- •В.И. Сечин проектирование силовых трансформаторов
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Материалы, применяемые в трансформатостроении
- •Марки электротехнической стали
- •2. Конструкции основных частей трансформатора
- •2.1. Конструктивные элементы магнитопровода
- •2.2. Обмотки трансформаторов
- •3. Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора
- •4. Предварительный расчет основных размеров трансформатора
- •А) масляные трансформаторы
- •Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов в, Тл
- •5. Расчет обмоток трансформатора
- •5.1. Выбор типа обмотки
- •5.2. Методика расчета обмоток различных типов
- •Число витков в слое соответственно для обмотки нн и вн
- •Для сухих трансформаторов псДx nв1x
- •5.3. Расчет обмоток вн
4. Предварительный расчет основных размеров трансформатора
Сердечник трансформатора является основой его конструкции, поэтому выбор главных размеров сердечника определяет также и основные размеры обмоток – диаметр и высоту.
Диаметр окружности d, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из основных размеров трансформатора. Вторым основным размером является высота обмоток трансформатора (обычно обе обмотки имеют одинаковую высоту). Третьим – является средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмоткамиd12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток1и2и осевого канала между ними12.
Если эти три размера выбраны или известны, то остальные размеры, определяющие конфигурацию и объем сердечника и обмоток, например, высота стержня lc, расстояние между осями соседних стержней С и другие могут быть легко найдены, если известны допустимые изоляционные расстояния от обмоток ВН до заземленных частей и до других обмоток (12, 22, lo).
Два основных размера обмотки d12иl связаны выражением
= .
Величина определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Эта величина может варьироваться в широких пределах и практически изменяться от 1,0 до 3,5. При этом меньшим значенииямсоответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, а большим – широкие и низкие.
Выбор того или иного значения будет существенно влиять не только на соотношение размеров трансформатора, но также на соотношение весов активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.
Кроме того, изменение будет сказываться на технических характеристиках трансформатора: потерях, напряжении короткого замыкания и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток.
Первый основной размер трансформатора – диаметр, см, стержня сердечника
d= 16,
где S′ – мощность на одном стержне в кВА; – коэффициент, связывающий высоту обмотки и средний диаметр витка, принимается по табл. 4.1.
р=12+– приведенная ширина канала рассеяния;
12– изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, определяется по испытательному напряжению обмотки ВН.
Для трансформаторов с напряжением обмотки ВН 110 кВ изоляционный промежуток 12, см, определяется по рис. 3.3.
В предварительном расчете коэффициент Kпринимается по табл. 4.2, Кр– коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского), Кр= 0,93+0,97; в предварительном расчете принимается равным 0,95;
f– частота питающей сети (f= 50Гц);
Uкр– реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %.
Uкр=,Uка=,
где Рk– потери короткого замыкания, Вт;S– полная мощность трансформатора, кВА; Кс– общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга:
Кс= КкрКз,
Здесь Ккр– коэффициент использования площади круга для различного числа ступеней с учетом каналов, а Кз– коэффициент заполнения пакетов сердечника сталью.
Таблица 4.1
Рекомендуемые значения
а) масляные трансформаторы
Мощность, кВА |
Алюминий |
Медь | ||||
6 и 10 кВ |
25 кВ |
110 кВ |
6 и 10 кВ |
35 кВ |
110 кВ | |
25–100 160–630 1000–6300 6300–16000 25000–80000 |
1,2–1,6 1,2–1,6 1,3–1,7 – – |
– 1,2–1,5 1,2–1,6 1,1–1,3 – |
– – – 1,1–1,3 – |
1,8–2,4 1,8–2,4 2,0–2,6 – –
|
– 1,8–2,4 1,8–2,4 1,7–2,0 1,3–1,6 |
– – – 1,6–2,0 1,5–1,8 |
б) сухие трансформаторы
Мощность, кВА |
Алюминий |
Медь | ||||
до 1 кВ |
6 и10 кВ |
– |
до 1 кВ |
6 и 10 кВ |
– | |
10–160 160–630 1000–1600 |
1,1–1,5 – – |
– 1,2–1,6 1,1–1,3 |
– – – |
1,6–2,2 – – |
– 1,8–2,4 1,6–2,0 |
– – – |
Примечания: 1. В таблице приведены значения , рекомендуемые для трехфазных масляных трансформаторов классов напряжения 6, 10, 35 и 110 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ 12022-76, 11920-85 и 12965-85 , и для современных трехфазных сухих трансформаторов. 2. Рекомендации даны для стали марок 3404 и 3405 по ГОСТ 21427-83 при толщине стали 0,35 и 0,30 мм и при индукциях Вс =1,61,65 Тл для масляных и Вс =1,41,6 Тл для сухих трансформаторов. 3. Для трансформаторов класса напряжения 110 кВ с РПН принимать значение на 10 % ниже нижнего предела, указанного в таблице, т. е. принимать 0,9 от 1,6 или 0,9 от 1,5.
Таблица 4.2
Значения коэффициента kв формулеk, см, для масляных трехфазных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ, медными обмотками и потерями короткого замыкания по государственному стандарту
Мощность трансформатора, кВА |
Класс напряжения, кВ | ||
10 |
35 |
110 | |
До 250 400–630 1000–6300 10000–80000 |
0,63 0,53 0,51–0,43 – |
0,65–0,58
0,52–0,48 0,48–0,46 |
–
– 0,68–0,58 |
Коэффициент Ккрвыбирается по табл. 4.3, 4.4 и 4.5, а коэффициент Кз– по табл. 4.6.
Вс– индукция в стержне, Тл, выбирается по табл. 4.7.
Таблица 4.3
Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных масляных трансформаторов
Показатель |
Прессовка стержня расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов | |||||||||
Мощность трансформатора S, кВА |
До 16 |
16 |
25 |
40–100 |
160-630 | |||||
Ориентировочный диаметр стержня d, м |
До 0,08 |
0,08 |
0,09 |
0,1–0,14 |
0,16–0,18 |
0,2 |
0,22 | |||
Без прес-сующей плас-тины |
Число ступеней |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
6 |
7 |
8 |
Коэффициент Ккр |
0,636 |
0,786 |
0,851 |
0,861 |
0,89 |
0,91–0,92 |
0,913 |
0,918 |
0,928 | |
С прес-сующей плас-тиной |
Число ступеней |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
Коэффициент Ккр |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– | |
Мощность трансформатора S, кВА |
1000–1600 |
2500–6300 |
10000 |
16000 |
25000 |
32000 |
80000 | |||
Ориентировочный диаметр стержня d, м |
0,24–0,26 |
0,2–0,3 |
0,32–0,34 |
0,36–0,38 |
0,4–0,42 |
0,45–0,5 |
0,5–0,56 |
0,6–0,67 |
0,71–0,75 | |
Без прес-сующей пласины |
Число ступеней |
8 |
8 |
9 |
9 |
11 |
14 |
15 |
16 |
16 |
Коэффициент Ккр |
0,925 |
0,928 |
0,929 |
0,913 |
0,922 |
0,927 |
0,927 |
0,929 |
0,931 | |
С прес-сующей плас-тиной |
Число ступеней |
7 |
7 |
8 |
8 |
10 |
13 |
14 |
15 |
15 |
Коэффициент Ккр |
0,900 |
0,9–0,91 |
0,912 |
0,89–0,90 |
0,907 |
0,912 |
0,914 |
0,918 |
0,920 |
Примечания: 1. В коэффициенте Ккр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
Теория и практика расчета трансформаторов позволили установить, что выбор величин , Вси Ксоказывает существенное влияние на результаты расчета трансформатора: вес его активных материалов – металла обмоток и стали сердечника, потери холостого хода и короткого замыкания и стоимость трансформатора. Выбор этих величин, естественно, должен производиться с учетом характеристик трансформатора, которые желательно получить или которые являются оптимальным для данного трансформатора.
При расчете отдельного трансформатора из данной серии характеристики обычно бывают заданными, и задача выбора исходных данных расчета упрощается.
Таблица 4.4
Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных сухих трансформаторов
Мощность трансформатора S, кВА |
До10 |
10 |
16–100 |
160–400 |
630–1000 |
1600 | ||
Ориентировочный диаметр стержня d, м |
До 0,08 |
0,08 |
0,09–0,14 |
0,16–0,22 |
0,24–0,26 |
0,28–0,32 | ||
Число ступеней |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
7 |
8 |
Коэффициент Ккр |
0,851 |
0,877 |
0,915 |
0,920 |
0,930 |
0,935 |
0,800 |
0,820 |
Наличие продольных каналов |
Без каналов |
Один канал |
Два канала |
Примечания: 1. В коэффициенте Ккр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. До диаметра стержня d = 0,22 м стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, при d > 0,22 м прессовка осуществляется бандажами. 3. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
Таблица 4.5
Ориентировочное число продольных по отношению к листам и поперечных охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы