Материал: Проектирование трансформатора ТМ-1950/20/0,69

 (110)

Здесь  ЭДС одного витка из расчета обмоток (см. выше); f = 50 Гц;

ПС, ПЯ, см2 - сечения стержня и ярма соответственно.

Удельные потери ρ, Вт/кг в холоднокатанной текстурованной стали 3405 в зависимости от индукции определяем по [1] табл.4.1:

Применим при сборке магнитной системы число косых стыков - 5, число прямых - 1. Тогда коэффициент Куп = 9,74 (по [1], табл.4.2).

Резка стальных пластин, закатка или срезание заусенцев после резки, опрессовка стержней и ярм при сборке магнитопровода, расшихтовка и зашихтовка верхнего ярма для насадки обмоток на стержни приводят к увеличению потерь в стали. Общее увеличение потерь из-за технологических факторов может быть учтено коэффициентом Кпq. Применение отжига пластин после их резки и закатки заусенцев приводит к уменьшению добавочных потерь. В этом случае коэффициент Кпq =1,15.

Потери холостого хода в плоской магнитной системе стержневого типа:

, (111)

где все величины - см. выше в этом и предыдущем пункте.

Потери холостого хода не превышают допустимые 7,5% по ГОСТ:

.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Ток в первичной обмотке трансформатора, протекающий при холостом ходе, называют током холостого хода.

Активная составляющая тока холостого хода зависит от потерь холостого хода:

, (112)

где  - см. выше; - номинальная мощность трансформатора.

Реактивную составляющую тока холостого хода определяют по намагничивающей мощности трансформатора . Для этого магнитную систему делят на четыре участка: стержни; ярма, за исключением углов магнитопровода; углы и немагнитные зазоры в местах стыков пластин стали стержней и ярма.

Намагничивающая мощность  равна сумме намагничивающих мощностей всех участков с учетом следующих дополнительных коэффициентов:

.  - коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3404, 3405 с отжигом пластин .

.  - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярма магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхней части ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ∙А .

.  - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы ([1], табл. 4.4), .

.  - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета стержня или ярма ([1], табл. 4.5), .

Для косых стыков индукцию и сечение немагнитного зазора определяем соответственно:

 (113)

 (114)

где - сечение стержня (см. выше).

Полная намагничивающая мощность

 (115)

где ,  − удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярма, определяются по [1], табл. 4.6 для индукций  и  соответственно; ,  - число прямых (1 шт.) и косых (5 шт.) стыков пластин стали ярма и стержней (см. [1], табл. 4.4, рис.4.3, б); ,  - удельные намагничивающие мощности для зазоров, определяются по [1], табл. 4.6 по индукциям  в прямых и  (см. выше); , (см. выше) - площади зазоров (стыков) для прямых и косых стыков соответственно.

Реактивная составляющая тока холостого хода:

 (116)

Полный ток холостого хода:

 (117)

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданное в пределах ГОСТ - 15% = 1,3 %:

 (118)

Коэффициент полезного действия трансформатора:

. (119)

7. Тепловой расчет трансформатора

.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний теплоперепад в изоляции одного провода:

θ0 = q∙δ/λиз, (120)

где q - плотность теплового потока на поверхности рассматриваемой обмотки (из расчета обмоток):

δ - толщина изоляции провода на одну сторону; δ1 = 0,25 мм;

λиз = 0,17 Вт/мм 0С - теплопроводность изоляции провода (для кабельной бумаги в масле).

θ01 = (1031,813∙0,25/0,17)∙10-3 = 1,517 0С;

θ02 = (748,096∙0,25/0,17)∙10-3 = 1,100 0С;

Среднее значение внутреннего теплоперепад:

θср01 = 2/3 θ01= 1,012 оС;

θср02 = 2/3 θ02 = 0,733 оС.

Отношение ширины радиальных потоков:

`k1 = hk1/a1 = 0,48/ 4 = 0,115, (121)`k2 = hk2/a2 = 0,45/ 5,29 = 0,085. (122)

Перепад температуры на поверхности обмоток (катушечной) НН:

θом1 = 0,35∙К1∙К2∙q0.6, (123)

где К1, К2 - коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины радиального охлаждающего канала h`k (определяем по [1], табл.5.1) К1 = 1,1; К2 = 1,0 - для НН; К1 = 1,0; К2 = 1,05 - для ВН.

θом1= 0,35∙1,1∙1,0∙(1031,813)0,6 = 24,753 оС,

θом2= 0,35∙1,0∙1,05∙(748,096)0,6 = 19,482 оС.

Среднее превышение температуры над средней температурой охлаждающего масла:

θом ср= θоср+θом; (124)

θом ср1 = 1,012 + 24,753 = 25,764 оС.

θом ср2 = 0,733 + 19,482 = 20,215 оС.

.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Определим длину А и ширину В бака:

А = 2∙С + D``2 + 2∙S5; (125)

В = D``2+S1+S2+d1+S3+S4+d2, (126)

где изоляционные расстояния (по [1], табл.5.3):

S1 = 5 см;            d1 = 2,0 см;= S3 = S4 = 5 см; d2 = d1 = 2,0 см; S5 = 8.4 см;

С = 55,58 см; D``2 = 53,58 см.

А = 2∙55,58+53,58+2∙8,4 = 181,54 см;

В = 53,58+5+5+2,0+5+5+2,0 = 77,580 см.

Высота активной части:

ак = lc+2a1я+n; (127)

= 84,881 см; a1я = 27 см - высота ярма; n = 5 см - подкладка под нижнее ярмо.

ач = 84,881+2∙27+5 = 143,881 см.

Глубина бака:

= Haч + Hяк, (128)

где Hяк = 30 см - расстояние от верхнего ярма до крышки бака (по [1],табл.5.4);

Н = 143,881 + 30 = 173,881 см.

Длительное превышение температуры обмотки под воздухом при номинальной нагрузке принимаем 65оС, потому среднее превышение температуры масла над воздухом должно быть не больше:

 (129)

среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:

 (130)

значение  должно удовлетворять неравенству:

,2∙(+) ≤ 60оС;

,2∙(33,236+6) = 47,083 ≤ 60 оС - неравенство выполняется.

Необходимая поверхность конвекции:

 (131)

где - потери короткого замыкания и холостого хода трансформатора.

Фактическая поверхность конвекции гладкого бака с учетом его свободной от изоляторов части крышки:

Пк.гл= (2 (А - В) + π В) Н ∙ 10-4 + 0,5 ПКР. (132)

где поверхность конвекции крышки:

ПКР=((А-В)В+В2∙π/4)10-4=((181,54-77,580)∙77,580+77,5802π/4)10-4=1,279 м2. (133)

Пк.гл = (2(181,54-77,580)+ π∙77,580)∙173,881∙10-4 + 0,5∙1,279 = 8,493 м2.

Принимаем бак с охлаждающими трубами (параметры труб - в табл.3)

Таблица 3 - Параметры труб

Рисунок 6 - Элементы бака с охлаждающими трубами

Минимальные расстояния между осями труб от дна до крышки бака:

расстояния с=9см, e=10см.

Расстояния между осями труб на стенке бака, см:

 (134)

Развернутая длина труб в каждом ряду, см:

 (135)

Необходимая поверхность конвекции труб, м2:

. (136)

Необходимая реальная поверхность труб, м2:

, (137)

где Кф=1,302 - коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи путем конвекции с помощью труб по сравнению с вертикальной стенкой бака.

Необходимая общая длина всех труб (овальных), м:

. (138)

Число труб в каждом ряду:

, (139)

округляем до ближайшего чётного числа: 78.

Шаг труб в ряду, м:

. (140)

Фактическая поверхность труб, м2:

. (141)

.

Фактическая поверхность конвекции бака с трубами, м2:

. (142)

Фактическая поверхность излучения бака с трубами, м2:

. (143)

.3 Расчет превышения температуры

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:

 (144)

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над стеной:

 (145)

Превышение температуры масла в верхних слоях над окружающим воздухом:

= 1,2(+) = 1,2(22,383+4,301) = 32,021 оС; (146)

Превышение температуры обмотки над окружающим воздухом:

, (147)

Полученные значения соответствуют неравенствам:

 ≤ 65 оС; (148)

 ≤ 60 оС. (149)

Список использованных источников

Э. Н. Подборский. Проектирование трансформаторов: учебное пособие. Красноярск: СФУ, 2010.

Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. - М.: Энергия, 1976.

Яныгин Б. Г. Проектирование трансформатора. - Красноярск, 1983.