Проектирование трансформатора ТМ 1600/6

     Осевую  силу F_OC ^/, Н, определяют по формуле 

     

 
 

     Дополнительная  осевая сила F ^//_OC, Н, определяют по формуле 

. 

     Максимальное  значение сжимающей силы в обмотке  F_сж и действующее на ярмо силы F_я 

,

. 

     Напряжение  сжатия на опорных поверхностях, МПа, 

,

.  

     Здесь п – число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 12; а – радиальный размер обмотки, мм; b – ширина опорной прокладки, 60 мм. 
 

     Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н, 

. 

     Напряжение  сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа, 

   

.

. 

     Для обеспечения стойкости этой обмотки  при воздействии радиальных сил  рекомендуется не допускать σ_СЖ.Р в медных проводах более 30 МПа. 
 

     Температура обмотки через t_К секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

. 

     Здесь t_K – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k – коэффициент, равный 12,5 для алюминиевых проводов обмоток; и_К – напряжение короткого замыкания, %; J – плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм²; θ_H – начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °С. θ_K ≤ 250 °С для медного провода обмоток. 
 

     5 Расчет магнитной системы трансформатора 

     5.1 Определение размеров и массы магнитной системы 
 

     Таблица 5.2 Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнито-проводов с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой (при      d > 0,22 м) или бандажами из стеклоленты. Обозначения: d – диаметр стержня, а_Я – ширина крайнего наружного пакета ярма; n_C и n_Я – число ступеней в сечениях стержня и ярма, k_KP – коэффициент заполнения круга для стержней 
 

 

     Таблица 5.5 – Площади сечения стержня П_ФС, ярма П_ФЯ и объем угла V_У шихтованной магнитной системы без прессующей пластины 
 

 

     Активное  сечение стержня П_С и ярма П_Я, м², 

                                  ,

. 

     Здесь площади сечений П_ФС и П_ФЯ в см² по таблице 5.2; k_З – коэффициент заполнения сталью (k_З = 0,96).

     Длина стержня трансформатора, м, 

. 

     Здесь l₂ – высота обмотки ВН, м; l₀^/, l₀^// – расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

     Расстояние  между осями соседних стержней, м, 

. 

     Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг, 

, 

где V_У – объем угла магнитной системы, см;

     g_УТ = 7650 кг/м³ – плотность трансформаторной стали.

     Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг, 

, 

где С – расстояние между осями стержней, м; П_Я – сечение ярма в м.

     Масса стали стержней, кг, 

, 

     Здесь П_С – активное сечение стержня, м ; плотность трансформаторной стали g_СТ = 7650 кг/м³; длина стержня l_C в м; а_1Я – ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а_1С.  

     Полная  масса магнитной системы трансформатора, кг, 

. 
 
 

     5.2 Определение потерь  холостого хода  трансформатора 

     Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35.

     Магнитная индукция в стержне В_С и ярме В_Я, 

,

. 
 
 
 

     Потери  холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт, 

 

     Здесь коэффициенты k_ПУ = 8,85 и k_ПД = 1,15; удельные потери в стержне р_С и ярме р_Я [Вт/кг]; массы стержней G_С , ярм G_Я и угла G_У магнитопровода в кг.

     Полученное  значение потерь холостого хода Р_Х не превышает заданного более чем на 7,5%. 
 

     5.3 Определение тока холостого хода трансформатора 
 

     Активная  составляющая тока холостого хода, %, 

. 

     Увеличение  намагничивающей мощности учитывают  следующими коэффициентами:

     1 k^/_ТД – коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3405 с отжигом k^/_ТД =1,2.

     2 k^//_ТД – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ·А    k^//_ТД =1,07.

     3 k_ТУ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы k_ТУ = 27,95

     4 k_ТПЛ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а₂, k_ТПЛ = 1,35 

     Полная  намагничивающая мощность, кВ·А, 

 

     Здесь G_C, G_Я, G_У – массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг;     q_C , q_Я – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; n_ЗПР = 0, п_ЗКОС = 6 – число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней; q_ЗПР , q_ЗКОС – удельная намагничивающая мощность для зазоров, В·А/м; П_ЗПР, П_ЗКОС – площадь зазора (стыка) соответственно для прямых и косых стыков, м² . 

     Реактивная  составляющая тока холостого хода, %, 

. 

     Полный  ток холостого хода, %, 

. 

     Полученное  значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

     Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е., 

. 

где Р_X, Р_K  – потери короткого замыкания и холостого хода, Вт;

     S_H – полная номинальная мощность трансформатора, кВ·А. 
 
 
 

     6 Тепловой расчет трансформатора 

     6.1 Тепловой расчет обмоток 
 

     Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С, 

,

. 

     Здесь q – плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; δ – толщина изоляции провода на одну сторону, мм; λ_ИЗ  – теплопроводность изоляции провода, λ_ИЗ = 0,25 Вт/(м·°С). 

     Удельные  потери р, Вт/м, определяют отношением электрических потерь в проводе единичной длины к объему, занимаемому этим изолированным проводом вместе с междуслойной изоляцией для обмоток из провода прямоугольного сечения,

     

; 

     Здесь K ^/ = 2,14 для алюминиевого провода; J – плотность тока в обмот-        ке, А/мм²; размеры провода без изоляции а,b и в изоляции а,^/ b^/ в мм; δ_C – толщина междуслойной изоляции, мм, определена в разделе 3.

     Средняя теплопроводность λ_CP обмотки из провода прямоугольного сечения, Вт/(м·°С),

     

; 

     В формулах, теплопроводность междуслойной изоляции λ_С = 0,17 Вт/(м·°С); средняя условная теплопроводность обмотки λ без учета междуслойной изоляции, в обмотках из провода прямоугольного сечения, Вт/(м·°С), 

     

; 

где    λ_ИЗ – теплопроводность изоляции провода λ_ИЗ = 0,25 , Вт/(м·°С);

     а, а^/ – размеры провода в мм;

     2δ – толщина изоляции провода на две стороны, мм. 

     Средний внутренний перепад температуры  обмотки, °С, 

     

,

     

.