- •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
12.2. Применение обобщенного метода к расчету серии трансформаторов
После выбора для каждого типа трансформатора постоянных и варьируемых данных расчет всех вариантов каждого трансформатора проводится по методу, описанному в гл. 3. Рассчитываются коэффициенты А, А1, A2, В1, В2 и С1 выбирается диапазон исследуемых значений (табл. 12.1) и находятся предельные диаметры стержня
и
а затем в пределах между dmin и dmax выбираются стандартные диаметры d1, d2, d3... и находятся соответствующие значения
Дальнейший расчет всех вариантов трансформатора может быть произведен по обобщенному методу так, как это показано в гл. 3 для отдельного трансформатора с различными значениями РК, с последующим построением графиков. При этом расчет трансформатора с заданным значением потерь короткого замыкания РК по типу примера расчета § 3.6 становится одним из однородных элементов расчета трансформатора новой серии с варьированием заданного значения РК. Такой расчет позволяет получить при малой затрате времени достаточно точные результаты для различных серий масляных и сухих трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками.
Обобщенный метод расчета трансформаторов базируется на теоретических положениях общей теории и теории проектирования трансформаторов. Наряду с этим в нем используются некоторые приближенные численные отношения, обозначенные в гл. 3 k, а и b и принимаемые постоянными для каждого данного трансформатора. Эти приближенные отношения определяются по усредненным данным существующих серий трансформаторов. В тех случаях, когда новая серия существенно отличается от существующих, например при значительном улучшении магнитных свойств стали, применении нового проводникового материала, изменении частоты или резком изменении установленного уровня потерь короткого замыкания РК, коэффициенты k, а и b, полученные для соответствующих серий, могут быть поставлены под сомнение. Хотя при таком изменении условий изменение этих коэффициентов можно заранее предугадать и уточнить, как это было, например, сделано при разработке методики расчета трансформаторов с алюминиевыми обмотками до расчета таких серий, далее приводится уточненная методика определения постоянных коэффициентов для любой новой серии.
Радикальное изменение конструкции трансформатора, связанное с переходом от несимметричной плоской магнитной системы к симметричной пространственной системе, приводит, как это видно из § 3.5, к некоторому изменению расчетных формул, относящихся к магнитной системе, и определению потерь и тока холостого хода, но при сохранении стержневой конструкции трансформатора не отражается на параметрах обмоток и не требует изменения постоянных коэффициентов k, а и b.
Уточненный метод обобщенного расчета позволяет с достаточной точностью, путем последовательного приближения, на начальной стадии расчета определить радиальные размеры обмоток а1 а2 и коэффициенты а и b с учетом мощности трансформатора, уровня потерь короткого замыкания и конструкции обмоток. Выбор основных исходных данных, в том числе и коэффициентов k, а и b, а также определение d1, d2, d3... и коэффициента А в этом случае производятся так же, как и при обычном расчете.
Дополнительно к обычному расчету определяются
для всех типов обмоток
(12.1)
при f=50 Гц
(12.2)
для медных обмоток
(12.3)
для алюминиевых обмоток
(12.4)
Коэффициенты D1 и D2 не зависят от d, и Р K и являются общими для всех вариантов расчета данного трансформатора.
При расчете радиальных размеров обмоток первоначально определяется активное сечение, т. е. полное сечение металла каждой обмотки в окне П, и затем учитываются высота обмотки l> и ее коэффициенты заполнения в осевом и радиальном направлениях с учетом изоляции провода, междувитковой, междуслойной и междукатушечной изоляцией и охлаждающих каналов.
Из (12.1) нетрудно получить напряжение одного витка
uB= D1d2. (12.5)
Тогда число витков обмотки
(12.6)
где U' — номинальное напряжение обмотки одного стержня, В.
Коэффициент kРЕГ учитывает наличие регулировочных витков в обмотках ВН и СН. Для обмотки НН kРЕГ =1.
Средняя плотность тока в обмотках, А/м2, может быть найдена из (7,10), (12,3) и (12.4) с учетом того, что d12=ad,
(12.7)
Активное сечение обмотки (сечение металла), м2,
(12.8)
где I',A, S', кВ·А, — ток и мощность обмотки одного стержня.
Радиальный размер обмотки а0 зависит от ее конструкции, полного активного сечения П, осевого размера l, толщины изоляции провода, наличия дополнительной изоляции, например между слоями (общее сечение изоляции ПИ), взаимного расположения витков, наличия и размеров осевых и радиальных каналов внутри обмотки (общее сечение каналов ПК). Все перечисленные признаки в обмотках различных типов сочетаются по-разному. В общем виде радиальный размер обмотки может быть найден так
a0= (П + П K+ ПИ)/l. (12.9)
При детальном рассмотрении обмоток различных типов удобно сечение охлаждающих и изоляционных каналов внутри обмотки определять и учитывать по их размерам. Учет сечения изоляции удобно вести частично по фактическим размерам, частично путем введения коэффициентов. Длина горизонтальных (радиальных) и вертикальных (осевых) охлаждающих каналов определяется соответствующими размерами обмотки а0 и l, а их ширина выбирается из условия обеспечения надлежащего охлаждения обмотки (см. § 9.5) и непосредственно связывается с радиальным а0 или осевым l размером обмотки.
Нормальный размер (ширина) осевого охлаждающего канала в многослойной обмотке масляного трансформатора между двумя частями обмотки для мощностей 10— 630 кВ·А может быть принят по формуле
аK= 0,004 + 0,004l; (12.10)
для мощностей от 1000 кВ·А и более
аK= 0,01l. (12.10а)
В обмотках сухих трансформаторов
где l= .
Размеры радиальных каналов в обмотках могут быть выбраны применительно к мощности трансформатора.
Детальное исследование размещения обмоток разных конструкций в окне трансформатора позволило для масляных трансформаторов получить относительно несложные выражения для определения радиального размера обмотки при расчете по обобщенному методу, приведенные в табл. 12.2 в соответствии с рис. 12.1 и 12.2. Общие выражения для определения радиальных размеров обмоток НН а1 и ВН а2 даны для трансформаторов мощностью от 25 до 63 000 кВ·А классов напряжения 6, 10, 35 и 110 кВ масляных и сухих с медными и алюминиевыми обмотками разных типов. При использовании в расчете этих выражений для отдельных конструкций обмоток следует дополнительно определить следующие величины.
Таблица 12.2. Расчет радиальных размеров обмоток НН и ВН при проектировании новых серий трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками
Мощность, кВ·А |
Тип обмоток |
Формула |
25—630 |
Обмотки НН цилиндрические двухслойные из прямоугольного провода 400, 525 и 690 В |
|
Обмотки ВН (НН) многослойные из круглого провода 6, 10 и 35 кВ |
| |
1000—63 000 |
Обмотки НН винтовые одноходовые 400, 525, 690, 3000, 6000 и 10 000 В |
|
чОбмотки ВН (СН и НН) непрерывные катушечные. Радиальные каналы между всеми катушками 6, 10 и 35 кВ |
| |
Обмотки НН винтовые двухходовые 400, 525, 690, 3000, 6000 и 10 000 |
| |
Обмотки ВН (СН и НН) непрерывные катушечные. Радиальные каналы через две катушки (катушки сдвоены) 6, 10, 35 и 110 кВ |
|
Примечания I. Все линейные размеры в метрах.
Все формулы действительны для масляных и сухих трансформаторов.
Ширина осевых каналов в цилиндрических обмотках по (12.10), (12.10а), (12.106).
Радиальные каналы в винтовых и катушечных обмотках трансформаторов до 25 000 кВ·А —0,005 м, выше — 0,006 м.
Для обмоток ВН многослойных цилиндрических из круглого провода сечение витка, м2,
(12.11)
Затем по полученному П2 определяется коэффициент площади kПЛ, учитывающий отношение площади сечения обмотки к общей площади
Рис. 12.1. Обозначения размеров для цилиндрических обмоток из прямоугольного (а) и круглого (б) проводов
Рис. 12.2. Обозначение размеров для обмоток винтовых одноходовых (а) и двухходовых (б), непрерывных катушечных с одинарными (в) и сдвоенными (г) катушками
сечения металла проводов с учетом междуслойной изоляции,
(12.12)
Обозначения приведены на рис. 12.1,6. Диаметр провода выбирается по сортаменту.
Для винтовых обмоток по (12.6) определяется число витков.
Для обмоток ВН (НН) непрерывных катушечных определяются плотность тока J и осевой размер провода b2 для выбранной плотности теплового потока на поверхности обмоток q и J по (12.7)
для медного провода
; (12.13)
для алюминиевого провода
(12.14)
Для обмоток различных типов должны быть найдены соответствующие коэффициенты заполнения
обмотки НН цилиндрические из прямоугольного провода (10—630 кВ·А)—коэффициент заполнения в осевом направлении, т. е. отношение размера изолированного провода к неизолированному kOC, и коэффициент, учитывающий разгон при намотке провода, kP;
обмотки ВН цилиндрические многослойные из круглого провода (10—630 кВ·А)—коэффициент заполнения площади обмотки kПЛ;
обмотки НН винтовые одно- и двухходовые (1000— 63 000 кВ·А)—коэффициент заполнения обмотки в радиальном направлении kРАД, определяемый аналогично kОС, и коэффициент размещения kРАЗ, определяющий размещение обмотки с учетом дискретности сортамента обмоточного провода и опрессовки картона в обмотках после сушки;
обмотки ВН и НН непрерывные катушечные (1 000— 63 000 кВ·А), аналогично обмоткам винтовым, — два коэффициента— kРАД и kРАЗ. Для обмоток ВН и СН всех трансформаторов следует ввести также коэффициент, учитывающий наличие регулировочных витков kРЕГ — от 1,05 при ПБВ до 1,10—1,16 при РПН.
Ориентировочные значения коэффициентов для современного сортамента провода приведены в табл. 12.3.
После определения а1 и а2 следует уточнить
аР= а12+ (а1+ а2)/3; (12.15)
а = (d + 2а01+ 2а1+ a12)/d (12.16)
b = 2a2/d (12.17)
Таблица 12.3. Сводная таблица значений коэффициентов для обмоток из прямоугольного провода
Тип обмотки |
Назначение обмотки |
Мощность, кВ·А |
Класс напряжения. кВ |
k ОС |
k РАД |
k РАЗ |
Цилиндрические одно- и двухслойные |
НН |
10—630 |
До 1 |
1,07 |
— |
1,06 |
Винтовые |
НН |
1000— 63 000 |
1 — 10 |
— |
1,2 |
1,10 |
Непрерывные катушечные |
ВН (НН) |
1000—6300 |
6, 10 |
— |
1,2 |
1,10 |
35 |
— |
1,3 |
1,10 | |||
Непрерывные катушечные |
ВН, СН (НН) |
10 000—63 000 |
6, 10, 35 |
— |
1,2 |
1,10 |
ПО |
— |
1,65 |
1,10 |
и затем, подставив полученные значения аР, а, b в основные расчетные формулы, вести расчет в обычном порядке, Одна такая ступень последовательного приближения дает достаточно точные результаты.
Необходимо иметь в виду, что для всех вариантов диаметра стержня d и потерь короткого замыкания Р K получаются несколько различающиеся значения a1 и a2. Вследствие этого для всех вариантов получаются различные также а P, а, b и все коэффициенты А, А1, А2, В1, В2, С1, М и , размеры и массы активных материалов рассчитываемого трансформатора. Расчет 20—25 вариантов каждого трансформатора серии является достаточно трудоемкой работой. Последовательное уточнение радиальных размеров обмоток, относительно мало изменяющихся от одного варианта к другому, и их использование в дальнейшем расчете требуют точности расчетов до четвертого знака.
При расчете новой серии, содержащей большое число типов трансформаторов, при необходимости варьировать также другие исходные данные (например, ВС, kС и т.д.) система расчетов может быть запрограммирована для расчета на цифровой ЭВМ.