Ориентировочная необходимая поверхность конвекции

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9

(стр. 433 9.30)

Поверхность крышки бака

(стр. 451)

0, 16 – удвоенная ширина верхней рамы бака

0, 5 – коэффициент учитывающий закрытие поверхности крышки вводами и арматурой

Поверхность конвекции радиатора

(стр. 451)

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки

(стр. 451)

- коэффициент, учитывающий улучшение или ухудшение теплоотдачей конвекцией для данной формы поверхности по сравнению с вертикальной стенкой

- площадь конвекции труб , т.к. А=1, 5 м

- поверхность конвекции двух коллекторов

Необходимое число радиаторов

(стр. 451)

Принимаем число радиаторов

Поверхность конвекции бака

(стр. 451)

Окончательный расчет превышения температуры

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающей воздуха

(стр. 446 9.49)

Где

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака

(стр. 446 9.52)

- для естественного масляного охлаждения

- сумма поверхности гладкой части труб, волн, крышки, без учета коэффициента улучшения или ухудшения конвекции

Превышение температуры в верхних слоях над температурой окружающего воздуха

(стр. 446 9.51)

Коэффициент для трубчатых баков и для баков с радиаторами может быть принят равным 1, 2.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха

(стр. 446 9.52)

Обмотка НН

Обмотка ВН

Превышение температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677 – 85.

7. Магнитные системы трансформаторов. Выбор конструкции и марки стали. Расчёт потерь и тока холостого хода.

Магнитная система представляет собой комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определенной геометрической форме. В магнитной системе различают стержни - те ее части, на которых располагаются основные обмотки трансформатора, и ярма - части, не несущие основных обмоток и служащие для замыкания магнитной цепи. По взаимному расположению стержней и ярм плоские и пространственные магнитные системы могут также подразделяться на стержневые, броневые и бронестержневые. Магнитные системы разделяются на плоские - такие, в которых продольные оси всех стержней и ярм располагаются в одной плоскости (1-й рис) и пространственные, в которых оси стержней и ярм располагаются не в одной плоскости. 1-й рис – стержневая маг/сис. 2-й рис: а) и б) – броневые, в) – бронестержневые маг/сис. По способу сборки различают: шихтованные магнитные системы, ярма и стержни которых собираются впереплет из плоских пластин как единая цельная конструкция, навитые магнитные системы, все части которых изготовляются путем навивки из ленточной электротехнической стали, а затем скрепляются в единую конструкцию, и стыковые магнитные системы, ярма и стержни или отдельные части которых, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык и скрепляются специальными стяжными конструкциями или другими способами. Магнитная система со всеми узлами и деталями, которые служат для соединения ее отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. На остове в, процессе дальнейшей сборки устанавливаются обмотки и крепятся отводы, т. е. проводники, предназначенные для соединения обмоток трансформатора с переключателями, вводами и другими токоведущими частями.

Пространственные магнитные системы: а — стыковая со стержнями, собранными из плоских пластин, и навитыми ярмами; б — навитая неразрезная.

Трехфазная магнитная система по последнему рис., д) получила наибольшее распространение для силовых трансформаторов мощностью от 6, 3 до 100000 кВ•А. С дальнейшим ростом мощности и размеров трансформатора обычно переходят на бронестержневые магнитные системы. При мощности однофазного трансформатора 133000 кВ•А и более, когда одно только разветвление ярм недостаточно снижает высоту трансформатора, прибегают к «расщеплению» мощности между двумя или тремя отдельными стержнями, например по схеме рис. Г).

Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь, главным образом марок 3404, 3405, 3406, 3407 и 3408 по ГОСТ 21427.1-83, поставляемая в рулонах. Обозначения марок холоднокатаной стали расшифровываются следующим образом: первая цифра 3 - класс по структурному состоянию и виду прокатки - холоднокатаная анизотропная с ребровой структурой, вторая цифра 4-класс по содержанию кремния - свыше 2, 8 до 3, 8% включительно; третья цифра - 1 или 0 - группа по основной нормируемой характеристике согласно примечанию к табл. 2.1; четвертая цифра от 1 до 8 - порядковый номер марки стали с улучшением магнитных свойств по мере возрастания этого номера. Полный ток холостого хода трансформатора может быть найден по его полной намагничивающей мощности холостого хода Q_x, В·А, которая в трансформаторах мало отличается от реактивной составляющей мощности холостого хода, i_o = Q_x·10²/(S·10³) = Q_x/(10S). Потери холостого хода трансформатора Р_х слагаются из магнитных потерь, т.е. потерь в активном материале (стали магнитной системы, потерь в стальных элементах конструкции остова трансформатора, вызванных частичным ответвлением главного магнитного потока, основных потерь в первичной обмотке, вызванных током холостого хода, и диэлектрических потерь в изоляции. Диэлектрические потери в изоляции могут играть заметную роль только в трансформаторах, работающих при повышенной частоте, а в силовых трансформаторах, рассчитанных на частоту 50 Гц, даже при классах напряжения 500 и 750 кВ, обычно малы и могут не учитываться. Также не учитываются в силовых трансформаторах основные потери в первичной обмотке, составляющие обычно менее 1 % потерь холостого хода. Потери в элементах конструкции трансформатора при холостом ходе относительно невелики и учитываются вместе с другими добавочными потерями. Потери холостого хода в магнитной системе, собранной из пластин горячекатаной стали, . где p_c и р_я - удельные потери в 1 кг стали стержня и ярма, зависящие от индукций В_c и В_я, марки и толщины листов стали, приведенные для стали марок 1512 и 1513 по ГОСТ 21427-83 в табл. 8.9; k_д - коэффициент, учитывающий добавочные потери, возникающие вследствие неравномерности распределения индукции механических воздействий на сталь при заготовке пластин и сборке остова, потери в крепежных деталях и др.

8. Потери и КПД трансформаторов. Методы достижения высокого КПД при проектировании.

Во время работы трансформатора имеют место потери энергии как в металле магнитопровода, так и в проводах обмоток. При этом потери в магнитопроводе определяются только приложенным напряжением независимо от токовой нагрузки обмоток и поэтому обычно называются потерями холостого хода.

Потери энергии в проводах обмоток, наоборот, определяются нагрузкой трансформатора, изменяясь пропорционально квадрату протекающего в них тока, и поэтому называются нагрузочными. Их часто именуют потерями короткого замыкания по методу, применяемому для их измерения.

Так как небольшие трансформаторы обычно работают с большой нагрузкой только незначительную часть суток, то и нагрузочные потери существенны только в эти часы и резко снижаются с уменьшением нагрузки. Потери холостого хода остаются практически неизменными и поэтому для экономической работы трансформатора особое значение имеет снижение потерь холостого хода.

Потери энергии в обмотках зависят от плотности тока в их проводах, выбираемой на основании экономических расчетов с учетом предстоящей загрузки трансформатора при эксплуатации.

Потери в магнитопроводе в свою очередь складываются из потерь на вихревые токи в магнитопроводе и потерь на перемагничивание. Потери на вихревые токи в магнитопроводе увеличиваются с увеличением толщины пластин, поэтому для их уменьшения магнитопровод набирают из отдельных, изолированных друг от друга пластин трансформаторной стали толщиною 0, 35 мм. Применяемые в трансформаторостроении высококачественные кремнистые стали имеют также небольшие потери и на перемагничивание.

Несмотря на то, что к. п. д. трансформаторов высок (97 - 98% у небольших и 99, 5% и более у мощных трансформаторов), суммарные потери в результате многократной трансформации энергии на пути от станции до потребителя составляют до 4 - 5% всей энергии, вырабатываемой электростанциями.

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Мощность электрических потерь Р_Эпропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной Р_Э1 и во вторичной Р_Э2обмотках:

Р_э = Р_з1 + Р_э2 = mI₁²r₁+ mI’₂²r_’2, (1.73)

где т — число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора т = 1, для трехфазного т = 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. (см. § 1.11) при номинальных токах в обмотках Р_к._ном-

Pэ=β ²P_k.ном, (1.74)

где Р — коэффициент нагрузки (см. § 1.13).

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 1.40).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь — систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса Р_Г, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов Р_ВТ, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

P_М=P_Г+P_В.Т

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Магнитные потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте перемагничивания магнитопровода, т. е. частоте переменного тока (Р_Г = f), а магнитные потери от вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты (P_ВТ ≡ f²). Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока степени 1, 3, т. е. Р_М = f^{1, 3}. Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода (Р_м ≡ В²) При неизменном первичном напряжении (U₁ = const) магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 1.40, а).

Рис. 1.40. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а) и энергетическая диаграмма (б) трансформатора

При проектировании трансформатора магнитные потери определяют по значению удельных магнитных потерь Р_УД, происходящих в 1 кг тонколистовой электротехнической стали при значениях магнитной индукции 1, 0; 1, 5 или 1, 7 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц:

, (1.75)

где В — фактическое значение магнитной индукции в стержне или ярме магнитопровода трансформатора, Тл; В_х — магнитная индукция, соответствующая принятому значению удельных магнитных потерь, например В_х = 1, 0 или 1, 5 Тл; G — масса стержня или ярма магнитопровода, кг.

Значения удельных магнитных потерь указаны в ГОСТе на тонколистовую электротехническую сталь. Например, для стали марки 3411 толщиной 0, 5 мм при В = 1, 5 Тл и f= 50 Гц удельные магнитные потери P_1.5/50=2, 45 Вт/кг.

Для изготовленного трансформатора магнитные потери определяют опытным путем, измерив мощность х.х. при номинальном первичном напряжении Р_0ном(см. § 1.11).

Таким образом, активная мощность Р₁, поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке Р_э1. Переменный магнитный поток вызывает в магнитопроводе трансформатора магнитные потери Р_эм. Оставшаяся после этого мощность, называемая электромагнитной мощностью Р_эм = Р₁ - Р_э1 - Р_м, передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке Р_э2. Активная мощность, поступающая в нагрузку трансформатора, Р₂ = Р₁ - ∑ Р, где ∑ Р=Р_э1+Р_м+Р_э2 — суммарные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 1.40, б).

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р₂ (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки Р₁ (подводимая мощность):

η = P₂/Р₁=(Р₁-∑ P)/Р₁ = l-∑ P/Р₁. (1.76)

Сумма потерь ∑ P=P_0ном+β ₂P_к.ном.

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)

Р₂ = √ 3U₂I₂cosφ ₂=β S_номcosφ ₂, (1.78)

где S_ном= √ 3U_2HOM I_2HOM — номинальная мощность трансформатора, В-А; I₂ и U₂ — линейные значения тока, А, и напряжения В.

Учитывая, что Р₁ = Р₂ + ∑ Р, получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

(1.79)

Рис.1.41. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины (β ), так и от характера (cosφ ₂) нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 1.41). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р_0ном =β '²/Р_К.НОМ, отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД,

(1.80)

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β '=0, 45÷ 0, 65. Подставив в (1.79) вместо Р значение Р' по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:

(1.81)

Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуютсяпонятием КПД по энергии, который представляет собой отношение количества энергии, отданной трансформатором потребителю W₂ (кВт-ч) в течение года, к энергии W₁, полученной им от питающей электросети за это же время: η =W₂/W₁.

КПД трансформатора по энергии характеризует эффективность эксплуатации трансформации.

Когда говорят о повышении кпд трансформатора, в первую очередь рассматривают возможность снижения потерь холостого хода — постоянных потерь трансформатора. Для уменьшения потерь в стали существует несколько путей. Первый — снижение величины магнитного потока Ф₀. Однако это самый невыгодный путь, так как для создания тех же эдс потребовалось бы увеличить число витков в обмотках, т. е. израсходовать больше медных или алюминиевых проводов.

Выгоднее использовать другой путь: не уменьшая магнитного потока, применять такие электротехнические стали, которые имели бы высокое сопротивление (для уменьшения вихревых токов) и пониженные потери на гистерезис. Еще один путь — выполнение магнитной системы из тонких изолированных пластин, что резко уменьшает потери от вихревых токов. Широкое использование конструкций магнитопроводов с косыми стыками пластин и без отверстия в активной стали также снижает потери холостого хода.

Однако для сборщика трансформатора особенно важно знать, как зависят потери в стали от качества выполнения им соответствующих производственных операций. Применяемая сейчас практически для всех трансформаторов холоднокатаная сталь весьма чувствительна к механическим воздействиям. Даже при резке и штамповке пластин происходит ухудшение магнитных свойств стали в зоне реза. Удары по стали, перегибы пластин, наклеп легко нарушают ориентацию кристаллов, увеличивают удельные потери и намагничивающую мощность. До сборки магнитопровода пластины стали обязательно проходят высокотемпературный отжиг в печах, восстанавливающий магнитные характеристики стали.

Однако при сборке магнитопровода, расшихтовке и повторной шихтовке его верхнего ярма сталь очень легко может вновь повредиться. Именно на этих операциях сборщик должен проявить особую осторожность и аккуратность при обращении с пластинами стали, не допуская механических повреждений. Чем осторожнее обращается сборщик с пластинами, тем меньше потери холостого хода в собранном трансформаторе.

Опыт показывает, что удельные потери в стали трансформатора в 1, 3—1, 5 раза выше, чем в исходном материале. В значительной степени это зависит от качества сборки. При хорошей сборке потери в магнитной системе трансформатора превышают потери в стали до начала ее механической обработки лишь на 25—30%.

Снижение потерь в обмотках от токов нагрузки трансформатора проще всего получить, увеличив сечение обмоточных проводов. Однако экономически это невыгодно, так как при этом неизбежно увеличиваются размеры не только обмоток, но и магнитопровода, т. е. увеличиваются масса активных материалов и потери холостого хода в трансформаторе. Поэтому размеры обмоточных проводов увеличивают редко, чаще всего, если этого требует механическая прочность обмоток.

Существуют и другие пути снижения потерь в обмотках. Кроме нагрузочных в обмотках существуют добавочные потери. Эти потери не только уменьшают кпд трансформатора, снижая его эффективность, но и часто концентрируются в отдельных элементах конструкции трансформатора, вызывая их опасный нагрев. Такие нагревы возникают обычно в верхних и нижних витках (катушках) обмоток, в прессующих кольцах, ярмовых балках и баке трансформатора.

Потоки рассеяния весьма «чувствительны» к магнитной симметрии обмоток. Достаточно даже незначительного смещения обмоток относительно друг друга, чтобы резко увеличить рассеяние. Такие смещения особенно часто происходят по высоте: одна из обмоток может быть неплотно насажена или несколько отличаться по высоте от другой. Это практически всегда нарушает магнитную симметрию и увеличивает рассеяние. Поэтому при насадке (монтаже) обмоток сборщик должен тщательно следить за их высотами, не допуская смещения обмоток, за равномерностью каналов между ними, за их строго концентрическим расположением на сердечнике.

Нарушение заданных промежутков между обмотками, отводами и баком, как правило, изменяет направление потоков рассеяния и нередко может вызвать опасные местные нагревы в баке или полке ярмовой балки.

9. Параметры короткого замыкания трансформаторов. Потери в обмотках и металлоконструкциях. Поля рассеяния, их влияние на характеристики трансформаторов.

Напряжение короткого замыкания — одна из основных характеристик силового трансформатора, по которой судят о возможности параллельной работы нескольких трансформаторов. Оно равно тому напряжению, которое надо приложить к обмотке высшего напряжения, чтобы в замкнутой накоротко обмотке низшего напряжения протекал номинальный ток. Напряжение короткого замыкания обозначают ек и указывают в паспорте силового трансформатора (в процентах номинального напряжения).

Напряжение короткого замыкания u_к — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяют по падению напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора.

В трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах напряжение КЗ определяется для любой пары его обмоток при разомкнутой третьей обмотке. Таким образом, в каталогах приводятся три значения напряжения КЗ: u_{к ВН-НН}, u_{к ВН-СН}, u_{к СН-НН}.

Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно выше активного (у небольших трансформаторов в 2—3 раза, а у крупных в 15 — 20 раз), то u_к в основном зависит от реактивного сопротивления, т.е. взаимного расположения обмоток, ширины канала между ними, высоты обмоток.

Величина u_к регламентируется ГОСТ в зависимости от напряжения и мощности трансформаторов. Чем больше высшее напряжение и мощность трансформатора, тем больше напряжение КЗ. Так, трансформатор мощностью 630 кВА с высшим напряжением 10 кВ имеет u_к = 5, 5%, с высшим напряжением 35 кВ — u_к = 6, 5%; трансформатор мощностью 80000 кВА с высшим напряжением 35 кВ имеет u_к = 9%, а с высшим напряжением 110 кВ — u_к = 10, 5%.

Увеличивая значение u_к, можно уменьшить токи КЗ на вторичной стороне трансформатора, но при этом значительно увеличивается потребляемая реактивная мощность и увеличивается стоимость трансформаторов. Если трансформатор 110 кВ мощностью 25 MBА выполнить с u_к = 20% вместо 10%, то расчетные затраты на него возрастут на 15, 7%, а потребляемая реактивная мощность возрастет вдвое (с 2, 5 до 5, 0 Мвар).

Трехобмоточные трансформаторы могут иметь два исполнения по значению u_к в зависимости от взаимного расположения обмоток.

Если обмотка НН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка СН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН-НН}, а меньшее значение — u_{к ВН-СН}. В этом случае потери напряжения по отношению к выводам СН уменьшатся, а ток КЗ в сети НН будет ограничен благодаря повышенному значению u_{к ВН-НН}

Если обмотка СН расположена у стержня магнитопровода, обмотка ВН — снаружи, а обмотка НН — между ними, то наибольшее значение имеет u_{к ВН-СН}, а меньшее — u_{к ВН-НН}.

Значение u_{к СН-НН} останется одинаковым в обоих исполнениях.

Потери короткого замыкания P_к определяют экономичность работы трансформатора. Потерями короткого замыкания (КЗ) трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе в режиме, когда первичная обмотка включена на ток, соответствующий номинальной мощности, а одна или более вторичных обмоток замкнуты накоротко.

Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках и конструкциях трансформатора. Добавочные потери вызваны магнитными полями рассеяния, создающими вихревые токи в крайних витках обмотки и конструкциях трансформатора (стенки бака, ярмовые балки и др.). Для их снижения обмотки выполняются многожильным транспонированным проводом, а стенки бака экранируются магнитными шунтами.

Параметры кз трансформатора – Потери кз, напряжение кз, механические силы и нагрев в обмотках при кз, Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора согласно ГОСТ 16110-82 называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установлении в одной из обмоток тока, соответствующего ее номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке. Предполагается равенство номинальных мощностей обеих обмоток. Потери короткого замыкания Р_к в трансформаторе могут быть, разделены на следующие составляющие: 1)основные потери в обмотках НН и ВН, вызванные рабочим током обмоток, Р_осн1 и Р_осн2; 2)добавочные потерн в обмотках НН и ВН, т.е. потери от вихревых токов, наведенных полем рассеяния в обмотках Р_Д1 и Р_Д2; 3)основные потери в отводах между обмотками и вводами (проходными изоляторами) трансформатора Р_отв1 и Р_отв2; 4)добавочные потери в отводах, вызванные полем рассеяния отводов, Р_{отв, Д1} и Р_{отв2, Д2}; 5)потери в стенках бака и других металлических, главным образом ферромагнитных, элементах конструкции трансформатора, вызванные полем рассеяния обмоток и отводов, Pб. Потери короткого замыкания могут быть рассчитаны или определены экспериментально в опыте короткого замыкания трансформатора. При опыте короткого замыкания номинальные токи в обмотках возникают при относительно малом напряжении (5-10 % номинального значения), а потери в магнитной системе, примерно пропорциональные второй степени напряжения, обычно пренебрежимо малы.Обычно добавочные потери в обмотках и отводах рассчитывают, определяя коэффициент k_Д увеличения основных потерь вследствие наличия поля рассеяния. Так сумма основных и добавочных потерь в обмотке заменяется выражением . Добавочные потери от вихревых токов, вызванные собственным магнитным полем рассеяния обмоток, неодинаковы для отдельных проводников, различным образом расположённых в обмотке по отношению к полю рассеяния.Наибольшие добавочные потери в двухобмоточном трансформаторе возникают в проводниках, находящихся.в зоне наибольших индукций, т.е. в слое проводников, прилегающем к каналу между обмотками. Наименьшие потери возникают в слое, наиболее удаленном от соседней обмотки. Поля рассеяния обмоток и отводов трансформатора, возникая в пространстве окружающем эти части, проникают также и в ферромагнитные детали конструкции трансформатора - стенки бака, прессующие балки ярм, прессующие кольца обмоток и т. д. С ростом номинальной мощности трансформатора возрастают поток и напряженность магнитного поля рассеяния. Это особенно сказывается в трехобмоточных трансформаторах, где поток рассеяния при работе на двух крайних обмотках может достигать 18-25 % потока основного магнитного поля трансформатора, и в автотрансформаторах, где он достигает 30-40 %. Вместе с ростом мощности возрастают и потери от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных деталях конструкции трансформатора - стенке бака, ярмовых балках, прессующих кольцах обмоток и т.д. Эти потери не только понижают КПД трансформатора, но при концентрации потерь в отдельных деталях также создают опасность нагрева этих деталей до недопустимой температуры. Особое значение проблема этих потерь приобретает при мощностях от 80000 кВ·А и более. Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находиться в положении, соответствующем номинальному напряжению. Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания. Оно учитывается также при подборе трансформатора для параллельной работы. После определения активной и реактивной составляющих напряжение короткого замыкания трансформатора может быть найдено по формуле . Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает:

· определение наибольшего, установившегося и наибольшего ударного тока короткого замыкания;

· определение механических сил между обмотками и их частями;

· определение механических напряжений в изоляционных опорных и междукатушечных конструкциях и в проводах обмоток;

· определение температуры обмоток при коротком замыкании.

10. Системы охлаждения трансформаторов.

Выбор системы охлаждения трансформатора определяется многими факторами. Применение той или иной системы в первую очередь зависит от мощности трансформатора, а следовательно, от величины потерь энергии в нем.

Наибольшее распространение получили трансформаторы с естественным масляным или воздушным охлаждением (трансформаторы с воздушным охлаждением активных частей называются «сухими» трансформаторами). С ростом номинальной мощности охлаждающая поверхность растет медленнее, чем объем и потери трансформатора. Поэтому при больших мощностях естественная циркуляция масла становится недостаточной для охлаждения трансформатора, и необходимо применять принудительную циркуляцию масла при помощи насосов.

	Обозначение системы охлаждения
Циркуляция масла	Охлаждение масла	ГОСТ 11677-75
Естественная	Естественное воздушное	М
Естественная	Принудительное воздушное	Д
Принудительная	Естественное воздушное	МЦ
Принудительная	Принудительное воздушное	ДЦ
Естественная	Принудительное водяное	MB
Принудительная	Принудительное водяное	Ц
Принудительная направленная	Принудительное воздушное	НДЦ
Принудительная направленная	Принудительное водяное	НЦ

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ М

При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВА) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.

Система охлаждения Д

В трансформаторах мощностью более 6, 3—10 MBА затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1, 5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Система охлаждения МЦ

Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла.

Система охлаждения ДЦ

В трансформаторах мощностью около 100 MBА и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Система охлаждения MB

В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов.

Система охлаждения Ц

Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе Д

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89