- •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
9.9. Примеры расчета тепловой расчет
Трансформатора типа тм-1600/35
В виду того, что суммарные потери короткого замыкания и холостого хода для двух вариантов расчета трансформатора с медными и алюминиевыми обмотками отличаются мало, полный тепловой расчет проводим только для варианта IМ—с медными обмотками.
Тепловой расчет обмоток (по § 9.5). Внутренний перепад температуры:
обмотка НН по (9.9) и по рис. 9.9
где- толщина изоляции провода на одну сторону, q — плотность теплового потока на поверхности обмотки; - теплопроводность бумажной, пропитанной маслом изоляции провода по табл. 9.1
обмотка ВН по (9.9) и рис. 9.9
Перепад температуры на поверхности обмоток:
обмотка НН
где k1=1,0 для естественного масляного охлаждения; k2=1,1 внутренней обмотки НН; 3=0,85 по табл. 9.3 для hK/a=5/30;
обмотка ВН
где k1=1,0 для естественного масляного охлаждения; k2=1,0 для наружной обмотки; 3=0,95 по табл. 9.3 для hK/a=4,5/42.
Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу:
обмотка НН
обмотка ВН
Тепловой расчет бака (по § 9.6). По табл. 9.4 в соответствии о мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с радиаторами и прямыми трубами по рис. 9.16. Минимальные внутренние размеры бака — по рис. 9.18, а и б.
Рис. 9.18. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант 1М— медные обмотки:
а и б — определение основных расстояний от обмотки ВЦ до пенки бака; s — размещение активной части трансформатора в баке
Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.
Минимальная ширина бака по рис. 9.18, а, б
Изоляционные расстояния:
s1=40 мм (для отвода UИСП=85кВ покрытие 4 мм, расстояние до стенки бака по табл. 4.11);
s2=42 мм (для отвода UИСП=85кВ покрытие 4 мм, расстояние до прессующей балки ярма по табл. 4.11);
s3=25 мм (для отвода UИСП=5кВ без покрытия, расстояние до стенки бака по табл. 4.11);
s4=90 мм (для отвода UИСП=до 30кВ для обмотки UИСП=85кВ отвод без покрытия по табл. 4.12).
Ширина бака
Принимаем В = 0,76 м при центральном положении активной части трансформатора в баке.
Длина бака
Высота активной части
где высота стержня 0,81 м; высота ярма 0,25 м и толщина бруска между дном бака и нижним ярмом 0,05 м.
Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН по табл. 9.5
НЯ,К=400мм=0,4м.
Глубина бака
Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с прямыми трубами по рис. 9.16 с расстоянием между осями фланцев Ар=1615 мм (табл. 9.9), с поверхностью труб ПТР=4,961 м2и двух коллекторов ПК,К=0,34 м2. Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята
где с1 и с2 — расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл. 9.9.
Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН
Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет
Принимая предварительно перепад температуры на внутренней оверхности стенки бака и запас 20С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха
Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака
Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами по 19.35)
Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значенияпо (9.30)
Поверхность конвекции составляется из:
поверхности гладкого бака ПК,ГЛ=8,045 м2;
поверхности крышки бака
где 0,16 — удвоенная ширина верхней рамы бака; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.
Поверхность конвекции радиаторов
Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки (табл. 9.6).
x
Необходимое число радиаторов
Принимаем 10 радиаторов с расположением по рис. 9.19.
Рис. 9.19. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант I М— медные обмотки. Расположение радиаторов на стенке бака
Поверхность конвекции бака
Поверхность излучения по рис. 9.19
ПИ=12,2 м2.
Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха по § 9.7.
Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха по (9.49)
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы по (9.50)
Превышение средней температуры масла над температурой воздуха
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха
Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:
Превышения температуры масла в верхних слоях и обмотоклежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ11677-85.
Вариант II а. Трансформатор ТМ-1600/35 с алюминиевыми обмотками. Для этого варианта проводим только расчет превышений температуры обмоток над температурой масла.
В обмотке НН многослойной цилиндрической из алюминиевой ленты с прослойками между витками из кабельной бумаги возникает внутренний перепад температуры, определяемый по (9.10).
Потери в единице объема обмотки по (9.16а)
где для обмотки из алюминиевой ленты, не имеющей изоляции непосредственно на витках
<SUB
Средняя теплопроводность обмотки НН по (9.17)
Поскольку по табл. 9.1 для междуслойной изоляции (кабельная бумага в масле) а теплопроводность неизолированной алюминиевой ленты вторым слагаемым в знаменателе выраженияможно пренебречь. Тогда
Полный внутренний перепад температуры в обмотке НН
Средний внутренний перепад
Для обмотки ВН
где a=2,8мм; а'=3,3мм; b=5,0мм; b'=5,5мм;
Полный внутренний перепад температуры в обмотке ВН
где 0,0208 — радиальный размер внешней катушки Г обмотки ВН.
Средний внутренний перепад
Перепад температуры на поверхности обмоток по (9.19):
обмотка НН
обмотка ВН
Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН
Превышения средней температуры обмоток над температурой масла:
обмотка НН
обмотка ВН