Материал: Расчет силового трансформатора

где для алюминиевых обмоток К_J = 0,463; К_Д =0,9 (табл. 5.4).

Сечение витка (предварительно):

Обычно провода винтовых обмоток разделяются в радиальном направлении охлаждающими каналами, в некоторых случаях охлаждающие каналы выполняются через 2 провода, причем эти два провода отделены друг от друга только прокладкой толщиной 0,001…0,0015 м.

Обмотки первого типа будем называть обмотками с полным числом каналов, а обмотки второго типа - обмоткам со сдвоенными витками (катушками).

Рисунок 3. Винтовая обмотка.

Допустимое значение тепловой нагрузки ;

- коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

Размер  

Ширина охлаждающих каналов предварительно:

Высота провода с изоляцией при полном числе каналов:

Определение осевого размера провода:

где =0,5 мм (табл. 5.2, прим.1).

Выбор радиального размера  и числа параллельных проводов .

Зная осевой размер провода , перебором размера  по таблице 5.2 выбираем радиальный размер  и число параллельных проводов  так, чтобы с точностью не хуже 3% соблюдалось равенство.

=25 =7,5(мм)

 =2(мм)

Уточняем полное сечение витка:

 (не превышает 3% )

Записываем выбранный провод в виде

Уточняем плотность тока:

Проверка размера провода  по величине добавочных потерь :

где

Высота обмотки при полном числе каналов:

Радиальный размер обмотки:

Определяем внутренний, внешний и средний диаметры обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

Средний диаметр обмотки:

Плотность теплового потока:

где - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

Масса метала обмотка :

где - для алюминиевого провода;

Масса провода обмотки :

, где

3.2 Расчет обмоток высшего напряжения (ВН)

В трансформаторах с регулированием напряжения на стороне ВН путем переключения ответвлений без возбуждения (ПБВ) должно предусматриваться изменение числа витков ОВН на +2·2,5% = +5% от номинального значения. В этом случае на крышке трансформатора имеется переключатель на 5 положений: номинальное напряжение, две ступени вверх и две ступени вниз от номинального.

Для уменьшения осевых сил, возникающих при коротких замыканиях, в случае применения в качестве ОВН многослойных цилиндрических обмоток регулировочные витки размещают равномерно по высоте в отдельных слоях. Схема выполнения ответвлений определяется мощностью трансформатора.

Обмотку низшего напряжения выберем цилиндрическую многослойную из прямоугольного провода. Сечение витка обмотки ВН показано на рисунке 5.

Произведем расчет:

а) Число витков на одной ступени регулирования

ω_р2=ω_2ном· ΔU^*_ст (3.18)

где ω_2ном - число витков обмотки ВН при номинальном напряжении;

 (3.19)

относительное значение напряжения на одной ступени регулирования,

ΔU_ст% = 2,5% для всех вариантов

ω_р2=ω_2ном· ΔU^*_ст=190,617·0,025=4,765 (витков.)

б) Число витков на ответвлениях:

cтупень U_{2 max}

ω_{2 max}= ω_{2 ном}+ 2ω_р2 (3.20)

ω_{2 max}= ω_{2 ном}+ 2ω_р2=190,617+2·4,764=200,147 (в.)

ступень U_{2 ном}

ω_{2 ном}=190,617 (в.)

ступень U_{2 min}

ω_{2 min} = ω_{2 ном} - 2ω_р2 (3.21)

ω_{2 min} = ω_{2 ном} - 2ω_р2=190,617-2·4,765=181,087 (в.)

в) Ориентировочная плотность тока

J'₂=2J_ср - J₁=2·1,837-1,826=1,848 (А/мм²)

Ориентировочное сечение витка

 (3.22)

г) Выбор схемы регулирования напряжения. В трансформаторах мощностью от 250 кВА и выше применяется схема, приведенная на рисунке 4.

д1) По таблице 5.2 подбираем возможно больший размер провода b и сечение провода П_пр1 так, чтобы количество параллельных проводников в витке было целым числом:

 (с точностью 1…3%).

Рисунок 4 - схема регулирования напряжения на стороне ВН путем переключения ответвлений без возбуждения (ПБВ).

Подобранное сечение провода составляет 66,6 мм², обозначим его за принятое П_пр2=66,6 мм², при этом b=18 мм, размер а составляет 3,75 мм. ,

При этом

Выбираем провод АПБ

Уточняем сечение витка и плотность тока:

- Сечение витка обмотки (окончательно):

Плотность тока в обмотке:

 (А/мм²)

Находим число витков в слое обмотки:

 (3.23),

где 0,5мм - двусторонняя толщина изоляции

Округляем ω_сл1 до меньшего целого числа.

 (витков.)

Находим число слоев:

 (3.24)

Округляем N_сл2 до большего целого числа.

 (сл.)

Определим фактический суммарный радиальный размер проводов с изоляцией:

 (3.25)

д5) Определим предельно допустимое расстояние между охлаждающими каналами с'_пред по формуле:

,

где k_зк = 0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

q_доп = 1200 Вт/м² - допустимая плотность теплового потока;

J, [А/мм²] - плотность тока в обмотке.

Найдем число концентрических катушек n_кат2, на которое следует разделить обмотку в радиальном направлении:

 (3.26)

Округляем n_кат2 до ближайшего большего целого числа.

Определим рабочее напряжение двух слоев

 (3.27)

По рабочему напряжению двух слоев по табл.5.8 выбираем число листов и общую толщину кабельной бумаги δ_мсл в изоляции между двумя слоями обмотки:

Высота обмотки:

Радиальный размер обмотки ВН:

 (3.28)

где h_к2 - радиальный размер канала, который принимается h_к2 = 0,01l₂ < 5 мм

h_к2 = 0,01·1054,5мм ≈ 10,545мм.

=

Далее определим внутренний, внешний и средний диаметры обмотки:

 (3.29)

 (3.30)

 (3.31)

Поверхность охлаждения обмотки П_о2:

 ,

где k_зк = 0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями; n_кат2 - число катушек (концентров) обмотки, разделенных охлаждающими каналами. При отсутствии охлаждающего канала (h_к = 0) n_кат1=1

Масса металла обмотки ВН G_о2:

 (3.32)

П₂ - [мм²]

К_м = 8,47 - для алюминиевых проводов;

D_ср2 - средний диаметр обмотки ВН [м].

и) Масса провода обмотки G_пр2 :

 (3.33)

;

Коэффициент добавочных потерь К_доб :

где: а - радиальный размер прямоугольного провода, [мм]

К_вx - коэффициент, зависящий от материала обмотки и формы провода:

для алюминиевого прямоугольного провода: К_вx = 0,037.

Под n_p понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния):

n_p = N_сл=12 - для цилиндрических многослойных обмоток

Рассчитаем коэффициент заполнения высоты обмотки алюминием β_зп :

,

где l - высота обмотки [мм] (l₂ для обмотки ВН);

b - осевой размер провода [мм];

k_р- коэффициент Роговского. При предварительных расчетах принимают k_р = 0,95.

m - число проводов обмотки в осевом направлении:

 =18·3=54- для цилиндрических обмоток;

л) Электрические потери в обмотке Р_Э2:

 (3.34)

где G_о2 - [кг]; J₂ - [А/мм²];

К_Э - коэффициент, зависящий от материала обмотки.

Для алюминиевых обмоток К_Э = 12,75

Тепловая нагрузка q₂:

 (3.35)

4. Определение параметров короткого замыкания

.1 Определение потерь короткого замыкания

Потери короткого замыкания складываются из:

а) электрических потерь (основных и дополнительных) в обмотках НН и ВН;

б) электрических потерь в отводах обмоток;

в) потерь в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора, вызванных полем рассеяния обмоток и отводов.

Электрические потери Р_Э1 и Р_Э2 обмоток с учетом добавочных потерь от поля рассеяния определены выше при расчете обмоток.

Потери в отводах определяются по формулам:

потери в отводах обмотки НН:

 (4.1)

потери в отводах обмотки ВН:

 (4.2)