Пример расчета обмоток трансформатора типа

ТМ-630/35

Обмотка НН. Основные данные обмотки напряжение фазы обмотки U_Ф=690 В; ток обмотки фазы I₁= 304 А; напряжение витка обмотки u_B=6,9 В; число витков xплотность тока по предварительному расчету J=(1,5÷1,7) МА/м². внутренний диаметр обмотки D'₁ =0,226 м; высота обмотки l =0,790 м.

Согласно табл. 5.8 по мощности трансформатора S=630 кВ·A, току обмотки I=304 А и ее напряжению 690 В выбираем конструкцию двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ.

Сечение витка ориентировочно

П_В≈304/(1,60·10⁶)=0,000190 м²=190 мм².

Высота витка обмотки

h_B= 0,790/(0,5·72+1) = 0,0214 м = 21,4 мм.

Выбираем виток из четырех параллельных проводов марки АПБ по табл. 5.2 с намоткой на ребро

сечением 46,6 мм²

каждого провода. Общее сечение витка

П_В = 46,6·4= 186,4 мм² = 0,0001864 м².

Плотность тока

J = 304/0,0001864 = 1,63 МА/м².

Высота витка

h_B = 4·5,25·10^-3 = 0,021 м.

Согласно табл. 5.9 при радиальном размере алюминиевого провода 10 мм и двух слоях витков в обмотке следует считаться с возможностью возникновения добавочных потерь в обмотке до 10 % основных.

Радиальный размер обмотки

а₁= (10,5·2+ 8) ·10^-3 = 0,029 м,

где осевой канал между слоями обмотки имеет ширину 8 мм.

Осевой размер обмотки

l=h_B( + l) + h_РАЗГ = 0,021 (36+1)+ 0,013 = 0,790 м.

В каждом слое обмотки сделать разгон вмоткой полосок электроизоляционного картона с общим размером 13 мм по рис, 5.15.

Диаметры обмоток

внутренний D' = 0,226;

наружный D"=0,226+2·0,029=0,284 м.

Основные размеры обмоток по рис. 10.9,

Рис. 10.9. Основные размеры обмотки НН трансформатор типа ТМ-1600/35

а — поперечное сечение одного витка обмотки; б — осевой разрез обмотки

Масса металла обмотки по (7.7)

G_O = 8,47·10³·3-0,255·72·0,0001864 =86,95 кг.

Основные потери в обмотке по (7.4)

P_ОСН = 12,75·10^-12-1,63²·10¹² ·86,95 = 2946 Вт.

Добавочные потерн в обмотке по (7.13) и (7.15)

= 1+0,037·10⁸·0,676·0,01⁴·2²= 1 + 0,10= 1,10,

где

Полные потери в обмотке НН

Р= 1,10·2946=3240,6 Вт.

Поверхность охлаждения обмотки по (6.15)

П_ОХЛ = 2·3·0,75 (0,226 + 0,284) ·0,79 = 5,695 м².

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

q = 3240,6/5,695=569,0 Вт/м².

Внутренний перепад температуры в обмотке

= 569·0,25·10^-3/0,17 = 0,84 ⁰С.

Превышение температуры поверхности обмотки над температурой масла по (9.19)

= 0,285·569^0,6= 12,82 ⁰С.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла

= 0,84+12,82=13,66⁰С.

Обмотка ВН. Расчет многослойной цилиндрической обмотки класса напряжения 35 кВ отличается некоторыми особенностями. Основные данные обмотки напряжение фазное U_Ф=20 204 В; напряжение витка u_B=9,6 В; ток фазный I₂=10,4 А; число витков на ответвтлениях 2209—2157—2105—2053—2001. Сечение витка 8,45 мм². Марка провода АПБ, круглое сечение диаметром 3,28/3,68 мм.

Высота обмотки l =0,79 м. Обмотка наматывается на цилиндре диаметром (0,31/0,32) 0.89 м. Внешний диаметр обмотки НН 0,284 м, изоляционное расстояние между обмотками a’₁₂=27 мм.

Расчет обмотки. Плотность тока

J= 10,4/(8,45·10^-6) = 1,23 МА/м².

Число витков в слое

x= 0,79/(3,68·10^-3) -1 = 214.

Число слоев в обмотке

n_СЛ = 2210/214=10,3 11

Число витков в слоях

1-й —9-й слой 214·9=1926

10-й слой 75 + 2·26= 127

11-й слой 22·6= 156

---------------------------------

Всего 2209,

Для симметричного расположения регулировочных витков по высоте обмотки в двух последних слоях (10-м и 11-м) располагаем витки по схеме рис. 10.10 (аналогично схеме рис. 6.6,б).

Рис. 10.10. Схема ответвлений обмотки ВН трансформатора типа ТМ-630/35 (показаны числа витков частей обмотки)

Разделяем обмотку ВН на две концентрические катушки в четыре слоя — внутренняя В и в семь слоев — внешняя Г с осевым каналом между катушками В и Г а'₂₂=6 мм. Для защиты от импульсных перенапряжений под внутренний слой обмотки на поверхность цилиндра устанавливается экран — разрезанный по образующей цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран изолируется с двух сторон кабельной бумагой. Общая толщина экрана с изоляцией 3 мм.

Рабочее напряжение двух слоев обмотки

U_М,СЛ = 9,6·2·214 = 4100 В.

По табл. 4.7 находим междуслойная изоляция — кабельная бумага 7 слоев 0,12 = 0,84 мм; выступ изоляции на торцах обмотки 22 мм.

Радиальный размер обмотки

При расчете напряжения короткого замыкания следует пользоваться выражением

а₂ = 0,058 — 0,003 = 0,055 м.

Внутренний диаметр

D'₂ = 0,284 + 2·0,027 =0,338 м.

Внешний диаметр

D"₂ = 0,338 + 2·0,058 = 0,454 м.

Последние пять витков на каждой ступени, т.е. витки 1997—2001; 2049—2053; 2101—2105; 2153—2157 и 2205—2209, изолируются дополнительно лакотканью ЛХММ-0,20 в один слой. Масса металла обмотки по (7.7) на три стержня

G_О = 8,47·3·0,396·2209·8,45·10^-6= 187,82 кг.

Потери в обмотке основные по (7.4)

Р_ОСН = 12,75·10^-12·1,23²·10¹²·187,82=3622,9 Вт.

Добавочные потери в обмотке по (7.13) и (7.15)

= l+0,017·10⁸·0,713·0,00328·11²= 1+0,0232= 1,0232,

где =(214·3,28·10^-3·0,95/0,790)²=0,713.

Полные потери в обмотке Р₂= 1,0232·3622,9 = 3707 Вт. Поверхность охлаждения обмотки

П_ОХЛ=3·2·0,8 (0,338 + 0,454) ·0,790 = 9,435 м².

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

q = 3707/9,435 = 392,9 Вт/м².

Расчет внутреннего перепада температуры в обмотке (по § 9.5). Внутренний перепад температуры рассчитывается для наружной катушки Г, имеющей больший радиальный размер. Потери в 1 м³ объема обмотки по (9.11)

sub>

Далее ведем расчет по (9.13), (9.12), (9.10) и (9.4).

Средняя условная теплопроводность обмотки

Средняя теплопроводность с учетом междуслойной изоляции

Полный внутренний перепад температуры в катушке Г

Средний внутренний перепад температуры

Перепад температуры на поверхности обмотки

Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла

10.3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТИПА ТРДН-63000/110, 63 000 кВ·А, С РПН И ПОНИЖЕННОЙ МАССОЙ СТАЛИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Одним из главных требований, предъявляемых к вновь проектируемым сериям силовых трансформаторов, является существенное уменьшение металла- и материалоемкости, а также общих масс и габаритов их конструкций. Эта задача может быть решена путем выбора уменьшенных значений и вытекающего отсюда существенного уменьшения массы стали магнитной системы при некотором увеличении массы металла обмоток (см. § 3.6).

Задание. Рассчитать трансформатор с уменьшенной массой стали магнитной системы со следующими данными. Номинальная мощность S= 63 000 кВ·А; частота f=50 Гц; число фаз m=3. Обмотка НН расщепленная на две группы мощностью по 31 500 кВ·А каждая. Напряжения номинальные ВН U₁ = 115 000± (9·1,78 %), В, РПН; НН U₂= = 10 500 В каждой группы. Схема и группа соединений Ун/Д-Д-11-11. Охлаждение естественное масляное с дутьем (МД), Режим работы продолжительный. Установка наружная.

Параметры холостого хода и короткого замыкания потери холостого хода Р_Х не более 50 кВт; ток холостого хода i₀ не более 0,3 %; напряжение короткого замыкания на основном ответвлении (при номинальной мощности) u_K = 10,5%; потери короткого замыкания Р _K не более 240 000 Вт.

Выбор исходных данных. Магнитная система плоская, стержневая несимметричная шихтованная, с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными на среднем стержне по рис. 2.17, в. Сталь холоднокатаная текстурованная рулонная марки 3405 толщиной 0,30 мм. Расчетная индукция В _C = 1,65 Тл.

Обмотки ВН и НН из медного провода. Конструкция обмотки НН винтовая одноходовая расщепленная, т. е. разделенная на две само cтоятельные, гальванически не соединенные части, расположенные в осевом направлении одна относительно другой по рис. 10.11 с мощностью 31 500 кВ·А каждая.

Обмотка ВН в главной части, обеспечивающей номинальную мощность, состоит из двух параллельных ветвей, взаимно расположенных в осевом направлении стержня, с вводом линейного конца в середину высоты и общей нейтралью со стороны верхнего и нижнего ярм. Регулировочная часть обмотки ВН располагается концентрически с главной частью (рис. 10.11). Главная часть обмотки ВН рассчитывается на номинальную мощность и регулировочная часть на 9·1,78 % =16% номинальной мощности.

Регулирование напряжения под нагрузкой осуществляется посредством устройства переключения с активными сопротивлениями по рис. 6.7, в при включении регулировочной обмотки РО встречно (до -16%) или согласно (до+16%) с реверсированием по принципиальной схеме рис. 10.12.

Номинальные токи обмоток

линейные

фазные

Рис. 10.11. Трансформатор ТРДН-63000/110. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора1-обмотка ВН, главная часть; 2 -обмотка НН; 3-обмогка ВН, регулировочная часть.

Рис. 10.12. Трансформатор ТРДН-63000/110. Принципиальная схема регулирования напряжения на обмотке ВН

Испытательные напряжения обмотки ВН — линейный конец U_ИСП1= 200 кВ; нейтраль обмотки U_ИСП1 = 100 кВ; обмотки НН — U_ИСП2 = 35 кВ.

Главная изоляция обмоток трансформатора по рис. 4.7.

Основные изоляционные расстояния обмоток ВН а₁₂=50 мм; i'₀ = 75 мм; i"₀ =205 мм; a₁₃=50 мм; а₃₃=35 мм. Для обмотки НН а_0Ц = 8 мм (по табл. 4.4); бумажно-бакелитовый цилиндр =10 мм (Согласно § 7.3); канал между цилиндром и обмоткой НН для размещения отводов НН от середины ее высоты а_У2=25 мм. Всего a₀₁=8+10+25=43 мм. Расстояния i'₀ и i"₀ от ярм такие же, как и для обмотки ВН. В дальнейшем принимаются l₀= (l'₀ + l"₀)/2. Прессующие кольца обмоток ВН и НН неметаллические, склеенные, древесно-cлоистые.

Основное выражение

по (3.28) и табл. 3.3 с прим. 7; а₁₂=0,05 м; а _P=0,05+0,05=0,10 м.

Принимаем k_P = 0,95;

u_a = P_K/(10S) = 240 000/(10·63000) = 0,328 %;

В _C = 1,65 Тл; k_KP=0,930 (табл. 2.5); k₃=0,96 (табл. 2.2); k_C = 0,93·0,96= 0,893.

Основные расчетные коэффициенты по (3.30), (3.35), (3.36), (3.43), (3.44) и (3.52)

где а=1,45-по табл. 3.4; k_Я= 1,015 по табл. 2.8; b₁=0,25 по табл. 3.5, прим. 3; е=0,41 на основании пояснения к {3.41); b₃= (16/100) b₁ = (16/100) ·0,25=0,04,

В соответствии с прим. 1 к табл. 3.12 принимается =1,35. Тогда диаметр стержня магнитной системы . Ближайший диаметр из нормализованного ряда d_Н=0,630 м. Значение , соответствующее нормализованному значению диаметра,

Масса стали

Масса металла обмоток на основном ответвлении (при номинальной мощности)

Для определения массы металла регулировочной обмотки необходимо найти ее средний диаметр

Полная масса металла обмоток

Расчет массы стали магнитной системы, потерь и тока холостого дается в гл. 8.

Основные размеры магнитной системы диаметр стержня d =0,63 мм; расстояние между осями стержней

По табл. 8.7 находим

сечение стержня

сечение ярма

объем стали угла

Масса стали ярм по (8.8)

по (8.9)

Масса стали угла

Масса стали ярм

Для расчета массы стали стержней определяем

высоту обмоток

длину стержня

По (8.12)

По (8.13)

где а_1Я=615 мм по табл. 8.5; G" _C учитывает массу объема стали между торцом стержня и углом ярма.

Таблица 10.3. Сравнение данных расчета трансформатора типа ТРДН-63000/110, рассчитанного по § 10.3, с трансформатором, отвечающим требованиям по ГОСТ 12965-74

Расчет		BC, Тл	d, м	С, м	l, м	GCT,кг	GO,кг	PX,Вт	i0, %	РК, Вт
По § 10.3	1,365	1,65	0,63	1,28	2,380	29 423	13 567	49 602	0,262	240 000
По ГОСТ 12965-74	1,799	1,543	0,71	1,50	2,015	37 119	12 292	59 000	Не более 0,600	245 000

Масса стали стержней

Потери холостого хода по (8.32)

где k_П,Д=1,20; В_С = 1,65 Тл; В_Я= 1,65·0,27768/0,28397= 1,613 Тл; р_С= 1,263 Вт/кг; р_Я=1,179 Вт/кг (по табл. 8.10); k_П,У =9,74 (по табл. 8.13);

Ток холостого хода по (8.44)

где k'_П,Д =1,20; k"_П,Д =1,15; k_Т,ПЛ = 1,18 по тексту пояснения к (8.44) и по табл. 8.21 для ширины второго пакета ярма по табл. 8.5 и 8.21; k_Т,У =34,20 по табл. 8.20.

Для стали стержней q_C = 1,866 В·А/кг; для стали ярм q_Я = = 1,665 В·А/кг по табл. 8.17 для индукций 1,65 и 1,613 Тл. Площади немагнитных зазоров на прямом стыке П_З2=0,27768 м²; на косом стыке П_З1=0,27768√2=0,39261 м². Магнитные индукции на прямом стыке В_З2=1,65; на косом стыке B_З1 = 1,65/√2=l,167 Тл. Соответствующие удельные намагничивающие мощности для прямых стыков q_З2 = 22 460 В·А/м², для косых стыков q_З1=3240 В·А/м². Число косых стыков n_З1 = 6, число прямых — n_З2=2 (табл. 8.17);

Q_Х = 1,20·1,15·1,866 (15 862 + 0,5·34,20·1,18·1132,5) +

+ 1,20·1,15·1,605 (13 439 — 6·1132,5 + 0,5·34,20·1,18·1132,5) +

+ 1,15(3240·6·0,39261 +22 460·2·0,27768) = 165046 В·А.

Ток холостого хода i₀ = 165 046/(10·63 000) =0,262 %.

В табл. 10.3 приведено сравнение данных рассчитанного трансформатора с данными трансформатора того же типа, рассчитанного с параметрами холостого хода и короткого замыкания, соответствующими требованиям ГОСТ 12965-74.