Выбор схемы, конструкции, материала и технологии изготовления магнитной системы.

Схема расчета трансформатора

Определение основных электрических величин

Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.

Мощность одной фазы, кВА:

,

где S - мощность трансформатора, m - число фаз

Мощность обмоток одного стержня:

,
где с - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (мощность в кВА).

Номинальные (линейные) токи на сторонах для трехфазного трансформатора, А:

обмотки ВН ,
где U₂ – номинальное линейное напряжение обмотки ВН, В;

обмотки НН ,
где U₁ – номинальное линейное напряжение обмотки НН, В.

Фазные токи и напряжения обмоток зависят от схемы их соединения.

Фазные токи обмотки одного стержня для схемы соединения Y/ Y –0 равны линейным токам.

Фазные напряжения при этом соединении:

обмотки ВН

обмотки НН

Фазный ток обмотки для соединения в ∆: / .

Фазное напряжение для соединения в ∆: U_л

Выбор испытательных напряжений обмоток.

Для надежной работы трансформатора прочность его изоляции испытывается в соответствии с ожидаемыми перенапряжениями. Величина испытательного напряжения зависит от типа трансформатора и от класса напряжения, под которым понимают номинальное (линейное) напряжение обмотки.

Величину испытательного напряжения выбирают по таблице 1. (4.1 [1]):

Таблица 1. Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)

Класс напряжения, кВ
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	7,2	12,0	17,5		40,5
Испытательное напряжение Uисп. , кВ

 

Примечание. Обмотки масляных и сухих трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеют U _исп = 5 кВ.

По испытательным напряжениям обмоток ВН и НН находят изоляционные промежутки между обмотками и другими токоведущими частями и между обмотками и заземленными деталями трансформатора.

Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания.

Потери КЗ, указанные в задании, дают возможность определить активную и реактивную составляющие напряжения КЗ %.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания u_a,

u_a = Р_к /(10S)
Р_к – потери короткого замыкания в Вт, S – мощность трансформатора, кВА.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

u_р =

u_k – заданное напряжение короткого замыкания;

u_a – активная составляющая напряжения короткого замыкания

 

2 Расчет основных размеров трансформатора (гл. 2, 3 и 4):

Для расчета основных размеров трансформатора, необходимо:

- выбрать схему, конструкцию и технологию изготовления магнитной системы;

- выбрать марку и толщину листов стали и тип изоляции пластин, индукцию в магнитной системе;

- сделать предварительный выбор типа обмоток;

- выбрать конструкцию и определить размеры основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток;

- предварительно рассчитать трансформатор и выбрать соотношение основных размеров с учетом заданных значений u_к, Р_к , Р_хх.

- определить диаметр стержня и высоту обмотки, предварительно рассчитать магнитную систему (определить активное сечение стержня)

 

выбор схемы, конструкции, материала и технологии изготовления магнитной системы.

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Для трехфазных силовых трансформаторов наибольшее распространение получила плоская магнитная система стержневого типа с вертикально расположенными стержнями.

По способу сборки магнитной системы предусматривается шихтованная конструкция магнитопровода. Ярма и стержни при этом собираются впереплет из плоских пластин как единая цельная конструкция.

Предпочтительной схемой шихтовки сердечника является схема с косыми стыками в четырех углах и прямыми стыками в средней фазе; число зазоров на косом стыке – 4, на прямом – 3 (рис.1)

Рис.1. План шихтовки магнитопровода

 

Поперечное сечение стержня магнитопровода представляет собой ступенчатую фигуру (рис.2), вписанную в окружность, с концентрическим расположением обмоток. При этой системе магнитный поток ярма равен протоку стержня Фя = Фс, и площадь поперечного сечения ярма равен или больше площади поперечного сечения стержня.

Рис. 2. Поперечное сечение стержня магнитопровода

Число ступеней в сечении стержня, коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры k_кр,ориентировочный диаметр стержня d выбирается в зависимости от мощности трансформатора по табл. 2 (2.5 [1])

Таблица.2. Число ступеней в сечении стержня современных трёхфазных масляных трансформаторов и коэффициент заполнения k _кр

Мощность трансформатора, S, кВА	До 16			40-100	160-630
Ориентировочный диаметр стержня d, м	До 0,08	0,08	0,09	0,10-0,14	0,16-0,18	0,20	0,22
Число ступеней
Коэффициент k кр	0,636	0,786	0,851	0,861	0,890	0,91-0,92	0,913	0,918	0,928
Мощность трансформатора, S, кВА	1000-1600	2500-6300	10 000	16 000	25 000		80 000
Ориентировочный диаметр стрежня d, м	0,24-0,26	0,28-0,30	0,32-0,34	0,36-0,38	0,40-0,42	0,45-0,50	0,53-0,56	0,60-0,67	0,71-0,75
Число ступеней
Коэффициент k кр	0,925	0,928	0,929	0,913	0,922	0,927	0,927	0,929	0,931
Мощность трансформатора, S, кВА	100000-1000 000
Ориентировочный диаметр стержня d, м	0,80-0,95	1,00-1,09	1,12-1,18	1,22	1,25-1,36	1,40-1,50
Число ступеней
Коэффициент k кр	0,892-0,904	0,899-0,907	0,903-0,909	0,910	0,912-0,913	0,913-0,914

 

Примечания: 1. Коэффициент k _кр приведён с учётом охлаждения каналов стержня.

2. При использовании таблицы для однофазного или трёхобмоточного трансформатора его мощность следует умножать на 1,5

3. До диаметра стержня d = 0,22 м стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, при d > 0,22 м прессовка осуществляется бандажами.

В сечении стержня масляного трансформатора предусматриваются охлаждающие каналы – продольные по отношению к расположению пластин, шириной 6 мм, при диаметре стержня 0,36-0,48 м – один канал; 0,50-0,60 м – два; 0,63-0,75 м – три; 0,80-1 м – четыре канала. При диаметрах 0,80-1,50 м – добавляется еще один поперечный канал шириной 10 мм. Эти данные нужно учесть при разработке чертежа стержня.

Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь, главным образом марок 3404, 3405, 3406, 3407 по ГОСТ 21427.1-83, поставляемая в рулонах. Преимущественно используются стали марок 3404 и 3405 толщиной 0,35 и 0,30 мм, но в случаях, когда решающим фактором являются низкие потери, может использоваться сталь толщиной 0,27 мм.

Наличие изоляции между листами магнитопровода учитывается коэффициентом заполнения сечения пакета сечением стали k_з. Желательно выбирать этот коэффициент наиболее высоким, т.к. его понижение ведет к увеличению массы стали магнитной системы и металла обмоток.

Выбор k_з производится по таблице 3 (2.2 [1]).

Таблица.3. Коэффициент заполнениясечения пакета сечением стали k_з.

Марка стали	Толщина, мм	Вид изоляционного покрытия	kз
3404, 3405, 3406, 3407, 3408	0,35	Нагревостойкое	0,97
0,30	0,96
3405, 3406, 3407, 3408	0,27	0,95

 

Общий коэффициент заполнения сталью k_с = k_кр * k_з

Поперечное сечение ярма – многоступенчатое с числом ступеней на 1-2 меньше числа ступеней стержня.

Активная площадь сечения ярма П_я выбирается несколько больше активной площади сечения стержня П_с Коэффициент увеличения площади сечения ярма по отношению к сечению стержня (k_я = ) выбирают в зависимости от мощности трансформатора по таблице 4 (2.8 [1]). По этой же таблице выбирается способ прессовки стержней и ярм и форма сечения ярма.

 

 

Таблица 4. Выбор способа прессовки стержней и ярм, формы сечения и коэффициента усиления ярма для современных масляных трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВА	Прессовка стержней	Прессовка ярм	Форма сечения ярма	Коэффициент усиления ярма kя
25-100	Расклиниванием с обмоткой	Балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма	3-5 ступеней	1,025
160-630	С числом ступеней, на одну-две меньше числа ступеней стержня	1,015-1,025
1000-6300	Бандажами из стеклоленты	Балками, стянутыми стальными полубандажами

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: