Розрахунок і конструювання силових трансформаторів

 

12. Середня щільність струму в алюмінієвих обмотках:

 

 

де К_д – коефіцієнт додаткових втрат, приймається за табл. 3.7 [І, табл.3.7]

К_д=0,89.                                                                                                           

13. Значення щільності струму отримане в пункті 2.12  не перебільшує табличних значень(I, табл.3.8):

1,896<2,6МА/м²

14. Орієнтовний переріз витка кожної обмотки ВН та НН:

 

Враховуючи рекомендації [1, гл. 3 та табл. 3.2] обирається тип обмоток НН та ВН:

         ВН –  циліндрична багатошарова з прямокутного  дроту; 

          НН –  циліндрична багатошарова з  прямокутного дроту.

3 ВИБІР КОНСТРУКЦІЇ І РОЗРАХУНОК  ОБМОТОК

 

 

3.1 Розрахунок обмоток НН

 

Визначаємо напругу одного витка  після округлення розрахованого  числа витків:

 В.

Діюча індукція в стрижні:

 

 Тл ;

Отримане значення індукції лежить у заданих межах і відповідає значенням  таблиці 2.6[1] (1,55<1,585<1,65Тл).

За значеннями потужності, класу напруги, струму, переріза витка й матеріалу обмоток обираємо за таблицею. 3.9[1] тип обмоток: обмотка ВН при напрузі 10кВ і струмі 57,735А - циліндрична багатошарова обмотка із прямокутного проводу; обмотка НН при напрузі 0,4кВ і  струмі 833,333А - циліндрична багатошарова обмотка із прямокутного проводу.

   3.1.1 Розрахунок обмотки низької напруги з прямокутного дроту

3.1.1.1 Приймаємо орієнтоване число  шарів обмотки n_СЛ = 4.

3.1.1.2 Визначаємо орієнтоване число витків у шарі:

 витків.

 

3.1.1.3 Орієнтована висота витка  з ізоляцією:

h =

,

 

де l – висота обмотки низької напруги по п. 2.8. 

 

 м,

3.1.1.4 Визначення орієнтовного числа елементарних проводів у витку:

_{75*10^-6м² – переріз паралельних проводів, з яких набирається виток.}

_{Знайдене  число елементарних проводів у витку округлюємо до найближчого цілого числа, тобто nел=6.}

 

_{3.1.1.5 Орієнтовний  переріз елементарного проводу:}

 м²

3.1.1.7 Орієнтовна висота елементарного  проводу з ізоляцією:

 

 м.

 

 

3.1.1.8 Орієнтовна висота елементарного  проводу без ізоляції:

 

h_ПР = h^´_ПР – δ_З,

де  δ_З = 0,5 мм - двостороння товщина ізоляції (I, табл. 3.2, 3.3, примітка 1 до таблиці 3.2 [I]).

 

h_ПР = 0,016 – 0,0005= 0,0155 м.

 

3.1.1.9 На підставі h_ПР=0,0155 м і необхідного перетину П_ЭЛ=73,240 мм² за табл.3.2,[1] обираємо алюмінієвий провід марки АПБ (a = 5 мм і b=15мм).

Характеристику витка записуємо у вигляді:

 

АПБ × 

 

Рисунок 3.1 – Форма перерізу витка  обмотки нижчої напруги при n_ЭЛ =6

 

3.1.1.10 Уточнюємо висоту витка:

 

h = n_ЭЛ·b^´ = 6·0,0155 = 0,0930 м;

 

3.1.1.13 Фактичний перетин витка:

 

П^´₁ = n_ЭЛ·П_ЭЛ·10^-6 = 6·74,1·10^-6 = 444,600·10^-6 м².

 

3.1.1.14 Дійсна щільність  струму:

 

А/м²,

 

що в межах припустимого 1,5-2,6 А/м² (табл. 3.8,[1]).

 

3.1.1.16 Остаточно осьовий розмір  обмотки:

 

l₁ = h·(W_СЛ +1) + (0,005÷0,015) = 0,093  ·(7 + 1) + 0,01 = 0,754 м.

 

 

3.1.1.17 Радіальний розмір обмотки (табл. 3.11,[1]):

 

a₁ = (n^´_СЛ·a^´ +a₁₁)·10^-3 = (4·5,5+7 )·10^-3 = 0,029 м,

де а₁₁ – радіальний розмір каналу посередині обмотки НН.

а₁₁ = 7 – для довжини охолоджувального каналу 500-1000мм (таблиця 3.11,[1])

 

3.1.1.18 Внутрішній діаметр обмотки:

 

D^´₁ = d + 2·a₀₁·10^-3 = 0,24 + 2·15·10^-3 = 0,27 м.

 

3.1.1.19 Зовнішній діаметр обмотки:

 

D^´´₁ = D^´₁ + 2·a₁ = 0,27 + 2·0,029 = 0,328 м.

 

3.1.1.20 Радіальний діаметр  обмотки:

 

d₁₂= D^´´₁+ a₁₂=0.328+0.03=0.358 м.

 

3.1.1.21 Перевіряємо реальне значення коефіцієнта β:

 

β =(π d₁₂)/ l₁=3,14*0,358/0,754=1,492

Знайдене значення β лежить не виходить за рекомендовані межі за табл.2,7[1]: β=1,3 – 1,7

 

3.1.1.20 Поверхня охолодження обмотки  НН при наявності каналу охолодження:

П₀₁ = 2·с·К_З·π·(D^´₁ + D^´´₁)·l₁ ,

 

де  с = 3 – число активних стрижнів;

 К_З = 0,75 – коефіцієнт, що враховує закриття частини поверхні обмотки рейками та іншими ізоляційними деталями.

П₀₁ = 2·3·0,75·3,14·(0,27 + 0,328)·0,754 = 6,374 м²,

 

 

 

 

 

 

3.1.1.21 Орієнтована щільність теплового потоку обмотки НН:

 

 Вт/м².

Знайдене значення q₁ знаходиться в межах 800 - 1400 Вт/м².

 

3.2. Розрахунок обмотки ВН.

 

При виборі обмотки ВН варто враховувати  необхідність виконання відгалужень  для регулювання напруги. У масляних трансформаторах із ПБЗ (переключенням без збудження) передбачаються чотири відгалуження на +5%; +2,5%; -2,5% і –5% номінальної напруги крім основного затискача з номінальною напругою.

Рисунок 3.2 - Схема виконання відводів у обмотці при регулюванні           

                                    напруги без збудження

 

3.2.1 Число витків обмотки ВН  при номінальній напрузі

 

W₂ = W₁·

витків, приймаємо 404 витків.

3.2.2 Числовитків на одній ступені  регулювання напруги при з’єднанні обмотки ВН у зірку:

_{де Uв – напруг а одного витка обмотки, В.}

Приймаємо W_р=10 витків

3.2.3 Орієнтована щільність струму  в обмотках:

 

Δ₂ = 2·Δ_СР1 – Δ₁ = 2·1,896 – 1,896 = 1,896 МА/м².

 

3.2.4 Орієнтований перетин витка  обмотки:

 

 

м².

 

3.3 Розрахунок багатошарової циліндричної  обмотки вищої напруги з прямокутного  проводу.

 

3.3.1 Число витків в обмотці  з урахуванням межі для регулювання  напруги:

W2' = 1,05·W₂=1,05*404=424,2,

Приймаємо 424 витки.

3.3.2 Загальний сумарний радіальний розмір проводів:

 

,

де  =0,93 для алюмінію – коефіцієнт, який ураховує ізоляцію проводів в осьовому напрямку обмотки.

П₂ – орієнтований перетин витка;

l₂=l₁ – висота обмотки ВН дорівнює висоті обмотки НН.

 

3.3.3 Загальний гранично припустимий  сумарний радіальний розмір обмотки  за умовами припустимої щільності  теплового потоку:

 

  ,м

 

                   На підставі необхідного перетину П_ЭЛ = 30,447 мм² по табл. 3.2 [1] вибираємо алюмінієвий провід марки ПБ (a = 3,35 мм і b = 9 мм із перетином 29,6 мм²).

Характеристику витка записуємо  у виді:

 

АПБ × 

 

 

 

3.3.4 Повний перетин витка:

 

П₂ = n_В2·П^´´₂·10^-6 = 1·29,6·10^-6 = 29,6 мм².

 

 

Рисунок 3.4 – Форма перерізу витка  обмотки вищої напруги при n_ЭЛ = 1.

 

3.3.5 Отримана щільність струму:

 

 

3.3.6 Число витків у  шарі:

 

W_СЛ2 =

,

витків,

 

де l₂ = l₁ = 0,754 м; приймаємо число витків у шарі  - 85.

 

3.3.7 Число шарів в обмотці  з урахуванням витків для регулювання  напруги:

n_СЛ2 =

Приймаємо n_сл=5.

 

 

 

 

 

 

Напруга, В    Число витків на відгалуженнях

 

   6300     404 + 2∙10 = 424 витка

   6150     404 +10 = 414 витка

   10000     404 витка

   5850     404 – 10 = 394 витка

   5700     404 - 2∙10 = 384 витка

 

3.3.8 Робоча напруга двох шарів:

 

U_М.СЛ = 2·W_СЛ2·U_B = 2·85·14,286 = 2429 В.

 

По цій напрузі по табл. 4.7 [1] вибираємо  число шарів кабельного паперу марки ДО-120 за ДСТ 23436-83Е 4×0,12 мм, виступ ізоляції 20 мм із кожного кінця обмотки. З торців кожного шару вгорі і внизу зміцнюються паперово-бакелітові циліндричні кільця товщиною 0,5 мм.

Загальна товщина ізоляції δ_М.СЛ = 4×0,12 = 0,48 мм.

За умовами охолодження кожного стрижня обмотки виконуються у виді двох концентричних котушок з осьовим масляним каналом між ними. Мінімальну ширину масляного каналу а^´₂₂ вибираємо по табл. 2.2а [1]. Вона дорівнює 30 мм.

 

 

         3.3.8 Радіальний розмір обмотки:

 

a₂ = [a₁·n_СЛ2 + δ_М.СЛ·(n_СЛ2 – 1) + а^´₂₂·n_k]·10^-3 = [3,85·5 + 0,48·(5–1) + 7·1]·10^-3 =0,028 м,

де   а^´₂₂ – радіальний розмір каналу між двома котушками, мм, за табл.3.11[1];

         n_k – число осьових каналів. 

3.3.9 Внутрішній діаметр обмотки:

 

D^´₂ = D^´´₁ + 2·a₁₂ = 0,328 + 2·40·10^-3 = 0,408 м,

 

         де a₁₂ = 40 мм – збільшуємо для покращення характеристик напруги короткого замикання.

 

3.3.10 Зовнішній діаметр обмотки:

D^´´₂ = D^´₂ + 2·a₂ = 0,408 + 2·0,028 = 0,464 м.

Розмір між осях стрижнів :

С= D^´´₂ + a₂₂·10^-3 = 0.464 + 0.018=0.482 м,

Де a₂₂ – відстань між обмотками сусідніх стрижнів.

 

3.3.11 Поверхня охолодження обмотки:

 

П₀₂ = С·n·k·π·(D^´₂ + D^´´₂)·l₂ ,

 

де С = 3 – число стрижнів магнітної системи;п і k – з табл. 3.1,[1];

для двох котушок n=1,5, k=0,83

l₂ – висота обмотки ВН, уточнюється після вибору розміру ф числа провідників за рівням, м:

l₂=n_в2·b₁·(W_сл2+1) ·10^-3=1·9,5·(85+1) ·10^-3=0,817 м,

де b₁ – висота провідника, мм.

 

П₀₂ = 3·1,5·0,83·3,14·(0,408 + 0,464)·0,817 = 8,363 м²;

 

3.3.12 Орієнтована щільність теплового потоку:

q₂ = 0,55·P_K·10³/П₀₂ = 0,55·12,200·10³/8,363 = 802,369 Вт/м².

q₂≤800÷1400

4 ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКОГО  ЗАМИКАННЯ

 

4.1 Втрати короткого замикання  визначаються для кожної обмотки  (НН і ВН) по формулах:

 

4.1.1 Повна маса металу обмоток:

 

G_Мi = K_ν·C·D_CPi·W_i·П_i·10³,

 

де  i – приналежність до обмоток НН і ВН;

К_ν = 8,47 – для алюмінію;

С – число активних стрижнів;

D_Cpi – середній діаметр обмоток НН і ВН, м;

W_i – число витків відповідної обмотки;

П_i – перетин витка, м².

• обмотка НН:

G_M1 =

кг.

• обмотка ВН:

G_M2 =

кг.

 

4.1.2 Основні електричні втрати  в обмотках:

 

P_i = K·Δ²_i·G_Mi,

де  К = 12,75 – для алюмінію;

 

• для обмотки НН:

P₁ = 12,75·1,896²·94,581= 4336 Вт.

 

• для обмотки ВН:

Р₂ = 12,75·1,951²·139,097 = 6058 Вт.

 

4.1.3 Маса металу відводів:

G_ОТВ.i = l_ОТВ·П_ОТВi·γ,

 

де  l_ОТВн = 7,5l=7,5*0,754=5,655 м;

l_ОТВв = 7,5l=7,5*0,817=6,128 м; 

П_ОТВ = П_i – перетин витка відповідної обмотки, м²;

γ – щільність металу обмоток (для алюмінію – 2700 кг/м³).

• для відводів НН:

 

G_ОТВ1 = 5,655·444,6·10^-6·2700 = 6,788 кг.

• для відводів ВН: