, а.
- •Магнитной системы по рис. 2.6,б
- •8.2. Определение потерь холостого хода трансформатора
- •Потери в холоднокатаной стали при прямых и косых стыках.
- •Системе; б – в шихтовой магнитной системе.
- •Пространственной магнитной системе:1 - по пакетам стержня;2 - по кольцевым пакетам (слоям) ярма.
- •Пространственной магнитной системы (1-я и 3-я гармонические, результирующая кривая)
- •8.3. Определение тока холостого хода трансформатора
- •Магнитной системе:1 - верхнее ярмо; 2 – верхний немагнитный зазор; 3 - немагнитная прокладка;
- •Магнитным клеем; 6 - крестообразная немагнитная прокладка; 7 - нижнее ярмо.
- •8.4. Примеры расчета. Расчет магнитной системы трансформатора
- •Расчет потерь холостого хода по § 8.2.
- •Расчет тока холостого хода по § 8.3.
- •Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант ііа - алюминиевые обмотки Определение размеров магнитной системы и массы стали по § 8.1.
- •Алюминиевые обмотки:а - сечения стержня и ярма;
- •Расчет потерь холостого хода по § 8.2.
- •Расчет тока холостого хода по § 8.3
- •Глава девятая тепловой расчет трансформатора
- •9.1. Процесс теплопередачи в трансформаторе
- •Внутреннего перепада температуры;б – распределение перепада температуры по сечению обмотки
- •И направление конвекционных токов масла в трансформаторе с трубчатым баком:1 - обмотка; 2 - масло в баке; 3 - стенка трубы
- •Для гладкого и трубчатого баков и бака с радиаторами.
- •Трансформаторного масла с изменением его температуры
- •Масла трансформатора и ее превышения над температурой воздуха при изменении температуры охлаждающего воздуха.
- •9.2. Краткий обзор систем охлаждения трансформаторов
- •9.3. Нормы предельных превышений температуры
- •9.4. Порядок теплового расчета трансформатора
- •9.5. Поверочный тепловой расчет обмоток
- •9.6. Тепловой расчет бака
- •2. Минимальные расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака с1ис2— соответственно 0,085 и 0,10 м.
- •Числом труб 1x2x16-32
- •9.7.Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла
- •9.8. Приближенное определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора
- •9.9. Примеры расчета тепловой расчет трансформатора типа тм-1600/35
- •Глава десятая
- •Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний
- •Расчет обмотки нн (по § 6.3)
- •Расчет обмотки вн (по § 6.3)
- •Расчет параметров короткого замыкания
- •Расчет напряжения короткого замыкания (по § 7.2)
- •Расчет магнитной системы {по § 8.1—8.3)
- •Тепловой расчет трансформатора
- •10.2. Пример расчета обмоток трансформатора типа
- •10.3. Пример расчета трехфазного двухобмоточного трансформатора типа трдн-63000/110, 63 000 кВ·а, с рпн и пониженной массой стали магнитной системы
- •Глава одиннадцатая анализ влияния исходных данных расчета на параметры трансформатора
- •11.1. Влияние индукции на массы активных материалов и некоторые параметры трансформатора
- •11.2. Влияние потерь короткого замыкания, коэффициента заполнения kС и изоляционных расстояний на массу и стоимость активных материалов трансформатора
- •Глава двенадцатая проектирование серий трансформаторов
- •12.1. Выбор исходных данных при проектировании серии
- •12.2. Применение обобщенного метода к расчету серии трансформаторов
- •12.3. Выбор оптимального варианта при расчете серии трансформаторов
10.3. Пример расчета трехфазного двухобмоточного трансформатора типа трдн-63000/110, 63 000 кВ·а, с рпн и пониженной массой стали магнитной системы
Одним из главных требований, предъявляемых к вновь проектируемым сериям силовых трансформаторов, является существенное уменьшение металла- и материалоемкости, а также общих масс и габаритов их конструкций. Эта задача может быть решена путем выбора уменьшенных значений и вытекающего отсюда существенного уменьшения массы стали магнитной системы при некотором увеличении массы металла обмоток (см. § 3.6).
Задание. Рассчитать трансформатор с уменьшенной массой стали магнитной системы со следующими данными. Номинальная мощность S= 63 000 кВ·А; частота f=50 Гц; число фаз m=3. Обмотка НН расщепленная на две группы мощностью по 31 500 кВ·А каждая. Напряжения номинальные ВН U1 = 115 000± (9·1,78 %), В, РПН; НН U2= = 10 500 В каждой группы. Схема и группа соединений Ун/Д-Д-11-11. Охлаждение естественное масляное с дутьем (МД), Режим работы продолжительный. Установка наружная.
Параметры холостого хода и короткого замыкания потери холостого хода РХ не более 50 кВт; ток холостого хода i0 не более 0,3 %; напряжение короткого замыкания на основном ответвлении (при номинальной мощности) uK= 10,5%; потери короткого замыкания Р K не более 240 000 Вт.
Выбор исходных данных. Магнитная система плоская, стержневая несимметричная шихтованная, с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными на среднем стержне по рис. 2.17, в. Сталь холоднокатаная текстурованная рулонная марки 3405 толщиной 0,30 мм. Расчетная индукция В C = 1,65 Тл.
Обмотки ВН и НН из медного провода. Конструкция обмотки НН винтовая одноходовая расщепленная, т. е. разделенная на две само cтоятельные, гальванически не соединенные части, расположенные в осевом направлении одна относительно другой по рис. 10.11 с мощностью 31 500 кВ·А каждая.
Обмотка ВН в главной части, обеспечивающей номинальную мощность, состоит из двух параллельных ветвей, взаимно расположенных в осевом направлении стержня, с вводом линейного конца в середину высоты и общей нейтралью со стороны верхнего и нижнего ярм. Регулировочная часть обмотки ВН располагается концентрически с главной частью (рис. 10.11). Главная часть обмотки ВН рассчитывается на номинальную мощность и регулировочная часть на 9·1,78 % =16% номинальной мощности.
Регулирование напряжения под нагрузкой осуществляется посредством устройства переключения с активными сопротивлениями по рис. 6.7, в при включении регулировочной обмотки РО встречно (до -16%) или согласно (до+16%) с реверсированием по принципиальной схеме рис. 10.12.
Номинальные токи обмоток
линейные
фазные
Рис. 10.11. Трансформатор ТРДН-63000/110. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора1-обмотка ВН, главная часть; 2 -обмотка НН; 3-обмогка ВН, регулировочная часть.
Рис. 10.12. Трансформатор ТРДН-63000/110. Принципиальная схема регулирования напряжения на обмотке ВН
Испытательные напряжения обмотки ВН — линейный конец UИСП1= 200 кВ; нейтраль обмотки UИСП1 = 100 кВ; обмотки НН — UИСП2 = 35 кВ.
Главная изоляция обмоток трансформатора по рис. 4.7.
Основные изоляционные расстояния обмоток ВН а12=50 мм; i'0 = 75 мм; i"0 =205 мм; a13=50 мм; а33=35 мм. Для обмотки НН а0Ц = 8 мм (по табл. 4.4); бумажно-бакелитовый цилиндр =10 мм (Согласно § 7.3); канал между цилиндром и обмоткой НН для размещения отводов НН от середины ее высоты аУ2=25 мм. Всего a01=8+10+25=43 мм. Расстояния i'0 и i"0 от ярм такие же, как и для обмотки ВН. В дальнейшем принимаются l0= (l'0 + l"0)/2. Прессующие кольца обмоток ВН и НН неметаллические, склеенные, древесно-cлоистые.
Основное выражение
по (3.28) и табл. 3.3 с прим. 7; а12=0,05 м; а P=0,05+0,05=0,10 м.
Принимаем kP = 0,95;
ua= PK/(10S) = 240 000/(10·63000) = 0,328 %;
В C = 1,65 Тл; kKP=0,930 (табл. 2.5); k3=0,96 (табл. 2.2); kC = 0,93·0,96= 0,893.
Основные расчетные коэффициенты по (3.30), (3.35), (3.36), (3.43), (3.44) и (3.52)
где а=1,45-по табл. 3.4; kЯ= 1,015 по табл. 2.8; b1=0,25 по табл. 3.5, прим. 3; е=0,41 на основании пояснения к {3.41); b3= (16/100) b1 = (16/100) ·0,25=0,04,
В соответствии с прим. 1 к табл. 3.12 принимается =1,35. Тогда диаметр стержня магнитной системы. Ближайший диаметр из нормализованного ряда dН=0,630 м. Значение , соответствующее нормализованному значению диаметра,
Масса стали
Масса металла обмоток на основном ответвлении (при номинальной мощности)
Для определения массы металла регулировочной обмотки необходимо найти ее средний диаметр
Полная масса металла обмоток
Расчет массы стали магнитной системы, потерь и тока холостого дается в гл. 8.
Основные размеры магнитной системы диаметр стержня d =0,63 мм; расстояние между осями стержней
По табл. 8.7 находим
сечение стержня
сечение ярма
объем стали угла
Масса стали ярм по (8.8)
по (8.9)
Масса стали угла
Масса стали ярм
Для расчета массы стали стержней определяем
высоту обмоток
длину стержня
По (8.12)
По (8.13)
где а1Я=615 мм по табл. 8.5; G" C учитывает массу объема стали между торцом стержня и углом ярма.
Таблица 10.3. Сравнение данных расчета трансформатора типа ТРДН-63000/110, рассчитанного по § 10.3, с трансформатором, отвечающим требованиям по ГОСТ 12965-74
Расчет |
|
BC , Тл |
d, м |
С, м |
l, м |
GCT,кг |
GO,кг |
PX,Вт |
i0 , % |
РК, Вт |
По § 10.3 |
1,365 |
1,65 |
0,63 |
1,28 |
2,380 |
29 423 |
13 567 |
49 602 |
0,262 |
240 000 |
По ГОСТ 12965-74 |
1,799 |
1,543 |
0,71 |
1,50 |
2,015 |
37 119 |
12 292 |
59 000 |
Не более 0,600 |
245 000 |
Масса стали стержней
Потери холостого хода по (8.32)
где kП,Д=1,20; ВС = 1,65 Тл; ВЯ= 1,65·0,27768/0,28397= 1,613 Тл; рС= 1,263 Вт/кг; рЯ=1,179 Вт/кг (по табл. 8.10); kП,У =9,74 (по табл. 8.13);
Ток холостого хода по (8.44)
где k'П,Д =1,20; k"П,Д =1,15; kТ,ПЛ = 1,18 по тексту пояснения к (8.44) и по табл. 8.21 для ширины второго пакета ярма по табл. 8.5 и 8.21; kТ,У =34,20 по табл. 8.20.
Для стали стержней qC = 1,866 В·А/кг; для стали ярм qЯ = = 1,665 В·А/кг по табл. 8.17 для индукций 1,65 и 1,613 Тл. Площади немагнитных зазоров на прямом стыке ПЗ2=0,27768 м2; на косом стыке ПЗ1=0,27768√2=0,39261 м2. Магнитные индукции на прямом стыке ВЗ2=1,65; на косом стыке BЗ1 = 1,65/√2=l,167 Тл. Соответствующие удельные намагничивающие мощности для прямых стыков qЗ2 = 22 460 В·А/м2, для косых стыков qЗ1=3240 В·А/м2. Число косых стыков nЗ1 = 6, число прямых — nЗ2=2 (табл. 8.17);
QХ= 1,20·1,15·1,866 (15 862 + 0,5·34,20·1,18·1132,5) +
+ 1,20·1,15·1,605 (13 439 — 6·1132,5 + 0,5·34,20·1,18·1132,5) +
+ 1,15(3240·6·0,39261 +22 460·2·0,27768) = 165046 В·А.
Ток холостого хода i0= 165 046/(10·63 000) =0,262 %.
В табл. 10.3 приведено сравнение данных рассчитанного трансформатора с данными трансформатора того же типа, рассчитанного с параметрами холостого хода и короткого замыкания, соответствующими требованиям ГОСТ 12965-74.