Расчет трехфазного двухобмоточного силового трасформатора

 

       Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,148 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. 8.7[1].

       Площадь сечения стержня:

         П_Ф.С = 183,5 см² = 0,01835 м².

       Площадь сечения ярма:

         П_Ф.Я = 188,3 см² = 0,01883 м².

       Объем угла магнитной системы:

         V_У = 2470 см³ = 0,00247 м³.

       Активное  сечение стержня:

         П_C = k_З · П_Ф.С = 0,97 · 0,01835 = 0,0178 м².

       Активное  сечение ярма:

         П_Я = k_З · П_Ф.Я = 0,97 · 0,01883 = 0,01827 м².

       Объем стали угла магнитной системы:

         V_У.СТ = k_З · V_У = 0,97 · 0,00247 = 0,0024 м³.

       Длина стержня:

         l_С = 0,293 + 2 · 0,03 = 0,353 м.

       Расстояние между осями стержней

         С = D''₂ + a₂₂ = 0,305 + 0,01 = 0,315 м.

       Массы стали в стержнях и ярмах магнитной  системы рассчитываются по (8.6), (8.8) - (8.13).

       Масса угла магнитной системы:

         G_У = 0,00247 · 7650 = 18,9 кг.

       Масса стали ярм:

         G_Я = G'_Я + G''_Я = 2 · П_Я · 2 · C · γ_СТ + 2 · G_У =

          = 2 · 0,01827 · 2 ·  0,315 · 7650 + 2 · 18,9 = 213,9 кг.

       Масса стали стержней:

         G_С = G'_С + G''_С = 144,2 + 6,6 = 150,8 кг,

         где G'_С = 3 · l_С · П_С · γ_СТ = 3 · 0,353 · 0,0178 · 7650 = 144,2 кг;

         G''_С = 3 · (П_С · a_1Я · γ_СТ - G_У) = 3 · (0,0178 · 0,155 · 7650 - 18,9) = 6,6 кг.

       Общая масса стали:

         G_СТ = 213,9 + 150,8 = 364,7 кг.

2. Расчет  потерь холостого  хода.

       Расчет  выполняется по §8.2.

       Индукция  в стержне: 

       Индукция в ярме: 

       Индукция  на косом стыке: 

       Площади сечения немагнитных зазоров  на прямом стыке среднего стержня  равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

       Площадь сечения стержня на косом стыке: 

       Удельные  потери для стали стержней, ярм  и стыков по табл. 8.10[1] для стали  марки 3405 толщиной 0,35 мм: 
 
 

       Для плоской магнитной системы с  косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8.32).

       На  основании §8.2 и табл. 8.12[1] принимаем:

         k_П.Р = 1,05;

         k_П.З = 1;

         k_П.Я = 1;

         k_П.П = 1,02;

         k_П.Ш = 1,01.

       По  табл. 8.13[1] находим коэффициент:

         k_П.У = 8,6.

       Тогда потери холостого хода составят: 
 
 
 

или заданного значения.

3. Расчет  тока холостого хода.

       Расчет  выполняется по §8.3.

       По  табл. 8.17[1] находим удельные намагничивающие  мощности: 
 
 

       Для принятой конструкции магнитной  системы и технологии ее изготовления используем (8.43), в котором по §8.3 и табл. 8.12 и 8.21[1] принимаем коэффициенты:

         k_Т.Р = 1,18;

         k_Т.З = 1;

         k_Т.ПЛ = 1,23;

         k_Т.Я = 1;

         k_Т.П = 1,04;

         k_Т.Ш = 1,01.

       По  табл. 8.20[1] находим коэффициент:

         k_Т.У = 41,93.

       Тогда намагничивающая мощность холостого  хода составит: 
 
 
 

       Ток холостого хода: 

или заданного значения.

       Активная  составляющая тока холостого хода: 

       Реактивная  составляющая тока холостого хода:

 

5. Тепловой  расчет трансформатора.

1. Тепловой  расчет обмоток.

       Расчет  выполняется по §9.5.

       Внутренний  перепад температуры обмотки  НН по (9.9): 

где δ = 0,25 · 10^-3 м - толщина изоляции провода на одну сторону; q - плотность теплового потока на поверхности обмотки; λ_ИЗ - теплопроводность бумажной пропитанной маслом изоляции провода по табл. 9.1[1]: 

       Внутренний  перепад температуры обмотки  ВН по (9.9): 

       Перепад температуры на поверхности обмотки  НН:

         θ_О.М1 = k₁ · k₂ · k₃ · 0,35 · q^0,6 = 1 · 1,1 · 1 · 0,35 · 1200^0,6 = 27,1 °C,

         где k₁ = 1 - для естественного масляного охлаждения;

         k₂ = 1,1 - для внутренней обмотки НН;

         k₃ = 1 - при отсутствии канала.

       Перепад температуры на поверхности обмотки  ВН:

         θ_О.М2 = 1 · 1 · 1 · 0,35 · 1200^0,6 = 24,63 °C,

         где k₁ = 1 - для естественного масляного охлаждения;

         k₂ = 1 - для наружной обмотки ВН;

         k₃ = 1 - при отсутствии канала.

       Полный  средний перепад температуры  от обмотки НН к маслу:

         θ_О.М.СР1 = θ_О1 + θ_О.М1 = 1,76 + 27,1 = 28,86 °C.

       Полный  средний перепад температуры  от обмотки ВН к маслу:

         θ_О.М.СР2 = θ_О2 + θ_О.М2 = 1,41 + 24,63 = 26,04 °C.

2. Тепловой  расчет бака.

       Расчет  выполняется по §9.6.

       По  таблице 9.4[1] в соответствии с мощностью  трансформатора выбираем конструкцию  бака с одинарными или двойными навесными  радиаторами с гнутыми трубами по рис. 9.17[1].

       Изоляционные  расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции  внешние габариты прессующих балок  принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

       Минимальная ширина бака:

         B = D''₂ + (s₁ + s₂ + d₂ + s₃ + s₄ + d₁) · 10^-3.

       Изоляционные  расстояния:

s₁ = 20 мм (для отвода U_ИСП = 35 кВ, покрытие 4 мм, расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1]);

s₂ = 17 мм (для отвода U_ИСП = 35 кВ, покрытие 4 мм, расстояние до прессующей балки ярма по табл. 4.11[1]);

s₃ = 25 мм (для отвода U_ИСП = 5 кВ, без покрытия, расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1]);

s₄ = 33 мм (для отвода U_ИСП = 35 кВ, отвод без покрытия по табл. 4.12[1]).

       Ширина  бака:

         B = 0,305 + (20 + 17 + 20 + 25 + 33 + 10) · 10^-3 = 0,43 м.

       Принимаем B = 0,441 м при центральном положении  активной части трансформатора в  баке.

       Длина бака:

         A = 2 · C + B = 2 · 0,315 + 0,441 = 1,071 м.

       Высота  активной части:

         H_А.Ч = 0,353 + 2 · 0,155 + 0,05 = 0,713 м,

где высота стержня 0,353 м; высота ярма 0,155 м и толщина бруска 0,05 м.

       Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений  обмотки ВН по табл. 9.5[1]:

         H_И.К = 160 мм = 0,16 м.

       Глубина бака:

         H_Б = Н_А.Ч + H_И.К = 0,713 + 0,16 = 0,873 м.

       Допустимое  превышение средней температуры  масла над температурой окружающего  воздуха для наиболее нагретой обмотки  НН:

         θ_М.В = 65 - 28,86 ≈ 36 °C.

       Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры  масла в верхних слоях в этом случае будет:

         θ_М.В.В = 1,2 · θ_М.В = 1,2 · 36 = 43,2 °C < 60 °C.

       Принимая  предварительно перепад температуры  на внутренней поверхности стенки бака θ_М.Б = 5 °C и запас 2 °C, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха:

         θ_Б.В = θ_М.В - θ_М.Б = 36 - 5 - 2 = 29 °C.

       Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы  с гнутыми трубами по рис. 9.17[1] c расстоянием между осями фланцев  А_Р = 1880 мм (табл. 9.10[1]), с поверхностью труб П_ТР = 11,45 м² и двух коллекторов П_К.К = 0,72 м². Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята:

         H_Б = A_Р + с₁ + с₂ = 1,88 + 0,085 + 0,1 = 2,065 м,

где с₁ и с₂ - расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл. 9.10[1].

       Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой  стенки бака:

         П_К.ГЛ = H_Б · [2 · (A - B) + π · B] = 2,065 · [2 · (1,071 - 0,441) + π · 0,441] = 2,87 м².

       Ориентировочная поверхность излучения бака с  радиаторами по (9.35):

         П_И = k · П_К.ГЛ = 1,75 · 2,87 = 5,022 м².

       Ориентировочная необходимая поверхность конвекции  для заданного значения θ_Б.В = 29 °C по (9.30): 

       Поверхность крышки бака: 
 

где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака, м; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.

       Поверхность конвекции радиаторов:

         ∑П_К.Р = 17,592 - 2,87 - 0,331 = 14,391 м².

       Поверхность конвекции радиатора, приведенная  к поверхности гладкой стенки (табл. 9.6[1]):

         П_К.Р = П_ТР · k_Ф + П_К.К = 11,45 · 1,4 + 0,72 = 16,75 м².

       Необходимое число радиаторов: 

       Принимаем 1 радиатор.

       Поверхность конвекции бака:

         П_К = ∑П_К.Р + П_К.ГЛ + П_К.КР = 1 · 16,75 + 2,87 + 0,331 = 19,951 м².

       Поверхность излучения:

         П_И = 5,022 м².

       Определение превышений температуры масла и  обмоток над температурой охлаждающего воздуха по §9.7.

       Среднее превышение температуры наружной поверхности  стенки бака над температурой воздуха  по (9.49):