Силовой трансформатор

 – коэффициент увеличения  потерь в углах магнитной системы;  по табл. 8.13 [1].

Расчетное значение потерь холостого  хода меньше заданного, что удовлетворяет  техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам.

Намагничивающая мощность по формуле (8.44) [1]

где , – согласно рекомендациям [1, стр. 396];

 – по табл. 8.20 [1];

 – по табл. 8.21 [1].

Ток холостого хода

.

Расчетное значение тока холостого  хода меньше заданного, что удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к трансформаторам.

Плотность тока

где кг – масса металла обмоток.

Механические напряжения на разрыв в обмотках

.

Диаметр стержня  м.

Активное сечение стержня  м².

Средний диаметр обмоток

 м.

Высота обмоток

 м.

Высота стержня

 м.

Расстояние между стержнями

 м.

3. Расчет обмоток НН и ВН

1. Выбор типа обмоток

Как было указано в п. 2.4, выбраны следующие типы обмоток НН и ВН в соответствии с их испытательным напряжением:

– обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 181,9 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного алюминиевого провода;

– обмотка НН при напряжении 11 кВ и токе 190,9 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного алюминиевого провода.

2. Расчет обмотки НН

Электродвижущая сила одного витка

 В.

Число витков на одну фазу обмотки  НН

.

Принимаем витков.

Уточняем:

напряжение одного витка  В;

действительную индукцию в стержне

 Тл.

Значение индукции находится в  рекомендуемом пределе   Тл по табл. 2.4 [1].

Средняя плотность  тока в обмотках по формуле (5.4) [1]

Значение плотности тока удовлетворяет  рекомендованному интервалу табл. 5.7 [1].

Сечение витка ориентировочно

.

По табл. 5.8 [1] по мощности 6300 кВА, току на один стержень 190,9 А, номинальному напряжению обмотки 11000 В и сечению витка подтверждаем предварительный выбор конструкции обмотки НН, как цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного алюминиевого провода. Обмотку НН принимаем из четырех слоев. Тогда число витков в одном слое

.

Ориентировочный осевой размер витка

 м,

где  м.

Находим ориентировочный осевой размер провода без изоляции

 м.

Тогда радиальный размер будет ориентировочно равен

 м.

Поскольку в табл. 5.2 [1] нет такого табличного значения, то необходимо использовать два параллельных элементарных проводника в витке, т.е. . Радиальный размер каждого из них ориентировочно равен

 м.

Сечение элементарного проводника (ориентировочно) равно

 м².

По полученным ориентировочным  значениям  и b по табл. 5.2 [1] подбираем сечение витка из провода с сечением элементарного проводника . Эскиз витка обмотки НН приведен на рис. 3.

Полное сечение витка .

Плотность тока  МА/м².

Число витков в одном слое

.

Число слоев в обмотке

.

 

Рис. 3. Сечение витка обмотки НН

 

Высота обмотки

Принимаем м.

Общий суммарный предельный радиальный размер алюминиевых проводов по формуле (5.7) [1]

 м,

где  Вт/м² – предельно допустимое значение плотности теплового потока;

 – для цилиндрических обмоток  по [1, стр.261].

Общий радиальный размер металла обмотки

 м

больше предельно допустимого, поэтому обмотку разделяем на две концентрические окружности – внутреннюю А и внешнюю Б, по два слоя в каждой.

Между катушками осевой охлаждающий  канал шириной

 м.

Напряжение двух слоев обмотки

 В.

Междуслойная изоляция по табл. 4.7 [1] – кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ23436-83Е, девять слоев, выступ изоляции 22 мм с каждого торца обмотки.

_{Радиальный размер обмотки}

_{Внутренний диаметр  обмотки}

 м.

Внешний диаметр обмотки

 м.

Согласно табл. 4.4 [1] обмотка НН наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами , м.

Плотность теплового потока на поверхности  обмотки по формуле (7.19а) [1]

где потери основные

 Вт;

масса металла обмотки

 кг;

где  м;

коэффициент добавочных потерь

;

;

 – число проводников обмотки  в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

поверхность охлаждения

 м².

Масса провода по табл. 5.5 [1]

 кг.

3. Расчет обмотки ВН

Выбираем схему регулирования по рис. 6.6 [1] с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 181,8 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее =1154,7 В; испытательное =2309,4 В.

Число витков в обмотке ВН при  номинальном напряжении

.

Число витков на одной ступени регулирования

,

где  В.

 

Рис. 4. Схема регулирования напряжения обмотки ВН

 

Для пяти ступеней

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
21000	378
20500	369
20000	360
19500	351
19000	342

 

Ориентировочная плотность тока

.

Ориентировочное сечение витка

 м².

По табл. 5.8 [1] подтверждаем предварительный выбор цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного алюминиевого провода (  кВА,  А,  В,  м²). Обмотку ВН принимаем из шести слоев. Тогда число витков в одном слое

.

Ориентировочный осевой размер витка

,

при  м т.к. .

Принимаем сечение витка из одного элементарного проводника, тогда его ориентировочный размер без изоляции

 м.

В связи с тем, что в табл. 5.2 [1] нет табличного значения 19,8 мм, принимаем сечение витка из двух параллельных элементарных проводников:

;

 м;  .

По полученным ориентировочным  значениям  и b по табл. 5.2 [1] подбираем сечение витка из двух параллельных проводов с сечением элементарного витка . Эскиз сечения витка обмотки ВН приведен на рис. 5.

Рис. 5. Сечение витка обмотки ВН

 

Сечение витка

.

Плотность тока в обмотке ВН

.

Число витков в одном слое

.

Число слоев в обмотке

.

Общий суммарный предельный радиальный размер алюминиевых проводов по формуле (5.7) [1]

 м,

где  Вт/м² – предельно допустимое значение плотности теплового потока.

Обмотки наматываются в 6 слоёв по 60 витков. Всего 360 витков. Общий радиальный размер металла обмотки больше допустимого:  м, поэтому обмотку разделяем на две концентрические катушки – внутреннюю (не более 1/3…2/5) , в два слоя, и внешнюю Г в четыре слоя.

Между катушками осевой охлаждающий  канал шириной

 м.

Для защиты от импульсных напряжений под внутренний слой обмотки 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.

Напряжение двух слоев обмотки

 В.

Междуслойная изоляция по табл. 4.7 [1] – кабельная бумага марки  К-120 по ГОСТ23436-83Е, 6 слоёв, выступ изоляции 22 мм с каждого торца обмотки.

Радиальный размер обмотки

 м.

Внутренний диаметр обмотки

 м.

Внешний диаметр обмотки

 м.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки по формуле (7.19) [1]

где потери основные

 Вт;

масса металла обмотки

 кг;

коэффициент добавочных потерь

,

где ;

 – число проводников обмотки  в направлении, параллельном направлению  линий магнитной индукции поля  рассеяния;

поверхность охлаждения

 м².

Масса провода по табл. 5.5 [1]

 кг.

Согласно табл. 4.5 [1] обмотка ВН наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами  м.

4. Определение параметров короткого замыкания

1. Определение потерь короткого замыкания

Потери короткого замыкания  определяются согласно §7.1 [1]. Основные потери, рассчитанные ранее:

обмотка НН  Вт;

обмотка ВН  Вт.

Коэффициенты добавочных потерь, рассчитанные ранее:

обмотка НН ;

обмотка ВН .

Основные потери в отводах. Длина отводов определяется приближенно по формуле (7.21) [1]

 м.

Масса отводов НН

 кг.

Потери в отводах НН

 Вт.

Масса отводов ВН

 кг.

Потери в отводах ВН

 Вт.

Потери в стенках бака и других элементах конструкции определяем приближенно по формуле (7.25) [1]

 Вт,

где – коэффициент, определяемый по табл. 7.1 [1].

Полные потери короткого замыкания

Для номинального числа витков обмотки  ВН

 Вт.

.

Расчетное значение потерь короткого  замыкания меньше заданного, что  удовлетворяет техническим требованиям.

2. Определение напряжения короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания  рассчитывается согласно §7.2 [1].

Активная составляющая

%.

Реактивная составляющая по формуле (7.32) [1]

,

где ;

 м;

 м;

;

.

Напряжение короткого замыкания

3. Определение механических сил в обмотках

Действующее значение установившегося  тока короткого замыкания определяется с учетом сопротивления питающей сети для основного сопротивления обмотки

,

где , А – номинальный ток соответствующей обмотки;

 – номинальная мощность  трансформатора;

 – мощность короткого замыкания электрической сети по табл. 7.2 [1].

Для обмотки НН

 А.

Для обмотки ВН

 А.

Ударный ток короткого замыкания

 А.

Определение механических сил в  обмотке будем вести, рассчитывая отдельно силы, вызванные продольным и поперечным полями. Рассмотрим наружную обмотку 2. При показанном направлении тока в ней (рис. 6) механическая сила F_p будет направлена в радиальном направлении вправо, стремясь оттолкнуть обмотку 2 от левой обмотки 1.

Рис. 6. Продольное и поперечное поля в концентрической обмотке

 

Радиальная сила, вызванная действием  продольного поля рассеяния на обмотки:

Среднее сжимающее напряжение в  проводе обмотки НН

.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

,

т.е. 34% от допустимого значения 60 МПа.