Предварительный расчет основных размеров трансформатора

Сердечник трансформатора является основой его конструкции, поэтому выбор главных размеров сердечника определяет также и основные размеры обмоток – диаметр и высоту. Диаметр окружностиd, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из основных размеров трансформатора. Вторым основным размером является высота обмоток трансформатора (обычно обе обмотки имеют одинаковую высоту). Третьим – является средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a1 и a2 и осевого канала между ними a12. Если эти три размера выбраны или известны, то остальные размеры, определяющие конфигурацию и объем сердечника и обмоток, например, высота стержня lc, расстояние между осями соседних стержней С и другие могут быть легко найдены, если известны допустимые изоляционные расстояния от обмоток ВН до заземленных частей и до других обмоток (a12, a22, lo). Два основных размера обмотки d12 и lсвязаны выражением

b = . Величина b определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Эта величина может варьироваться в широких пределах и практически изменяться от 1,0 до 3,5. При этом меньшим значенииям b соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, а большим – широкие и низкие. Выбор того или иного значения будет существенно влиять не только на соотношение размеров трансформатора, но также на соотношение весов активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора. Кроме того, изменение b будет сказываться на технических характеристиках трансформатора: потерях, напряжении короткого замыкания и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток. Первый основной размер трансформатора – диаметр, см, стержня сердечника d = 16 , где S′ – мощность на одном стержне в кВ*А; b – коэффициент, связывающий высоту обмотки и средний диаметр витка, принимается по табл. 1. aр = a12 + – приведенная ширина канала рассеяния; a12 – изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, определяется по испытательному напряжению обмотки ВН. Для трансформаторов с напряжением обмотки ВН 110 кВ изоляционный промежуток a12, см, определяется по рис. 3.

В предварительном расчете коэффициент K принимается по табл. 2, Кр – коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского), Кр = 0,93+0,97; в предварительном расчете принимается равным 0,95; f – частота питающей сети (f = 50Гц); Uкр – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %. Uкр = , Uка = , где Рk – потери короткого замыкания, Вт; S – полная мощность трансформатора, кВ*А; Кс – общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга: Кс = Ккр Кз, Здесь Ккр – коэффициент использования площади круга для различного числа ступеней с учетом каналов, а Кз – коэффициент заполнения пакетов сердечника сталью.

Рекомендуемые значения b

а) масляные трансформаторы

25–100 160–630 1000–6300 6300–16000 25000–80000

б) сухие трансформаторы

10–160 160–630 1000–1600

Примечания: 1. В таблице приведены значения b, рекомендуемые для трехфазных масляных трансформаторов классов напряжения 6, 10, 35 и 110 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ 12022-76, 11920-85 и 12965-85 , и для современных трехфазных сухих трансформаторов. 2. Рекомендации даны для стали марок 3404 и 3405 по ГОСТ 21427-83 при толщине стали 0,35 и 0,30 мм и при индукциях Вс =1,6¸1,65 Тл для масляных и Вс =1,4¸1,6 Тл для сухих трансформаторов. 3. Для трансформаторов класса напряжения 110 кВ с РПН принимать значение b на 10 % ниже нижнего предела, указанного в таблице, т. е. принимать 0,9 от 1,6 или 0,9 от 1,5.

Таблица 2 Значения коэффициента k в формуле » k× , см, для масляных трехфазных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ, медными обмотками и потерями короткого замыкания по государственному стандарту

Мощность трансформатора, кВ*А

Класс напряжения, кВ

До 250 400–630 1000–6300 10000–80000

Коэффициент Ккр выбирается по табл. 3, 4 и 5, а коэффициент Кз – по табл. 6. Вс – индукция в стержне, Тл, выбирается по табл. 7.

Таблица 3 Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных масляных трансформаторов

Прессовка стержня расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов

Мощность трансформатора S, кВ*А

Ориентировочный диаметр стержня d, м

Без прес-сующей плас-тины

С прес-сующей плас-тиной

Мощность трансформатора S, кВ*А

Ориентировочный диаметр стержня d, м

Без прес-сующей пласины

С прес-сующей плас-тиной

Примечания: 1. В коэффициенте Ккр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность умножить на 1,5.

Теория и практика расчета трансформаторов позволили установить, что выбор величин b, Вс и Кс оказывает существенное влияние на результаты расчета трансформатора: вес его активных материалов – металла обмоток и стали сердечника, потери холостого хода и короткого замыкания и стоимость трансформатора. Выбор этих величин, естественно, должен производиться с учетом характеристик трансформатора, которые желательно получить или которые являются оптимальным для данного трансформатора. При расчете отдельного трансформатора из данной серии характеристики обычно бывают заданными, и задача выбора исходных данных расчета упрощается.

Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных сухих трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВ*А

Ориентировочный диаметр стержня d, м

Наличие продольных каналов

Примечания: 1. В коэффициенте Ккр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. До диаметра стержня d = 0,22 м стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, при d > 0,22 м прессовка осуществляется бандажами. 3. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность умножить на 1,5.

Ориентировочное число продольных по отношению к листам и поперечных охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы

а) масляные трансформаторы

Мощность трансфор- матора S, кВ*А

Ориентировочный диаметр стержня d, м

Число продольных каналов

Окончание табл. 5

б) сухие трансформаторы

Мощность трансформатора S, кВ*А

Ориентировочный диаметр стержня d, м

Число продольных каналов

Примечания: 1. В масляных трансформаторах ширина продольного канала 6, поперечного 10 мм. 2. В сухих трансформаторах ширина продольного канала 20 мм.

Таблица 6 Коэффициент заполнения kз

Толщина листов 0,5 мм

Толщина листов 0,35 мм

Без изоляции Однократная лакировка Двухкратная лакировка Трехкратная лакировка

Жаростойкое покрытие Жаростойкое покрытие однократная лакировка

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов В, Тл

Мощность трансформатора S, кВ*А

3404, 3405, 3406, 3407, 3408

3404, 3405, 3406, 3407, 3408

Примечания: 1. В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100 000 кВ*А и более допускается индукция до 1,7 Тл. 2. При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформаторов индукция до 1,4–1,45, сухих – до 1,2–1,3 Тл.

Основные размеры трансформатора d, l, и главные изоляционные промежутки , , , , показаны на рис. 1.

Рис. 1. Основные размеры трансформатора

Второй основной размер трансформатора – средний диаметр канала между обмотками (рис. 1), см: d12 = d + 2a01 + 2a1 + a12, где a01 – радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткам НН, см, определяется по табл. 3 для масляных и 10 для сухих трансформаторов; a1 – радиальный размер, м, обмотки НН, который в предварительном расчете определяется по выражению

a1 = К , где определялось выше. Коэффициент К может быть равным 1,1 для трансформаторов мощностью 20–560 кВ*А; 1,4 – мощностью 750–5600 кВ*А при Uвн = 10 кВ и мощностью 750–31500 кВ*А при Uвн = 35 кВ; 1,05–1,1 для трансформаторов с Uвн = 110 кВ. Расчет диаметра стержня, м, ведется по следующей формуле: ,

где , кВ*А; , ; Гц; ; , Тл. После расчета диаметр сравнивается со значением ориентировочного диаметра стержня, в зависимости от мощности трансформатора, по табл. 3, 4, 5. Затем принимается нормализованный диаметр стержня по шкале нормализованных диаметров. Для диаметров стержней силовых трансформаторов принят стандарт, который содержит следующие диаметры, м: 0,08; 0,085; 0,09; 0,092; 0,095; 0,10; 0,105; 0,11; 0,115; 0,12; 0,125; 0,13;0,14; 0,15; 0,16; 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,225; 0,23; 0,24; 0,245; 0,25; 0,26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30;0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37; 0,38; 0,39; 0,40; 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0,60; 0,63; 0,67;0,71; 0,80; 0,85; 0,875; 0,90; 0,925; 0,95; 0,975; 1,00; 1,03; 1,06; 1,12; 1,15; 1,18; 1,22; 1,25; 1,28; 1,32; 1,36;1,40; 1,45; 1,50 – для магнитных систем, имеющих поперечные охлаждающие каналы. Третий основной размер трансформатора – высота обмотки, см, определяется по выражению l = . Активное сечение стержня, см, определяется Пс = К3 × Пфс = К3 × Ккр . Напряжение одного витка обмотки трансформатора, В: UВ = 4,4f × bc × Пс × 10-4. Определение размеров стержня и обмоток, проводимое в начале расчета, является предварительным. Задача предварительного расчета заключается в приближенном определении основных размеров сердечника и обмоток (d1, d12, l), а также в расчете активного сечения стержня Пс и напряжения одного витка обмотки Uв, что необходимо в дальнейшем для полного расчета обмоток. В окончательном расчете сердечника, производимом после полного расчета обмоток, проверки и подгонки к заданной норме характеристик короткого замыкания определяют размеры ступеней в сечении стержня и ярма и все остальные размеры сердечника; уточняют активные сечения стержня, а также индукцию; подсчитывают вес стали, потери и ток холостого хода.

В процессе окончательного расчета обмоток и сердечника размеры и величины, приближенно найденные в предварительном расчете, могут быть несколько изменены. Поэтому при расчете характеристик короткого замыкания и холостого хода и других подсчетах, которые приводятся после окончательной раскладки обмотки и определения реальных размеров сердечника, следует пользоваться не предварительно полученными здесь значениями d, d12, l, , a1, Пс и bс, а размерами и величинами, найденными для реальных обмоток и сердечника.