2015-04-30
333
5.5.1 Неравномерное распределение МДС по высоте обмоток
При использовании формулы (34) для оценки реактивной составляющей напряжения короткого замыкания предполагалось, что обмотки имеют равномерную плотность распределения МДС по продольному сечению и, следовательно, по высоте обмоток. Однако так бывает не всегда. Причины этому следующие:
1. отключение части витков обмотки ВН при регулировании напряжения;
2. укорочение винтовой обмотки вследствие большой ширины витка;
3. pазгон витков в отдельных местах обмотки по конструктивным соображениям. Например, у непрерывных обмоток напряжением 35 кВ и выше концевые катушки имеют усиленную изоляцию витков и увеличенные каналы между катушками. Это приводит к разряжению (уменьшению плотности) ампер-витков в этих местах обмотки, то есть к их неравномерному их распределению. К этому же приводят увеличенные каналы в местах транспозиций в одноходовой винтовой обмотке.
По указанным причинам возникает несимметрия первичных и вторичных МДС по высоте обмоток, что вызывает появление дополнительного поперечного потока рассеяния.
5.5.2 Возникновение дополнительного реактивного падения напряжения от поперечного потока рассеяния
Одним из наиболее часто встречающихся случаев несимметрии является выключение регулировочных витков в середине обмотки ВН. В этом случае действительное распределение МДС обмотки можно представить состоящим из двух составляющих, одна из которых будет иметь такую же, как и основная обмотка, но равномерно распределенную по высоте, а другая – некоторую дополнительную МДС. Обе этих МДС в сумме должны составлять фактическую МДС обмотки ВН.
Дополнительная МДС приводит к появлению дополнительной реактивной составляющей напряжения короткого замыкания. Его можно рассчитать по одной из приближенных формул в зависимости от местонахождения выключенных витков или разряжения МДС.
5.5.3 Механические силы взаимодействия обмоток трансформатора
В результате взаимодействия магнитного поля рассеяния с током в обмотке в ней возникают значительные механические усилия. При номинальном режиме работы эти механические силы не представляют опасности для целостности обмоток. Однако при внезапных коротких замыканиях, когда амплитуда максимального тока возрастает в 20-25 раз по сравнению с номинальным значением, механическая сила, пропорциональная квадрату силы тока возрастает в 400-625 раз. Мгновенное значение тока короткого замыкания может быть еще в 2 раза больше в виду наличия свободной составляющей тока. А это уже может привести к значительным разрушениям трансформатора. В связи с этим конструкция обмоток и опорных деталей должна быть рассчитана таким образом, чтобы она могла противостоять возникающим механическим усилиям.
Известно, что проводник с током, находящийся в магнитном поле и пересекающий магнитные линии, испытывает действие механической силы, приложенной к проводнику. Эта сила направлена перпендикулярно к направлению тока и магнитных линий (правило правой руки).
Действие этих сил и их направления являются следствием закона Ампера. При этом два параллельных проводника с одинаково направленным током стремятся сблизиться между собой, а с разнонаправленными токами — оттолкнуться. Эти явления имеют место и в обмотках трансформатора. Витки одной и той же обмотки стремятся сблизиться между собой, а вся обмотка в целом – как бы уплотниться. Первичная и вторичная обмотки, имеющие при нагрузке трансформатора противоположно направленные токи, наоборот, стремятся оттолкнуться друг о друга.
5.5.4 Радиальные и осевые механические усилия
В концентрических обмотках от взаимодействия токов первичной и вторичной обмоток наружная обмотка стремится разорваться, а внутренняя — сжаться. Таким образом, в этих обмотках возникают радиальные механические усилия, которые воспринимает на себя обмоточный провод, препятствуя их внешнему проявлению.
В каждой из обмоток витки, обтекаемые током одного направления, стремятся сблизиться между собой. Наибольшее давление при этом будут испытывать витки, находящиеся в середине обмотки, так как именно в этом месте будут суммироваться давления от каждого витка. Вследствие этого возникает осевое усилие.
При несимметричном расположении обмоток, о чем уже говорилось выше, могут возникнуть и изгибающие усилия.
В соответствии с законом Ампера и конкретной геометрией магнитной системы и обмоток трансформатора эти усилия можно рассчитать. Результат совместного рассмотрения возникающих в обмотках механических усилий следует сравнить с допустимыми величинами механических напряжений, которые бы не приводили к механическим повреждениям и разрушениям изоляции.
При учебном проектировании возникающие механические усилия не рассчитываются, так как предполагается, что если электромагнитный расчет трансформатора выполнен в соответствии с выданным заданием на курсовое проектирование, то эти усилия находятся в пределах разрешенных допусков.
