Определение основных размеров трансформатора

Расчет основных размеров трансформатора начинается с определения по (3.17) диаметра стержня

(3.17)

Расчет и выбор величин, входящих в (3.17), рекомендуется производить в следующем порядке:

1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВ*А, определяется по (3.2)

(3.2)

где S — мощность трансформатора по заданию; с — число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора.

Для трехобмоточного трансформатора S — наибольшая из трех мощностей пар обмоток ВН—СН, ВН—НН и СН— НН, для автотрансформатора — расчетная (типовая мощность).

2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора а_р=а₁₂+ (a₁+a₂)/3 при определении диаметра стержня еще не известна. Размер а₁₂ канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран на основании указаний, данных в § 4.5 о выборе главной изоляции трансформатора по испытательному напряжению обмотки ВН (см. табл. 4.5). Для сухих трансформаторов следует пользоваться данными, приведенными в § 4.6 и табл. 4.15. Этот промежуток, выраженный в

метрах может быть принят равным a₁₂=a'₁₂*10^-3, где a'₁₂ мм, — промежуток, найденный по табл. 4.5 для масляных или по табл. 4.15 для трансформаторов с естественным воздушным охлаждением.

Суммарный приведенный радиальный размер обмоток ВН и НН (a_l+a₂)/3 при определении диаметра стержня может быть приближенно найден по (3.28) и табл. 3.3 (см. §3.5).

При расчете трехобмоточных трансформаторов по (3.28) в таком же порядке ориентировочно определяется приведенный размер двух внутренних обмоток НН и СН.

Значением (a₁+a₂)/3, найденным по (3.28), можно пользоваться только при определении основных размеров трансформатора. Во всех последующих расчетах следует пользоваться реальными радиальными размерами обмоток рассчитываемого трансформатора.

3. Значение β приближенно равно отношению средней длины витка двух обмоток l_в трансформатора к их высоте l и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. В том случае, когда заданные параметры трансформатора и принятые исходные данные расчета совпадают с условиями, для которых составлена табл. 3.12, выбор β может быть сделан по этой таблице с учетом замечаний, приведенных в § 3.6. Если такого совпадения нет, то рекомендуется выбор оптимального значения β делать на основании предварительного обобщенного расчета по методике, описанной в § 3.5 и 3.6.

При расчете трансформатора с магнитной системой из горячекатаной стали марок 1511—1514 при индукции В_с = 1,4-4-1,45 Тл получить трансформатор с потерями и током холостого хода, отвечающим требованиям современного ГОСТ, невозможно. В случае необходимости применения стали этих марок при расчете нестандартного трансформатора рекомендуется провести предварительный расчет по методике, описанной в § 3.5 и 3.6, и выбрать приемлемый вариант или воспользоваться данными, приведенными в табл. 3.12.

4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять

k_p=0,95

5. Частота f подставляется из задания на расчет трансформатора.

6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, U_p определяется по формуле

В свою очередь напряжение короткого замыкания, U_p, определяется из задания, а его активная составляющая, U_p, — по формуле

где Р_к — потери короткого замыкания, Вт; S — полная мощность трансформатора по заданию, кВА.

Для трансформаторов мощностью 10 000 кВA и более, поскольку для них активная составляющая U_а относительно мала, можно принять ир = ик. Для трехобмоточных трансформаторов в (3.17) следует подставлять значение U_p=U_к для двух внутренних обмоток (НН и СН).

Для автотрансформаторов в (3.17) следует подставлять расчетное напряжение короткого замыкания U_к,р, определенное в соответствии с указаниями § 3.2.

7. Индукция в стержне Вс выбирается по табл. 2.4 в соответствии с замечаниями, сделанными в § 2.2 и 11.1. В трансформаторах относительно небольшой мощности (S< =25 кВ*А) выбирают обычно пониженную индукцию во избежание получения повышенных значений тока холостого хода. Из этих же соображений не рекомендуется выбирать индукцию выше значений, данных в табл. 2.4. Уменьшение индукции хотя и дает заметное снижение тока и некоторое снижение потерь холостого хода, однако приводит к увеличению массы и стоимости активных материалов — стали и металла обмоток.

8. Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, R_с зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения R_c равен произведению двух коэффициентов

(3.67)

В свою очередь коэффициенты R_кр и R₃ могут быть определены по табл. 2.2, 2.5, 2.6 согласно указаниям, данным в §2.2, 2.3 и 11.2.

После определения и выбора всех значений, входящих в (3.17), по этой формуле рассчитывается диаметр стержня.

Если полученный диаметр d не соответствует нормализованной шкале диаметров (см. § 2.3), то следует принять ближайший диаметр по нормализованной шкале d_H и определить значение β_н, соответствующее нормализованному диаметру. Если значение β выбрано по методике, описанной в § 3.5 и 3,6, то оно пересчитывается по формуле

При выборе β по табл. 3.12 определение производится по формуле

(3.69)

Второй основной размер трансформатора — средний диаметр канала между обмотками d₁₂ — может быть предварительно приближенно определен (см. рис. 3.5) по формуле

d₁₂=d+2a_ф1+2a₁+a₁₂ (3.70)

или d₁₂=ad (§3.5)

При расчете d₁₂ по (3.70) радиальные размеры осевых каналов a_ф1 между стержнем и обмоткой НН и а₁₂ между обмотками НН и ВН определяются из условий электрической прочности главной изоляции трансформатора по испытательным напряжениям обмоток НН и ВН соответственно по табл. 4.4 и 4.5.

В (3.70) подставляются а₁₂=а'₁₂ *10^-2 и a₀₁ = a₀₁ *10^-2. Радиальный размер обмотки НН а₁ может быть приближенно подсчитан по формуле

(3.71)

где (a₁+a₂)/3 определяется приближенно по (3.28); коэффициент k₁ может быть принят равным 1,1 для трансформаторов мощностью 25—630 кВА с плоской или 1,2 с пространственной навитой магнитной системой; 1,4 для трансформаторов мощностью 1000—6300 кВА класса напряжения 10 кВ и мощностью 1000—80 000 кВА класса напряжения 35 кВ; 1,1 для трансформаторов класса напряжения 110 кВ. Третий основной размер трансформаторов — высота обмотки, см, определяется по формуле

(3.72)

В (3.72) подставляется величина β_н, определенная для нормализованного диаметра по (3.68) или (3.69).

После расчета основных размеров трансформатора подсчитывается активное сечение стержня, т. е. чистое сечение стали, см²:.

(3.73)

Электродвижущая сила одного витка, В,

(3.74)

Определение размеров стержня и обмоток, проводимое в начале расчета, является предварительным. Задача предварительного расчета заключается в приближенном определении основных размеров магнитной системы и обмоток

d₁₂, l и в расчете активного сечения стержня B_с и ЭДС одного витка обмотки, что необходимо в дальнейшем для полного расчета обмоток. Сечение стержня ПС в предварительном расчете определяется по коэффициенту заполнения Rc без расчета размеров пакетов и при окончательном расчете магнитной системы может быть скорректировано на 0,5—1 %. Полное сечение стержня Пс может быть также найдено по табл. 8.6 и 8.7, а размеры пакетов стержня и ярма по табл. 8.2—8.5.

В окончательном расчете магнитной системы, проводимом после полного расчета обмоток, проверки и подгонки к заданной норме параметров короткого замыкания, определяют размеры ступеней в сечении стержня и ярма и все остальные размеры магнитной системы, уточняют активные сечения стержня и ярма, а также индукцию, рассчитывают массу стали, потери и ток холостого хода.

В процессе полного расчета обмоток и окончательного расчета магнитной системы размеры и параметры, приближенно найденные в предварительном расчете, могут быть несколько изменены. Поэтому при расчете параметров короткого замыкания и холостого хода и других подсчетах, которые проводятся в конце расчета, после окончательной раскладки обмоток и определения реальных размеров магнитной системы следует пользоваться не предварительно полученными здесь значениями d, d₁₂, l, (a₁+a₂)/3, a₁, П_с и В_с, а размерами и параметрами, найденными для реальных обмоток и магнитной системы.