Расчет силового трансформатора

 

Для компенсации температурных  изменений объема масла служат выносные баки давления, заполненные трансформаторным маслом и соединенные с вводом гибкими металлическими трубками из отожженной меди. Компенсации температурных  изменения объемов масла во вводе  и баке давления достигают установкой в баке компенсирующих элементов (сильфонов). Компенсаторы имеют форму пустотелых дисков из тонкой белой жести и  заполнены инертным газом - азотом или  аргоном. При повышении температуры  увеличивается объем масла в  баке и диски под давлением  окружающего масла несколько  сплющиваются при понижении температуры  объем масла в баке уменьшается  диски увеличиваются за счет разности давлений газа внутри дисков и окружающего  масла в баке давления. В настоящее  время многие герметичные вводы  на напряжения 110—750 кВ выпускают без  отдельных выносных баков, давления; компенсирующее устройство у них  вынесено на головку плода, они надежны  в работе, предназначены для нормальных условии и тропического климата.

 

 

2.6. Изоляция трансформаторов

 

Изоляцию маслонаполненных трансформаторов деляг на внутреннюю и внешнюю. К внутренней относят  изоляцию, расположенную внутри бака, к внешней — изоляцию, находящуюся  вне бака. В свою очередь, внутреннюю изоляцию подразделяют на главную и  продольную изоляции обмоток. Главная изолирует обмотки друг от друга и от остова, продольная — отдельные части самой обмотки.

 

 

2.7. Бак, охладители, расширитель,  термосифонный фильтр и др. вспомогательные  устройства трансформаторов

 

Бак овальной или прямоугольной  формы изготовляют из стальных листов способом электрической сварки. В  баке размещают активную часть трансформатора с жидким диэлектриком (для некоторых  сухих трансформаторов – с  газо- или кварцевым наполнением). После изготовления бак проверяют  избыточным давлением 0,05 МПа. В верхней  части бака трансформатора имеется  рама с отверстиями для крепления  крышки, которая закрывает его  и служит основанием для установки  расширителя, вводов, привода переключателя, рымов и др. Для передвижения трансформаторов  баки снабжают транспортными тележками  или каретками. При ремонте трансформаторов  приходится снимать крышку и вынимать из бака активную часть. При работе трансформатора тепло, выделяемое магнитной  системой, обмотками и другими  токопроводящими частями, подверженными  нагреву, передается маслу, омывающему их. Масло конвекцией передает тепло  стенкам бака, от поверхности которых  оно рассеивается в окружающую среду. У трансформаторов небольшой  мощности (25-40 кВА) абсолютная величина отводимых в виде тепла потерь сравнительно невелика, поэтому баки таких трансформаторов имеют  гладкие стенки. Охлаждающую поверхность  баков более мощных трансформаторов (63-1600 кВА) до недавнего времени искусственно увеличивали, вваривая в стенки бака стальные трубы. В настоящее время  вместо сварки труб заводы перешли  на навесные охладители. У трансформаторов  мощностью выше 40 кВА охладителями служат навесные трубчатые радиаторы. Для навески на бак и крепления  болтами радиаторы и баки снабжены патрубками с фланцами. Благодаря  большой охлаждающей поверхности  радиатора холодное масло опускается по трубам радиатора вниз, а на его  место поступает из бака горячее  масло. Из-за разности плотностей горячего и холодного масел оно непрерывно перемещается в радиаторе сверху вниз и на своем пути отдает тепло  стенкам труб, которые, в свою очередь, отдают его окружающей среде –  воздуху. В мощных силовых трансформаторах  отвод тепла не обеспечивается поверхностью радиаторов с естественной циркуляцией  масла, поэтому применяют искусственное  дутьевое охлаждение. Расширитель –  это металлический сосуд, соединенный  с баком маслопроводом и служащий для локализации колебаний уровня масла в трансформаторе. Объем  расширителя должен быть таким, чтобы  при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной  нагрузки и при колебаниях температуры  окружающего воздуха от –45 до +40 0С в нем было масло. Объем расширителя  должен составлять 8-10% объема масла, находящегося в баке трансформатора. Расширитель  предохраняет масло трансформатора от непосредственного соприкосновения  с воздухом, что защищает масло  от преждевременного окисления. Маслоуказатель предназначен для ведения контроля за уровнем масла в трансформаторе. В последние годы вновь выпускаемые  трансформаторы IV габарита и более  имеют стрелочные магнитные маслоуказатели, отличающиеся более совершенной  конструкцией и надежностью в  работе. Термосифонный фильтр предотвращает  порчу масла и позволяет частично очищать и регенерировать его  в процессе работы трансформатора. Термосифонный фильтр представляет собой металлический бачок, заполненный  силикагелем и присоединенный трубками к верхнему и нижнему патрубкам бака так же, как радиатор. Воздухосушитель – это сосуд, сообщающийся с одной стороны с надмасляной полостью расширителя или бака трансформатора, а с другой – с атмосферным воздухом; он предназначен для отделения влаги из воздуха, поступающего в расширитель или бак трансформатора. Отбор из трансформатора масла для испытания делают через специальное устройство, установленное внижней части на стенке бака.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.8. Защитные и контрольно-измерительные  устройства

 

            Предохранительная труба. Повреждения  трансформатора часто сопровождаются  образованием электрической дуги. Высокая температура дуги приводит  к интенсивному разложению масла  с образованием газа, который  увеличивает давление внутри  бака. При коротких замыканиях  внутри трансформатора давление  настолько велико, что может разорваться  бак. Для предохранения бака  от повреждения служит предохранительная  труба. Газовое реле. При повреждениях  внутри трансформатора обычно  выделяются газы из-за разложения  под действием повышенной температуры  изолирующих материалов (масла, изоляции, дерева). Когда повреждение незначительное, газообразование происходит медленно, пузырьки постепенно перемещаются  вверх и затем по маслопроводу, соединяющему трансформатор с  расширителем, попадают в расширитель.  Чтобы своевременно получить  сигнал о повреждении трансформатора  и быстро отключить его, в  трубопровод, соединяющий бак  с расширителем, встраивают газовое  реле. Оно срабатывает при попадании  в него газа или при быстром  течении струи масла под давлением  газов, а также при понижении  уровня масла в трансформаторе  ниже допустимого. Термометрический  сигнализатор. Для наблюдения за  температурой верхних слоев масла  на крышке трансформаторов мощностью  до 630 кВА включительно устанавливают  стеклянный термометр. Азотная  защита трансформаторов. Устройство, обеспечивающее постоянное наличие  азота в расширителе, исключающее  увлажнение внутренней изоляции  трансформатора и насыщение ее  кислородом, называется азотной  защитой трансформатора. В настоящее  время азотную защиту устанавливают  в основном для мощных силовых  трансформаторов напряжением 110 кВ и выше. Пленочная защита  трансформаторов. Она представляет  собой эластичную пленку, уложенную  внутри расширителя так, что  повторяет его внутреннюю намасленную  поверхность и воздух контактирует  не с маслом, а находится над  пленкой. Пленочная защита более  совершенна, однако широкого распространения  пока не получила /3/.     

 

3. Расчет силового трансформатора.

 

 

Расчет слагается из следующих  этапов:

 

1.     В зависимости  от назначения устройства, для  питания которого рассчитывается  силовой трансформатор, устанавливаются  число обмоток трансформатора  и их токи и напряжения. Затем  подсчитывается суммарная полезная  мощность трансформатора, для чего  находятся мощность, отдаваемые  каждой вторичной обмоткой трансформатора (путем перемножения величины  тока на напряжение).

 

2.     Находится  мощность, потребляемая от сети  трансформатором. Как известно, при  работе трансформатора в нем  происходят потери (на вихревые  токи, перемагничивание стали и  нагрев обмоток), по этому мощность, потребляемая трансформатором от  сети, будет примерно в 1,25 раз  больше полезной отдаваемой мощности.

 

Pпотр=1,25*Pпол                                                                                                                                                   (3.1)                                                                                              

 

3.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График №1.

 

 

 

Определение сечения сердечника трансформатора по его мощности

 

 

 

 

 

 

 

18 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сечение сердечника в кв.см

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

160 

180 

200

 

 

 

 

 

Мощность трансформатора  в вольт-амперах

 

 

 

 

 

 

4.     Определяется  число витков обмотки, проходящих  на 1 В напряжения трансформатора (сокращенное «число витков на  вольт»), по графику 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График №2.

 

 

 

График для определения  числа витков на вольт в зависимости  от сечения

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число витков на вольт

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 

4 

6 

8 

10 

12 

14 

16 

18 

20 

22 

24

 

 

 

Сечение сердечника в кв.см

 

 

 

 

 

  

 

 

5.   Подсчитываются числа  витков всех обмоток из соотношений:

 

WI = W1в* U,                                                        (3.2)

 

где:   WI – число витков первичной обмотки, вит.;

 

          W1в – число витков на вольт,  вит/В.;

 

          U – напряжение сети, В.

 

                             WII = W1в* U2,                                                     (3.3)

 

где:   WII – число витков вторичной обмотки, вит.;

 

          W1в – число витков на вольт,  вит/В.;

 

U – напряжение, даваемое  вторичной обмоткой, В.

 

6.   По величинам токов,  протекающих по различным обмоткам, определяются диаметры проводов  этих обмоток по графику 3.

 

 

 

График №3

 

 

График для определения  диаметра провода по величине тока в обмотке

 

 

 

 

 

 

 

Плотность тока 2а/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаметр провода в мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность тока 3а/мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 

0,5 

1,0 

1,5 

2,0 

2,5 

3,0 

3,5 

4,0

 

 

 

Величина тока в обмотке  в амперах 

 

 

 

 

 

  

 

Причем величина тока первичной  обмотки находится в результате деления потребляемой трансформатором  мощности на напряжение сети, а величина тока в анодной обмотке при  двухполупериодном выпрямлении  берется равной половине выпрямленного  тока (в этом случае каждая половина повышающей обмотки пропускает ток  только в течение «своего» полупериода, т.е. половину выпрямленного тока).

 

7.   На этом простейший  расчет трансформатора может  считаться оконченным, поскольку  все необходимые данные для  его изготовления найдены. Однако  в заключение следует проверить,  уместится ли в «окне» сердечника  рассчитанные обмотки. Для этого  подсчитывается площадь, занимаемая  каждой обмоткой:

 

Sоб =W / Ws ,                                                                 (3.4)

 

                   где:   Sоб – площадь, занимаемая  одной обмоткой, см2;

 

                             W – количество витков данной  обмотки, вит.;

 

                             Ws – количество витков, умещающихся  в см2 сечения обмотки, вит.

 

Число витков, умещающихся  в одном квадратном сантиметре сечения  обмотки, находится для данного  диаметра провода из таблицы 2.

 

Таблица 2.

 

Зависимость числа витков, укладывающихся в одном квадратном сантиметре сечения обмотки, от диаметра провода.

 

 

Диаметр провода без изоляции, мм 

Число витков, умещающихся  в одном см2 сечения обмотки 

Диаметр провода без изоляции, мм 

Число витков, умещающихся  в одном см2 сечения обмотки

 

0,10 

5 000 

0,6 

175

 

0,12 

3 200 

0,7 

130

 

0,14 

2 500 

0,8 

100

 

0,16 

2 000 

0,9 

90

 

0,18 

1 660 

1,0 

68

 

0,20 

1 380 

1,1 

55

 

0,22 

1 120 

1,2 

48

 

0,25 

910 

1,3 

40

 

0,30 

650 

1,4 

36

 

0,35 

480 

1,5 

31

 

0,40 

375 

1,6 

25

 

0,45 

250 

 

 

 

 

          Сложив площади, занимаемые каждой  обмоткой, получим площадь, занимаемую  всеми обмотками. Эта площадь  не должна превышать ¾ площади  «окна» трансформатора, так как  остальную часть площади «окна»  трансформатора должны занять  изоляция провода, прокладки,  каркас и т.п.

 

          Если площадь, занимаемая всеми  обмотками, получилась больше  ¾ площади окна, то придется  несколько увеличить сечение  сердечника и заново произвести  расчет.

 

Пользуясь изложенным способом расчета, рассчитаем трансформатор  для двухлампового усилителя, работающих на лампах 6Ж7 и 6П6С.

 

1.     В справочниках  по лампам находим напряжения  и токи, требующиеся для данных  ламп.

 

          Для накала этих ламп необходимо  напряжение 6,3 В, при этом лампа  6Ж7 потребляет ток 0,3 А, а  6П6С –0,45 А. Для питания анодных  цепей и цепей экранирующих  сеток необходимо напряжение 200-250 В. При этом анодный ток лампы  6Ж7 составит 2 мА, ток экранирующей  сетки – 0,5 мА. Всего эта лампа будет потреблять ток 2,5 мА. Анодный ток лампы 6П6С равен 45 мА, а ток экранирующей  сетки – 4,5 мА. Всего она потребляет              49,5 мА.

 

          Поскольку общее потребление  тока от источника высокого  напряжения составляет 49,5+2,5=52 мА, т.е.  оно сравнительно невелико, то  можно применить схему однополупериодного  выпрямителя как более простую,  а кенотрон взять самый маломощный  типа 6Ц5С. применение его позволит  обойтись одной обмоткой накала, так как катод в этом кенотроне  изолирован от нити накала, а  последняя требует, как и нити  накала усилительных ламп, напряжение 6,3 В. Ток, потребляемый на накал  кенотроном, равен 0,6 А.