- •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 параметров короткого замыкания
Потери короткого замыкания по (§ 7.1). Основные потери по (17.4)
обмотка НН
РОСН2=12,75·10-12J2GA=12,75·10-12·1,712·1012·432·2=32230 Вт.
Добавочные потери в обмотке НН по (7.15)
(предварительно принимаем kP=0,95);
обмотка ВН (при номинальном числе витков)
заданного значения.
Добавочные потери в обмотке ВН
Рис. 10.5. Трансформатор ТРД-16000/35. Основные размеры обмоток
Катушки Д и Е
kД2=1+0,037·108·0,405·3,754x10-12·182=1,097
Катушки К
kД2=1+0,037·108·0,405·3,754x10-12·162=1,077
Катушки Н
kД2=1+0,037·108·0,405·3,754x10-12·102=1,03
Катушки Г
kД2=1+0,037·108·0,405·3,754x10-12·142=1,059
Основные потери в отводах
отводы НН
lОТВ1=14·1,4=19,6м;
GОТВ1=19,6·148,56·10-6·2700=7,85кг
РОТВ1=12,75·10-12·1,712·1012·7,85·2=585Вт;
отводы ВН
lОТВ2=7,5·1,4=10,5м;
GОТВ1=10,5·65,78·10-6·2700=1,9кг
РОТВ2=12,75·10-12·1,8252·1012·1,9·2=160Вт
Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и табл. 7.1
Полные потери короткого замыкания
или 92425·199/90000=102,7% заданного значения.
Расчет напряжения короткого замыкания (по § 7.2)
Активная составляющая
ua=PK/(10S)=92425/10·16000)=0,575%
Реактивная составляющая по (7.32)
где
[по (7.35) и рис. 10.6].
Напряжение короткого замыкания
или
Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2.
Рис. 10.6. Трансформатор ТРД-16000/35. Определение зоны разрыва в обмотке ВН при расчете up и осевых механических сил
Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания
где при up/ua=8,03/0,575=13,95 по табл. 7.3
Радиальная сила по (7.43)
Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49)
Среднее сжимающее напряжение в проводах внутренней обмотки
Осевые силы по рис. 7.11, в
где 1х—112,5 мм по рис. 10.6; расположение обмоток по рис. 7.11, в; m = 4; после установления размеров бака l"=310 мм. Максимальные сжимающие силы в обмотках
FСЖ1 =F'ОС+F"ОС=60600+201000+27100Н;
FСЖ2=F"ОС- F'ОС=201000-60600=140400Н.
Наибольшая сжимающая сила наблюдается в средине высоты обмотки НН (1), где
FСЖ1 =271600 Н.
Напряжение сжатия на междувитковых прокладках
что ниже допустимого 18—20 МПа.
Температура обмотки через tk=5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54а)
Время достижения температуры 200 0С для обмоток
Расчет магнитной системы {по § 8.1—8.3)
Выбираем конструкцию плоской трехфазной магнитной системы, собираемой в переплет (шихтованной) по схеме рис. 10.7, с четырьмя косыми стыками и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне. Стержень прессуется бандажами из стеклоленты, ярма — балками и стальными полубандажами. Обмотки прессуются прессующими кольцами.
Сечение стержня с 14 ступенями без прессующей пластины, размеры пакетов по табл. 8.5. Сечение ярма повторяет сечение стержня, три последних пакета ярма объединены в один с шириной пластины 270 и толщиной 34 мм; в ярме 11 ступеней. В стержне и ярме два продольных канала по 3 мм.
Рис. 10.7. Трансформатор ТРД-16000/35. Размеры магнитной системы
Полное сечение стержня
ПФ,С=1688,9 см2(табл.8.7).
Активное сечение
ПС=0,97·1688,9=1638 см2.
Полное сечение ярма
ПФ,Я=1718,7 см2.
Активное сечение ярма
ПЯ=0,97·1718,7=1665 см2.
Ширина ярма
bЯ=2·212=424 мм.
Длина стержня при наличии нажимного кольца по (8.3)
Расстояние между осями соседних стержней
С=D"1+a11=0,918+0,032=0,95 м.
Объем угла по табл. 8.7 VУ=68274 см3.
Масса стали угла по (8.6)
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по (8.12)
G'C=3·1638·10-4·1,62·7650=6120 кг.
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма по (8.13)
G"C=3(1638·10-4·0,465·7650-506)=231 кг.
Масса стали стержней
GC=G'C+G"C=6120+231=6351 кг.
Масса стали в ярмах по (8.8) — (8.10)
G'Я=2(3-1)·0,95·1665·10-4·7650=4840 кг;
G"Я=2·506=1012 кг;
GЯ= G'Я+ G"Я=4840+1012=5852 кг.
Полная масса стали трансформатора
GСТ= GC+GЯ=6351+5852=12203 кг.
Раcчет потерь и тока холостого хода (по § 8.2). Магнитная система шихтуется из электротехнической тонколистовом рулонной холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм.
Индукция в стержне
Индукция в ярме
По табл. 8.10 находим удельные потери
при ВС=1,605 Тл qC=1,82 В·А/кг; qЗ,С=23900 B·А/м2; (шихтовка водну пластину);
при ВЯ=1,58 Тл рЯ=1,251 Вт/кг;
при Ва=1,605/=1,13 Тл р3=337 Вт/м2.
Потери холостого хода по (8.32)
Потери холостого хода Рх=22 050 Вт, или 22 050 · 100/21 000 = 105 %
По тексту гл. 8 и табл. 8.13 находим коэффициенты для стали 3404 толщиной 0,35 мм при наличии отжига kП,Я=1,0; kП,Р=1,05; kП,З=1,0;
KПЛ=1,0; kП,Ш=1,09; kП,П=1,04; kП,У=9,38.
Число косых зазоров 5, прямых— 1.
По табл. 8.17 находим удельные намагничивающие мощности
при ВС=1,605 Тл qC=1,31 В·А/кг; qА,С=649 Bт/м2;
при ВЯ=1,58 Тл qЯ=1,675 В· A/кг;
при ВЗ=1,13 Тл р3=2950 Вт/м2.
Полная намагничивающая мощность по (8.43)
По тексту гл. 8 и табл. 8.12, 8.20 и 8.21 находим коэффициенты kТ,Р=1,18; kТ,А=1,0; kТ,Я=1,0 (при наличии отжига пластин); kТ,У=35,2; kТ,ПЛ=1,2; kТ,Я=1,0;
KТ,П=1,06; kТ,Ш=1,09.
Относительное значение тока холостого хода
i0=98000/(10·16000)=0,613%
или 0,613·100/0,6=102,2% заданного значения.
Активная составляющая тока холостого хода
i0a=22050/(10·16000)=0,138%.
Реактивная составляющая
Ток холостого хода (для обмотки НН)
I0=98000/(3·10500)=3,12А;
I0а=22050/(3·10500)=0,7 А;
I0Р=3,04А.
Коэффициент полезного действия трансформатора