- •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
Расчет обмотки нн (по § 6.3)
Ориентировочное сечение витка, м2,
П'B=254·10-6/1,74=146·10-6м2.
По табл. 5.8 по мощности одной группы расщепленной обмотки S'/2=2666,5 кВ·А, номинальному току группы I1=254 A и напряжению 10,5 кВ выбираем непрерывную катушечную обмотку из прямоугольного алюминиевого провода.
По сечению витка по табл. 5.2 выбираем четыре параллельных провода АПБ сечением 37,14 мм2
изоляцияна две стороны.
Сечение витка П1=4·37,14·10-6=148,56·10-6 м2;
J2=254,0·106/148,56=1,7·106 A/м 2
Канал между катушками принимаем предварительно 5 мм; между группами расщепленной обмотки НН hKP=20мм.
Предварительно определяем число катушек обмотки по (6.63) для одной группы
nКАТ1=(1400/2-20)/(10+5)=680/15=45.
Число витков в катушке ориентировочно по (6.65)
После предварительного распределения витков в катушках обмотки и согласования размеров обмотки НН с размерами обмотки ВН принимаем следующую структуру расщепленной обмотки НН.
Обмотка НН состоит из двух групп левой и правой намотки. Каждая группа наматывается на цилиндре из электроизоляционного картона с размерами Ø490/502х1500 мм на 16 рейках с прокладками между катушками
Рис. 10.3. Трансформатор ТРД-16000/35. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке НН. Все неуказанные каналы по 5 мм
шириной по 50 мм (по § 5.2). Осевой размер обмотки l 1= 1,40 м.
Распределение витков по катушкам в каждой группе
2 катушки А по витка
44 катушки Б по витка
-----------------------------------
Всего 46 катушек, 181 виток
Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 10.3.
Осевой размер обмотки
Радиальный размер обмотки
a1=4·4·4,5·10-3=0,072м.
Внутренний диаметр обмотки
D'1=0,48+2·0,04=0,56м.
Наружный диаметр обмотки
D"1=0,56+2·0,072=0,704м.
Масса металла обмотки (группы) по (7.7)
G01=8,47·103·3·0,632·181·148,56·10-6=432,0 кг.
Масса провода (табл. 5.5)
GПР1=1,050·432=453 кг.
Масса провода обмотки НН
GПРНН=2·453=906 кг.
Расчет обмотки вн (по § 6.3)
Выбираем схему регулирования, аналогичную рис. 6.6, г, с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 120 A. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе
рабочее , т.е. 2220 В;
испытательное , т.е. 4440 В.
Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить
Напряжение, В |
Ответвления обмотки | ||
40425 |
А2А3 |
В2В3 |
С2С3 |
39462,5 |
А3А4 |
В3В4 |
С3С4 |
38500 |
А4А5 |
В4В6 |
С4С6 |
37537,5 |
А5А6 |
В5В6 |
С5С6 |
36575 |
А6А7 |
В6В7 |
С6С7 |
Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении
Число витков на одной ступени регулирования
Напряжения, В |
Число витков на ответвлениях |
40425 |
384+2·10=404 |
39462,5 |
384+10=394 |
38500 |
384 |
37537,5 |
384-10=374 |
36575 |
384-2·10=364 |
Ориентировочная плотность тока
J'2=2JCP-J1=2·1,74·106=1,77·106А/м2.
Обмотка ВН состоит из двух симметричных параллельных ветвей, обеспечивающих работу каждой из групп обмотки НН на свою нагрузку.
В двух верхних и двух нижних катушках каждой из ветвей применяется провод с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм.
Ориентировочное сечение витка
По табл. 5.8 выбираем непрерывную катушечную обмотку (S=16000кВ·А; I2=240 A; UH2=38500 B; П'2=68 мм2).
По сортаменту алюминиевого провода (табл. 5.2) выбираем провод марки АПБ
При J= 1,825-106 А/м2 и b = 9 мм по графикам рис. 5.34,6 находим q = 700Вт/м2. Это значение q получено для катушек, имеющих четыре охлаждаемые маслом поверхности. Для сдвоенных катушек q увеличивается примерно в 1,5 раза. Принимаем конструкцию обмотки со сдвоенными катушками. В сдвоенных катушках две шайбы по 0,5 мм. Между двойными катушками каналы по 5 мм. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10), Схема регулирования по рис. 6.6, г; канал в месте разрыва обмотки hKP=12,5 мм (табл. 4.9), канал между группами обмотки ВН — 30 мм.
Размер провода в катушках с усиленной изоляцией 5,25X10,5 мм.
Осевой размер основных катушек b'=9,5 мм.
Число катушек обмотки ВН в одной группе ориентировочно по (6.63)
Поскольку необходимо сделать несколько увеличенных каналов, принимаем 52 катушки в каждой группе.
Число витков в катушке (ориентировочно)
Общее распределение витков между катушками
4 катушки с усиленной изоляцией Г поxвитков …….27
8 регулировочных катушек Н по 5 витков 40
-------------------------------------------------------------------
Всего 52 катушки 404
Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 10.4.
Рис. 10.4. Трансформатор ТРД-16000/35. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке ВН (одна группа)
Осевой размер обмотки
По испытательному напряжению UИСП=85 кВ и мощности S=16000 кВ·А по табл. 4.5 находим
Канал между обмотками ВН и НН а12,м…………………………………………….……….30
Толщина цилиндра ,мм………………………………………………….………….….……6
Выступ цилиндра за высоту обмотки lЦ2=50
Расстояние между обмотками ВН двух соседних стержней а22, мм………….……………30
Толщина междуфазовой перегородки , мм………………………………….………….…3
Расстояние обмотки ВН до прессующего кольца l'0,2 , мм………………………………….30
Высота прессующего устройства lП………………………………………………….……….30
Расстояние от прессующего устройства до ярма l'П, мм…………………………….………30
Согласно § 4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра Ø728/740х1500мм.
Таблица 10.2. Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТРД-16000/35
Показатели |
Условные oбозиачения катушек |
Всего на стержень |
| ||||
| |||||||
Основные |
Регулировочная Н |
С усиленной изоляцией Г | |||||
| |||||||
Д |
Е |
К | |||||
| |||||||
Число катушек в одной параллельной ветви |
8 |
12 |
20 |
8 |
4 |
52Х-2 |
|
Число витков в катушке |
|
|
8 |
5 |
|
404 X2 |
|
Размеры провода без изоляции, мм |
9X3,75 |
9X3,75 |
9X3,75 |
9X3,75 |
9X3,75 |
— |
|
Размеры провода в изоляции, мм |
9.5Х 4,25 |
9,5Х 4,25 |
9,5Х 4,25 |
9,5Х 4,25 |
10,5Х5.25 |
— |
|
Радиальный размер, м |
0,077 |
0,077 |
0,068 |
0,077* |
0,074 |
— |
|
Сечение витка, мм2 |
65,78 |
65,78 |
65,78 |
65,78 |
65,78 |
— |
|
Плотность, тока106 А/м2 |
1,825 |
1,825 |
1,825 |
1,825 |
1,825 |
_ |
|
Масса провода (на три фазы), кг без изоляции |
99,0 |
149,5 |
222.0 |
56,5 |
38,0 |
565 X2 |
|
с изоляцией |
104,0 |
158,0 |
233,5 |
59,5 |
45,0 |
600 X2 |
|
Диаметры, м внутренний |
0,764 |
0,764 |
0,764 |
0,764 |
0.7П4 |
— |
|
наружный |
0,918 |
0,918 |
0,900 |
0,918 |
0,912 |
— |
|
* В катушку Н вмотать ленты из картона до размера 0,077 м.
Основные размеры обмоток показаны на рис. 10.5. Масса металла обмотки (группы) (по табл. 10.2) G02=565,0 кг.
Масса провода (табл. 5.5) GПР1=600 кг.
Масса провода обмотки ВН =2·600=1200 кг.