Коэффициент учета потерь в стенках бака [8]

Полная мощность, кВА	до 1000	До 4000	до 10000
Коэффициент, кб	0,015	0,03	0,04

Полные потери короткого замыкания, Вт

P_кз=k_д,нн P_осн,нн+k_д,вн P_осн,вн+P_от,нн+P_от,вн+P_б=

=1,042·17340+1,014·22685,15+493,2+136,72+2520=44233,85.

Сравниваем полученное значение P_кз с P_к, установленном в задании, %:

ΔР_кз=(1-P_к/P_кз)·100=(1-46500/44233,85)·100=-5,123.

В соответствии с ГОСТ 1516.1-87 отклонение расчетной величины потерь короткого замыкания от нормативной должно составлять не более ±10 %.

Напряжение короткого замыкания:

- активная составляющая, %

u_а=Р_кз/(10·S)=44233,85/(10·6300)=0,702;

- реактивная составляющая, %

,

где U_в - ЭДС витка, В; S - полная мощность, кВА; S'- мощность одной фазы кВА; а_Р – ширина канала, м.

Полное напряжение КЗ, %

.

Сравнение полученного значения с u_к, установленным в ТЗ, %

Δu_кз=(1-u_к/u_кз)·100=(1-7,5/7,93)100=5,43.

В соответствии с ГОСТ 1516.1-87 отклонение расчетной величины напряжения короткого замыкания от нормативной должно быть не более чем ±10 %.

Расчёт температуры нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока КЗ, А

,

где I_ф,вн - номинальный ток обмотки, А; u_к -напряжение короткого замыкания, %.

Коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую

2,7182=1,756,

где u_а - активная составляющая напряжения КЗ, %;

u_р - реактивная составляющая напряжения КЗ, %.

Мгновенное максимальное значение тока КЗ, А

i_к,mах=·k_max I_к,y=1,414·1,756·1310,3=3253,95.

Допустимая продолжительность протекания тока КЗ

где допустимая продолжительность внешнего короткого замыкания

принимается t_к,max=15 с.

Согласно ГОСТ 11677-85 наибольшую продолжительность КЗ на зажимах трансформаторов принимают на стороне обмотки ВН с напряжением до 35 кВ длительностью 4 с, на стороне с напряжением больше или равном 110 кВ и выше - 3 с.

Температура обмотки через t_к=4 с после возникновения КЗ:

- для медных обмоток

,

где J_вн - плотность тока при номинальной нагрузке, А/мм²;

θ_н=90 ^oC - начальная температура обмотки, установлена ГОСТ

11677-85; u_к - напряжение короткого замыкания, %.

Предельно допустимые температуры обмоток при КЗ для различных классов нагревостойкости материалов установлены в ГОСТ 11677-85 (табл. 37).

Т а б л и ц а 37

Предельно допустимая температура [18]

Способ охлаждения Материал	Масляное охлаждение
Обмотка	Медь	Алюминий
Класс изоляции	А	А
Макс. допустимая температура	250 0С	200 0С

Обычно защита отключает трансформатор от сети значительно раньше, чем температура обмоток достигает предельно допустимой величины.

Время достижения температуры 250 ⁰С, для «медных» обмоток, с

t_к2502,5 (u_к / J_вн)²=2,5·(7,93/2,795)²=20,13,

где J_вн - плотность тока при номинальной нагрузке, А/мм²;

u_к - напряжение короткого замыкания, %.

Расчёт механических сил в обмотках

Наибольшую механическую нагрузку испытывают внутренние обмотки НН, в них наиболее часто наблюдается потеря радиальной устойчивости.

Радиальная механическая сила на одну обмотку, Н

F_яp=0,628·(i_к,mах·W_вн)²··k_р·10^-6=

=0,628·(3253,95·632)²·1,716·0,963·10^-6=4,39·10⁶.

Осевая сила, Н

F_oc=F_яp·а_Р/(2·H_о)=4,39·10⁶·0,05553/(2·0,96287)=0,126·10⁶.

Дополнительная осевая сила, Н

F_oc,д=F_яр·h_x/(а_Р·k_р·k_x)=4,39·10⁶·0,0987/(0,05553·0,963·4)=2,026·10⁶.

Значение k_x устанавливается в зависимости от расположения обмоток. В случае если величина h_x=0, то k_x=1. Если h_x › 0, то значение коэффициента k_x≈4.

Принимается k_x=4.

Максимальная сжимающая сила, Н

F_сж =F_oc+ F_oc,д=(0,126+2,026)·10⁶=2,152·10⁶.

Напряжение на сжатие в проводниках обмоток, мПа

σ_сжнн=F_сж·10^-6/(2··W_нн·П_в,нн)=

=2,152·10⁶·10^-6/(2·3,1416·328·71,136·10^-6)=14,68.

Для обеспечения механической стойкости обмоток напряжение на сжатие не должно быть более 30 мПа для медных обмоток и 15 мПа для алюминиевых обмоток.

Масса участков магнитной системы

Усредненное значение удельной массовой плотности стали, кг/м³

γ_ст=7650.

По принятому размеру D₀ по табл. 29 определяем:

- геометрическое сечение ярма, м²

П_я,с=0,0917;

- объем угла, м³

V_у=0,0275;

- высоту ярма (по ширине наибольшего листа), м

h_я=0,35.

Масса угла, кг

М_у=V_у К_з γ_ст=0,0275·0,96·7650=201,96.

Масса стержней, кг

М_с= сП_ф,с К_з (Н+h_я)_стсМ_у=

=3·0,091·0,96·(1,11287+0,35) 76503·201,96=3538,81,

где с=m - число стержней; активное сечение стержня, м²

П_с=П_ф,с К_з=0,091·0,96=0,08736.

Масса ярм, кг

М_я=4П_я,сК_зА_ст 4M_y=

=4·0,0917·0,96·0,6852·76504·201,96=1037,94,

где активное сечение ярма, м²

П_я=П_я,с К_з=0,0917·0,96=0,08803.

Масса стали, кг

М_ст=М_с+М_я+2сМ_у=3538,81+1037,94+2·3·201,96=5788,51.

Суммарная масса активных материалов, кг

ΣМ=М_ст+М_нн+М_вн+М_о,нн+М_о,вн=

=5788,51+899,506+1190,817+25,632+7,209=7911,674.

Магнитная цепь и параметры холостого хода

Магнитная индукция в стали стержня сердечника, T

В_с=U_в/(··fП_с)=32,01/(1,414·3,1416·50·0,08736)=1,65.

Магнитная индукция в стали ярма, T

В_я=U_в/(··fП_я)=32,01/(1,414·3,1416·50·0,08803)=1,64.

Магнитная индукция в углах, T

В_у≈В_с=1,65.

Средняя индукция в косом стыке

Удельные магнитные потери электротехнической стали марки 3405 с толщиной листа 0,3 мм могут быть установлены по табл. 38:

по индукции в стержнях Р_с=1,263 Вт/кг;

по индукции в ярме Р_я=1,238 Вт/кг.

Коэффициенты увеличения потерь для углов с прямыми К_пр и косыми К_к стыками устанавливаются по значению индукции в углах В_y из табл. 39:

К_пр=2,54; К_к=1,51.

Т а б л и ц а 38