Проектирование трансформатора ТМ 1600/6

     

. 

     Число витков на одной ступени регулирования 

     

. 

     Плотность тока в обмотке ВН, , 

.  

     Сечение витка обмотки ВН, мм², 

.

 

         3.2.1 Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН 

     Суммарный радиальный размер проводов обмотки, необходимый для

       получения полного сечения всех  витков обмотки ВН, мм, 

; 

     Здесь П₂ – сечение витка в мм²; число витков w_2Н и w_Р ; k_ОС = 0,96 –

     коэффициент, учитывающий изоляцию проводов в осевом направлении

обмотки; высота обмотки ВН, м, l₂ = (l₁ – 0,01)=0,62, где l₁- высота обмотки НН в м.

     Предельно допустимый радиальный размер обмотки  по условиям

     охлаждения, мм, 

. 

     Здесь k_З – коэффициент закрытия поверхности, равный 0,8;

     q – предельная плотность теплового потока не более 1400 Вт/м²;

     коэффициент k = 10,7 – для медного провода; J₂ – плотность тока в

     обмотке.

        

         Размеры провода, мм,

ПБ

; 

         Полное сечение витка из n_B2 параллельных проводов, мм², 

;

 

          Здесь количество параллельных  проводов n_B2  выбрано ввиду лучшей

          сходимости результатов расчета обмотки ВН. 

     Реальная  плотность тока в обмотке, А/мм ², 

; 

     Число витков в слое, 

; 
 
 

     Число слоев в обмотке, 

; 

     Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В, 

; 

     Радиальный  размер обмотки без экрана, мм, 

; 

     Здесь размер провода а ^/ и толщина изоляции δ_С в мм; п_С2 – число слоев;

       а₂₂ ^/ ≈ 0,01· l₂, мм, но не менее 5мм; п_К – число осевых каналов. 

     Внутренний  диаметр обмотки, м, 

; 

     Здесь D ^// – наружный диаметр обмотки НН в м; а₁₂ – минимальный

     радиальный  размер осевого канала между обмотками  НН и ВН, мм.

     Наружный  диаметр обмотки, м, без экрана, 

     

. 

     Поверхность охлаждения, м², определяют по формуле 

; 

     Здесь k₃ – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности

     обмотки изоляционными деталями (k₃ = 0,8); п – число концентрических

     катушек обмотки ВН;   все размеры в м. 
 
 
 

     Плотность теплового потока, Вт/м², 

     

 
 
 

              4 Определение параметров короткого замыкания 

     4.1 Определение потерь короткого замыкания 

     Средний диаметр, м, обмоток НН и ВН соответственно: 

,

. 

     Масса металла, кг, обмоток НН и ВН соответственно: 

,

. 

          где    k = 84 для медного провода.

     Основные  потери, Вт, в обмотках НН и ВН соответственно: 

,

. 

         где    k = 2,4 для медного провода.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг, 

.  
 

     Полная  масса металла обмоток трансформатора, кг, 

318+416,76=734,76. 
 

     Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно: 

,

. 

     Здесь b_ПР – размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм; т – число проводников в осевом направлении обмотки; l – высота обмотки, м; k_P = 0,95 – коэффициент приведения поля рассеяния; т – число проводников в осевом направлении обмотки.

     Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в  обмотке НН и ВН, 

,

. 

     Здесь коэффициент для проводов прямоугольного сечения из меди k=0,095; а_ПР – размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении обмотки, мм; n – число проводников в радиальном направлении обмотки.

     Общая длина отводов, м, для соединения обмоток в: 

«треугольник» 

,

«звезду»  

. 

     Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг: 

,

. 

     Здесь длина отводов l_ОТВ в м; сечение П_ОТВ в мм; плотность материала обмоток g = 8900 кг/м³ для меди.

     Основные  потери, Вт, соответственно в отводах НН и ВН: 

,

. 

     Здесь k = 2,4 для медных проводов обмоток; плотности тока J₁ и J₂ в обмотках НН и ВН в А/мм²; масса отводов  G_ОТВ1 и С_ОТВ2 в кг. 
 

     Потери  в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт, 

. 

     Полные  потери короткого замыкания, Вт, 

=

             

             Полученные данные отличаются от расчетных на  

              4.2 Расчет напряжения короткого замыкания 

     Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания, %, 

. 

     Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент, 

, 

где l – наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

     d₁₂ – средний диаметр канала между обмотками, м, 

, 

     Ширина  приведенного канала рассеяния, мм, 

, 

где а₁₂ – ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

     а₁,– радиальные размеры обмоток НН мм;

       а₂ – радиальный размер обмотки ВН с экрана мм 
 
 
 

     Коэффициент, учитывающий отклонение реального  поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток, 

,

, 

     В многослойной цилиндрической обмотке так как регулировачные витки обычно размещены в наружном слое обмотки, по всей  её высоте 

     Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

 

     Реактивная  составляющая напряжения короткого  замыкания, %, 

, 

     Напряжение  короткого замыкания, %, 

. 

     Значение  и_к, не отличается от и_к в задании на проектирование трансформатора  
 

              4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании 
 

     Действующее значение установившегося тока короткого  замыкания в обмотке НН или ВН, А, 

,

. 
 
 

     В результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем обмоток (полем  рассеяния) возникают электромагнитные силы, оказывающие механическое действие на обмотки.

     В начальный момент короткого замыкания  токи значительно превышают установившиеся значения за счет апериодической составляющей. Поэтому механические силы в обмотках в несколько раз превышают силы при установившемся токе короткого замыкания.

     Наибольшее  мгновенное значение тока короткого  замыкания, А, 

,

. 

где k_M – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

. 

     Радиальная  сила, действующая на обмотку ВН, Н, 

.

     

     Рисунок 4.1 – Схемы сжимающих осевых сил  для различных случаев взаимного положения обтекаемых током частей обмоток. 

Поперечное поле рассеяния, направление которого в  верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, образует механические силы F_OC ^/ (рисунок 4.1), сжимающие обмотки в осевом направлении.