2. Расчет основных электрических величин

Расчет трансформатора начинается с определения номинальных напря-жений и токов. В силовых трансформаторах нормального исполнения с целью уменьшения массы активных материалов принято располагать первой от стер-жня обмотку низшего напряжения, в связи с этим всем величинам, относящим-ся к обмотке НН, будет присваиваться индекс "1", а для обмотки ВН – индекс "2".

Расчет обмоток производится по фазным напряжениям и токам, которые определяются по схеме соединения соответствующей обмотки. Напоминаем, что в обозначении группы соединения на первом месте всегда указывается схема обмотки ВН независимо от ее расположения на стержне .

Номинальные линейные токи при любой схеме соединения, А,

, (2.2)

где – номинальная мощность по заданию, кВА;

– номинальное линейное напряжение по заданию, кВ;

– номер обмотки.

Фазные токи при соединении Y равны линейным:

при соединении Д –

(2.3)

Фазные напряжения при соединении Y

при соединении Д

. (2.4)

Активная составляющая напряжения к. з., %,

, (2.5)

где – потери к. з. по заданию, Вт.

(Различие размерности в числителе и знаменателе не является опечаткой.)

Реактивная составляющая, %,

, (2.6)

где – напряжение к. з. по заданию, %.

2.3. Расчет основных размеров

Д ля обеспечения достаточной электрической прочности трансформатора необходимо найти минимальные допустимые изоляционные расстояния (промежутки) между элементами обмоток и заземленными деталями конструкции. К таким промежуткам относятся (рис. 2.3) расстояния: от стержня до обмотки HH (a₀₁); между обмотками НН и ВН одной фазы (а₁₂); между обмотками ВН соседних фаз (а₂₂); от обмотки ВН до ярма магнитопро-

вода (l₀₂).

Эти расстояния определяются рабо-чими и испытательными напряжениями соответствующей обмотки. В данной курсовой работе следует принять [1,

с. 183, 184]:

а₀₁ = 15 мм (при  1600 кВА); а₀₁ = 17,5 мм (при  2500 кВА);

а₁₂ = 27 мм; а₂₂ = 30 мм; l₀₂ = 75 мм.

(Здесь указаны минимальные допустимые изоляционные промежутки, при необходимости они могут быть увеличены в разумных пределах.)

Одним из основных критериев, определяющих технико-экономические показатели трансформатора, является соотношение между средней длиной витка и высотой обмоток:

, (2.7)

где – средний диаметр канала между обмотками ВН и НН;

– высота обмотки.

Опыт проектирования и производства трансформаторов показывает, что существует определенный диапазон оптимальных значений при которых трансформатор будет иметь наименьшую стоимость при достаточно удовлетво­рительных эксплуатационных показателях.

Для заданного ряда мощностей и класса напряжения 35 кВ эти диапа­зоны составляют:

для медных обмоток – 1,8 – 2,4;

алюминиевых – 1,2 – 1,6.

Условимся в дальнейшем все величины, носящие предварительный ори-ентировочный характер и подлежащие уточнению в ходе дальнейшего расчета, обозначать верхним штрихом. Так, например, ширина приведенного канала магнитного рассеяния может быть найдена только после конструктивного расчета обмоток, ориентировочное ее значение определяется по формуле, мм:

, (2.8)

где – коэффициент, определяемый мощностью трансформатора и классом напряжения; в настоящем расчете его можно принять для медных обмоток в интервале 5,4 – 4,8, для алюминиевых – 6,5 – 6,0.

Ориентировочный диаметр стержня (диаметр окружности, описанной около ступенчатой фигуры стержня) находится по формуле, мм

(2.9)

где – предварительное значение, принятое ранее;

– ширина канала рассеяния, рассчитывается по формуле (2.8), мм;

– коэффициент приведения поля рассеяния к прямоугольной форме (ко-эффициент Роговского), в предварительном расчете можно принять = 0,95;

– частота питающей сети, Гц;

– принятая индукция в стержне, Тл.

Для дальнейшего расчета следует принять ближайший нормализо­ванный диаметр стержня по следующей шкале, мм: 220; 225; 230; 240; 245; 250; 260; 270; 280; 290; 300; 310; 320; 330; 340; 350; 360; 370; 380; 390; 400; 420 .

По принятому нормализованному диаметру пересчитывается параметр :

, (2.10)

находится предварительный средний диаметр витка, мм:

(2.11)

и ориентировочная высота обмотки, мм:

. (2.12)

По принятому нормализованному диаметру можно найти также активное сечение стали стержня, мм²:

(2.13)

и напряжение на один виток (ЭДС витка), B/ виток:

. (2.14)

По заданным потерям к. з. , Вт, находится ориентировочное значение средней плотности тока в обмотках, А/мм²:

, (2. 15)

где – коэффициент материала, для медных обмоток = 6,75; для алюминиевых – 4,18;

– напряжение на виток, рассчитывается по формуле (2.14), В;

– средний диаметр витка, рассчитывается по формуле (2.11), мм.

Плотность тока обычно лежит в пределах 2,5 – 3,5 А/мм² для медных обмоток и 1,2 – 1,8 А/мм² – для алюминиевых.