ТРЕХФАЗНЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

По методике [1] следует задаться потерями короткого замыкания P_к и напряжением короткого замыкания U_к%, которые выбираются из табл. П.1 и табл. П.2.

Вт, %.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

%

Реактивная составляющая

%

Определение испытательных напряжений обмоток.

Испытательные напряжения обмоток по табл. П.3

для обмотки ВН U_исп = 85 кВ;

для обмотки НН U_исп = 5 кВ.

Определение основных размеров трансформатора

2.1Выбор конструкции магнитной системы

Согласно указаниям [1] выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на средних стержнях. Для мощности 1600 кВА согласно табл. П.5 число ступеней в стержне принимаем 8, коэффициент заполнения круга к_кр=0, 928, число ступеней в ярме меньше на 2 и равно 6. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются профильными стальными балками (табл. П.4). Изоляция пластин — нагрево-стойкое изоляционное покрытие, с коэффициентом заполнения k_з = 0, 97.

Коэффициент заполнения сталью k_с =k_кр ∙ k_з =0, 928 ∙ 0, 97 =0, 9.

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4, на прямом 3.

Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурированная рулонная сталь 3404 толщиной 0, 35мм.

2.2Определение диаметра и высоты стержня магнитной системы

м,

где β рекомендуется выбирать в интервале 1, 8 ÷ 2, 4 (например β = 1, 9);

м.

Значение а₁₂ определить из табл.П.8 для U_исп = 85 кВ.

Значение k по табл. П.9.

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному k_р 0, 95;

Индукция в стержне (предварительная) B_c по табл. П.10.

По табл. П.12 принимаем стандартный диаметр d = 0, 26 м.

Активное сечение стержня

м².

2.3Выбор конструкции обмоток и изоляционных промежутков главной изоляции

Выбираем типы обмоток по табл. П.6 для ВН при напряжении 35 кВ и токе

26, 4 А – непрерывная катушечная из прямоугольного медного провода; для обмотки НН при напряжении 0, 69 кВ и токе 773 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного медного провода.

Средний диаметр обмоток НН и ВН

м,

где а выбирается в зависимости от значения напряжения обмотки ВН:

при 35 кВ принять а = 1, 4 [1].

Рис. 1. Основные размеры трансформатора

Высота обмоток (предварительная)

м.

По испытательному напряжению обмотки ВН U_исп = 85 кВ находим из табл. П.8 изоляционные расстояния (рис. 1): мм, мм, мм.

Для обмотки НН при U_исп = 5 кВ по табл. П.7 находим мм.

Расчет обмоток

Расчет обмотки НН

Конструкция обмотки НН определяется мощностью и напряжением согласно рекомендациям табл. П.6. Выбрана цилиндрическая многослойная конструкция из прямоугольного медного провода. Обмотка НН расположена ближе к стержню магнитопровода, т.е. является внутренней и расчет всегда начинается с неё.

ЭДС одного витка

В.

Число витков обмотки НН

. Принимаем w₁= 40 витков.

Напряжение одного витка

U_В = 690/40 = 17, 25 В.

Средняя плотность тока в обмотках

МА/м²,

где k_Д из табл. П.14.

Сечение витка ориентировочно

м² = 213, 5 мм².

По полученному ориентировочному значению выбираем по табл. П.13 сечение витка из N = 6 параллельных проводов марки ПБ класса нагревостойкости “В” с намоткой на ребро (для провода марки ПСД и ПСДК см. табл. П.15, для круглого провода марки ПБ см. табл. П.17). Рекомендуется число N выбирать минимальным.

Для прямоугольного провода марки ПБ

(в числителе размеры провода без изоляции, в знаменателе с изоляцией рис. 2 и 3).

сечением 37, 2·10^{-6 м2} каждого провода (по табл. П.15);

Для круглого провода , по табл. П. 17, рис. 3.

Общее сечение витка из прямоугольного провода

м².

Общее сечение витка из круглого провода

Осевой размер витка из N параллельных проводов:

для прямоугольного провода

м.

для круглого провода

Число витков в слое

Число слоев обмотки

.

Плотность тока

МА/м².

Рис. 2. Размеры провода в изоляции

Рис Рис. 3. Поперечное сечение одного витка в изоляции из N проводников

Осевой размер обмотки

м.

Предварительный радиальный размер обмотки без каналов между слоями

м,

где - толщина изоляции между слоями (выбран электрокартон толщиной , можно использовать кабельную бумагу толщиной 0, 2 мм в
3 слоя) [1]. Кабельная бумага .

Предварительная плотность теплового потока на поверхности обмотки

Вт/м²,

где n_сл1 – число слоев обмотки; b – размер провода, которым он уложен перпендикулярно к стержню; a (a´ – в изоляции) - размер провода, которым он уложен параллельно стержню;

k_з – коэффициент закрытия поверхности распорными планками, k_з 0, 75;

k_д – коэффициент, учитывающий отношение основных потерь к потерям короткого замыкания, по табл. П.16, k_д = 0, 91.

Расчетное значение Вт/м² больше допустимого значения Вт/м², поэтому для увеличения поверхности охлаждения используем канал между частями обмотки шириной а_к1= 7, 5 мм и определяем q₁ для каждой части обмотки. В данном варианте каждая часть обмотки содержит число слоев n=1.

Следовательно Вт/м², что допустимо.

Окончательный радиальный размер обмотки

м.

В случае круглого провода плотность теплового потока рассчитывать по формуле

Диаметры обмотки:

внутренний м;

внешний м.

Масса металла обмотки

кг,

где м — средний диаметр обмотки.

Масса провода по табл. П.17 и П.18.

кг.

3.2Расчет обмотки ВН.

По рекомендациям табл. П.6 выбрана непрерывная катушечная обмотка из прямоугольного медного провода с радиальными каналами.

Выбираем схему регулирования по рис. 4 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю по рис. 4. Контакты переключателя рассчитываются на ток 30 А. Эта схема применяется для всех конструкций обмоток (табл. П.6).

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении .

Принимаем w₁= 1176 витков.

Напряжение одного витка

U_В = 20207/1176 = 17, 18 В.

Согласно ГОСТ 11920 – 85 регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПВБ) предусматривается четыре ответвления (+5, +2.5, -2.5 и -5)%U_н и основной зажим с номинальным напряжением.

Напряжение ступени регулирования

В.

Число витков на одной ступени регулирования в фазной обмотке

витков.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Рис. 4. Схема регулирования напряжения ВН

Ориентировочное сечение витка

м² мм².

По табл. П.6 по мощности 1600 кВ∙ А, току на один стержень 26, 4 А, номинальному напряжению обмотки 35000 В и сечению витка 7, 31 мм² выбираем конструкцию непрерывной катушечной обмотки из прямоугольного медного провода марки ПБ класса В с радиальными каналами.

Если по рекомендации табл. П.6 выбрана цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода, то расчет обмотки ВН выполнить по формулам для расчета обмотки НН.

По полученному ориентировочному значению выбираем по табл. П.13 сечение витка из одного прямоугольного провода марки ПБ:

сечением 7, 625·10^{-6 м2}.

В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод с усиленной изоляцией 1, 50 мм, с размерами провода в изоляции 2, 90 7, 10 мм. (1, 4+1, 5 = 2, 9 мм, 5, 6 +1, 5 = 7, 1 мм).

Плотность тока в обмотке

МА/м².

При J₂ = 3, 46 МА/м² и b = 5, 6 мм по графикам рис. 5, а находим

q 800 Вт/м².

Рис. 5. Графики для ориентировочного определения размера провода b по заданным значениям q и J в катушечных, винтовых и цилиндрических обмотках из прямоугольного провода

(для цилиндрической обмотки размер b, полученный по графику, умножить на 0, 8).

Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по мм между всеми катушками. Две крайние катушки сверху и снизу отделены каналами по мм. Схема регулирования напряжения – по рис. 4, канал в месте разрыва обмотки h_кр = 10 мм (рис. 6).

Осевой размер катушки 6, 1 мм, осевой размер крайних катушек с усиленной изоляцией 7, 1 мм, т. е. провод укладывается “плашмя” (на сторону ).

Число катушек на стержне предварительно

катушек,

где h'_к – ширина межкатушечных каналов (для S_Н < 1600 кВ∙ А, h'_к = (4 ÷ 6)мм).

Число витков в катушке ориентировочно

.

Радиальный размер

м,

где а´ – радиальный размер провода.

Общее распределение витков по катушкам:

Распределение витков по катушкам следует начинать с регулируемых катушек:

В одной ступени регулирования 29 виток, поэтому регулируемая катушка должна содержать w_кр = w_р/2 = 14, 5 витка, а число регулируемых катушек

Для защиты обмотки ВН от внешних электрических импульсов крайние катушки обмотки должны иметь лучшую изоляцию.

Четыре катушки, например, могут содержать по18 витков

49 силовых катушек Г по 20 витков..............................................980

8 регулировочных катушек Д по 14, 5 витка.................................116

4 катушки с усиленной изоляцией Е по 20 витков.........................80

Всего 61 катушка..............................................................1176 витков

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты

по рис. 6 и 7.

Рис. 6. Расположение катушек и радиальных каналов.

Осевой размер обмотки

Величина l₂ должна быть равна l₁ (l₁ = l₂ = 0, 62 м).

По испытательному напряжению U_исп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ∙ А по табл. П.7 находим:

Канал между обмотками ВН и НН ………………………..

Толщина цилиндра (изоляционного)……………………....

Выступ цилиндра за высоту обмотки ……………………...

Расстояние обмотки ВН до ярма …………………………...

Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушек группы Г

Вт/м².

Значение q₂ меньше 1200 Вт/м², что гарантирует допустимый нагрев обмотки ВН.

Внутренний диаметр обмотки

мм.

Принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках толщиной 18 мм наматывается обмотка ВН (диаметром 0, 380/0, 400 0, 770 м). Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 6 и 7.

Радиальный размер обмотки с экраном ( )

м.

Внешний диаметр обмотки

м.

Рис. 7. Схема обмоток НН и ВН и изоляционных расстояний трансформатора

Масса меди обмотки ВН

кг,

где мм.

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией

кг,

где k_из – коэффициент увеличения массы обмотки ВН с учетом изоляции.

Масса меди двух обмоток

кг.

Масса провода двух обмоток

кг.

4. Определение параметров режима короткого замыкания