Определение размеров магнитной системы и массы стали по параграфу 8,1.

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404,0,35 мм по рис 4. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. 8.4 (Л-1), для стержня диаметром,0320 м без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня 9, в сечении ярма 7.

 

       Размеры пакетов в сечении стержня и ярма по табл. 8.4

 

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо (в половине поперечного сечени), мм
1	310´40	310´40
2	295´22	295´22
3	270´24	270´24
4	25014	25014
5	230´11	230´11
6	215´7	215´7
7	195´8	195´8
8	155´12	–
9	135´5	–

 

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма): 0,286 м.

По табл. 8.7 (Л-1)

Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня: П_ф.с = 746,2 см² = 0,07462 м²;

Площадь ступенчатой фигуры сечения ярма: П_ф.я = 762,4 см² = 0,07624 м²;

Объём угла магнитной системы: V_у = 20 144 см³ = 0,020144 м³

 

Активное сечение стержня:

П_с = k_з´П_ф.с = 0,97´0,07462 = 0,07238 м²

 

  Рис. 4                                                  215                                                               

                                                            195                                                             

                                                            155                                                            

                                                            135                                                                     

5                                                                                                                                    

12                                                                                                                                 

8                                                                                                                                       

7                                                                                                                       11       

                                                                                                                                         

                                                                                                                           14         

                                                                                                                                         

                                                                                                                          24          

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                          22         

                                                                                                                                         

                                                                                                                            40       

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                               528                 528                                                                                    

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

                                                                                                                                     

                                                                                                                                         

                                                                                                                                     

 

Активное сечение ярма:

П_я = k_з´П_ф.я = 0,97´0,07624 = 0,07395 м²

Объём стали угла магнитной системы:

V_у.ст = k_з´ V_у = 0,97´0,020144 = 0,019539 м³

Длина стержня:

l _с = 0,820+2´0,075 = 0,97 м

Высота ярма прямоугольного сечения:

h _я = =  = 0,316

Расстояние между осями стержней:

С = D₂`` + a₂₂`´10^-3 = 0.498+0.030 = 0.528 м

Массы стали в стержнях и ярмах магнитной системы рассчитываем по (8,6), (8,8)–(8,13) (Л-1):

Масса стали угла магнитной системы:

G_у = V_у.ст.´g_ст; где g _ст = 7650 кг/м³

G_у = 0,019539´7650 = 149,5 кг

Масса стали ярм:

G_я = G_я` + G_я`` = 2П_я ´2Сg_ст + 2G_у = 2´0,07395 + 2´0,528´7650 + 2´149,5 = 1194,79+299 = 1493,79» 1493,8 кг

Масса стали стержней:

G_с = G_с` + G_с`` = 1611,3 + 66,45 = 1677,75 кг

где G_с` = 3´ l _с´П_с´g_ст = 3´0,97´0,07238´7650 = 1611,3 кг

G_с`` = 3´(П_с´а_1я´g_ст  – G_у) = 3 (0,07238´ 0,31´7650 – 7650 –149,5) = 66,45 кг

Общая масса стали:

G_ст = G_я + G_с = 1493,8 + 1677,75 = 3137,5 кг

 

Расчёт потерь холостого хода.

Расчёт потерь холостого хода производим по параграфу 8.2

Индукция в стержне:

В_с =  = = 1,59 Тл

Индукция в ярме:

В_я =  = = 1,56 Тл

Индукция на косом стыке

В_{кос .} =  =  = 1,124 Тл

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

П_{кос .} = П_с = 1,41´0,07238 = 0,1024 м²

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.10 (Л-1) для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке в две пластины:

При В_с = 1,59 Тл, р_с = 1,269 Вт/кг; р_з = 974 Вт/м²

При В_я = 1,56 Тл, р_я = 1,207 Вт/кг; р_з = 934 Вт/м²

При В_кос. = 1,124 Тл, р_кос = 445 Вт/м²

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8,32) (Л-1).

На основании параграфа 8,2 и табл. 8,12 принимаем:

k_п.р. = 1,05; k _п.з. = 1;_. k _п.я. = 1; k _п.п. = 1,03; k _п.ш. = 1,05.

По таблице 8,13 (Л-1) находим коэффициент k _п.у. = 10,18.

Тогда потери холостого хода:

Р_х = [ k_п.р´ k _п.з.´(р_сG_с + р_яG_я` – 4р_яG_у + ´k _п.у.´ G_у) + 4´П_кос.´р_кос + + 1´П_с´р_з + 2´П_я´р_з ] ´k _п.я ´ k _п.п. ´ k _п.ш.

Р_х = [1,05´1´(1,269´1677,75+1,207´1194,79-4´1,207´149,5+  ´ 

´10,18´149,5) + 4´0,1024´445+1´0,07238´974+2´0,07395´934 ] ´1´1,03´1,05 =  = [1,05´5094,4+182,272+70,5+ +138,14] ´ 1,0815 = 5740´1,0815 = 6207,8 Вт

Или ´100 = 159 % от заданного

Расчёт тока холостого хода.

Расчёт тока холостого хода производим по параграфу 8.3.

По таблице 8,17 (Л-1) находим удельные намагничивающие мощности:

При В_с = 1,59 Тл, q_с = 1, 715 В A /кг; q _с.з = 18480 В A /м²

При В_я = 1,56 Тл, q_я = 1, 575 В A /кг; q _я.з = 20700 Вт/м²

При В_кос. = 1,124 Тл, q _кос = 2620 ВА/м²

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем (8.43), в котором по параграфу 8.3 и таблице 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты:

k _т.р. = 1,18; k _т.з. = 1,0; k _т.пл. = 1,20; k _т.я. = 1,0; k _т.п. = 1,05;

k _т.ш. = 1,06.

По таблице 8,20 (Л-1) находим коэффициент k _п.у. = 10,18.

Q _х = [ k_т.р´ k _т.з.´ (q_сG_с + q_яG_я` – 4q_яG_у + ´k _т.у.´k _т.пл.´G_у)+4_.´q_кос´ ´П_з.кос + 1´П_с´q_с.з + 2´П_я´q_я.з ] ´k _т.я ´ k _т.п. ´ k _т.ш.

Q _х = [1,18´1´(1,715´1677,75+1,575´1194,8-4´1,575´149,5+ ´ ´42,45´1,20´149,5) + 4´2620´0,1024+1´18480´0,07238+2´20700´0,07395]´ ´1´1,05´1,06 = [1,18´(2877,34125+1881,81-941,85+50110,1874)+1073,152+ +1337,5824+3061,53]´1,113 = [1,18´53927,48865+5472,2644]´1,113 = 69106,701007´1,113 = 16915,75822079» 76 915,8 ВА

Ток холостого хода

i ₀ = Q_x/10S = 76915,8/10´2500 = 3,077 %

или = 279 % заданного значения.

Активная составляющая тока холостого хода:

i _0а = = 0,248 %

Реактивная составляющая тока холостого хода:

i _0р = = 3,067 %

 

Тепловой расчёт обмоток.

Тепловой расчёт обмоток производится согласно параграфу 9.5 (Л-1).

Внутренний перепад температуры

Обмотка НН по (9.9) и по рис. 9.9 (Л-1).

Q ₀₁ =  =  = 1,15 ° С

где d – толщина изоляции провода на одну сторону, d = 0,25 ´ 10^-3 м;

q – плотность теплового потока на поверхности обмотки;

l _из – теплопроводность бумажной, пропитанной маслом изоляции провода по табл. 9.1 (Л-1), l_из = 0,17 Вт/(м´°С);

Обмотка ВН по (9.9) и рис 9.9 (Л-1);

Q ₀₂ =  =  = 1,06 ° С

 

 

 

Перепад температуры на поверхности обмоток:

Обмотка НН:

Q _{о, м1} = k ₁´ k ₂´ k ₃´0,35´ q ^0,6 = 1´1,1´0,8´0,35´780^0,6 = 16,7 ° С

где k ₁ = 1 – для естественного масляного охлаждения;

k ₂ = 1,1 – для внутренней обмотки НН;

k ₃ = 0,8 – по таблице 9.3 (Л-1) для h_k/a = 5/22 = 0.23.

Обмотка ВН:

Q _{о, м2} = k ₁´ k ₂´ k ₃´0,35´ q ^0,6 = 1´1´0,85´0,35´719^0,6 = 15,4 ° С

где k ₁ = 1 – для естественного масляного охлаждения;

k ₂ = 1,1 – для внешней обмотки ВН;

k ₃ = 0,8 – по таблице 9.3 (Л-1) для h_k/a = 4,5/25 = 0.18.

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу:

Обмотка НН:

Q _{о, м. ср.} =Q_о1 + Q_{о, м1} = 1,15+16,7 = 17,9 ° С

Обмотка ВН:

Q _{о, м. ср.} =Q_о2 + Q_{о, м2} = 1,06+15,4 = 16,46 ° С

 

Тепловой расчёт бака.

Тепловой расчёт бака проводится согласно параграфу 9.6.

По таблице 9.4 (Л-1), в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию S = 2500 кВА, выбираем конструкцию гладкого бака с навесными радиаторами и прямыми трубами по рис. 9.16 (Л-1). Минимальные внутренние размеры бака – по рис. 9.18, (а) и (б), (Л-1).  

Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

S1 = 40 мм	S3 = 23 мм
S2 = 42 мм	S4 = 90 мм
d2 = 10 мм	d1 = 20 мм

Минимальная ширина бака по рис. 9.18, (а) и (б), (Л-1).

В = D₂``+(S₁ + S₂ + d₂ + S₃ + S₄ + d₁) ´ 10^-3 = 0.5+(40+42+20+25+90+10) ´ ´10^-3  = 0.727 м

Принимаем В = 0,76, при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Длина бака:

А = 2С+В = 2´0,53+0,76 = 1,82 м.

Высота активной части по (9.24) (Л-1):

Н_{а.ч .} = l _с + 2h_я + n ´ 10 = 0,97+2´0,316+0,05 = 1,65 м.

uде n = 0,05 м – толщина бруска между дном бака и нижним ярмом

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН по табл. 9.5 (Л-1).

Н_{я.к .} = 400 мм = 0,4 м.

Глубина бака:

Н_б = Н_а.ч+ Н_я.к. = 1,65+0,4 = 2,05 м.

Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с прямыми трубами по рис. 9.16 (Л-1).

Расстояние между осями фланцев по табл. 9.9 (Л-1):

А_р = 2000 мм

Поверхность конвекции труб:

П_к.тр. = 6,253 м²

Поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах:

П_к.к = 0,34 м²

Минимальные расстояния осей фланцев радиатора:

От нижнего среза стенки бака с₁ = 0,085 м

От верхнего среза стенки бака с₂ = 0,1 м

Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята:

Н_б = А_р + с₁ + _­с₂ = 2,000 + 0,085+0,1 = 2,2 м

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН по (9.32) (Л-1):

Q_м.в = 65-Q_о.м.ср. = 65-17,9» 47 ° С

найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет

Q_м.в.в = d´Q_м.в = 1,2´47 = 56,4 ° С < 60° С

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака Q_м.б. = 5 °С и запас 2 ° С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха:

Q_{б.в .} = Q_м.в + Q_м.б = 47-5-2 = 40 ° С

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака:

П_{к.гл .} = Н_б [2(А-В) +pВ] = 2´[2´(1,82-0,76)+3,14´0,76] = 9 м²

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами по (9.35) (Л-1):

П_и = k ´П_к.гл. = 1,5´9 = 18 м²

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения Q_б.в. = 40° С по (9.30) (Л-1):

П_к ` = – 1,12´П_и = – 1,12´18 = 104,67 м²

Поверхность конвекции составляется из:

Поверхности гладкого бака: П_к.гл. = 9 м²

Поверхности крышки бака:

П_{к.кр .} = 0,5 [(А-В)´(В+0,16) + ] = 0,5´[(1,82-0,76)´(0,76+ +0,16) +3,14´ ] = 0,82 м²

Где 0,16 – удвоенная ширина верхней рамы бака; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.

Поверхность конвекции радиаторов:

åП_кр. = П_к` - П_к.гл – П_к.кр. = 104,67-9-0,82 = 94,85 м²  

поверхность конвекции радиаторов, приведённая к поверхности гладкой стенки (табл.9.6) (Л-1):

П_{к.р .} = П_тр.´ k _ф+П_к.к = 6,253´1,26+0,34 = 8,22 м²  

Необходимое число радиаторов:

 = 94.85/8.22» 11.5

Принимаем 12 радиаторов с расположением по рис. 5.

 

Рис. 5. Расположение радиаторов на стенке бака.

 

                                                                                                                            

                                                                                                                                         

 

Поверхность конвекции бака:

П_к = åП_к.р. + П_к.гл. + П_к.кр. = 12´8,22+9+0,82 = 108,46 м²

Поверхность излучения: П_и = 18 м²

Определение превышения температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха по параграфу 9.7.

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха по (9.49) (Л-1):

Q _б.в = =  = 39 ° С

среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы по (9.50) (Л-1):

Q _м.б = 0,165 ´ = 0,165 ´  = = 5,6 ° С

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха:

Q_{м.в .} = Q_м.б + Q_б.в = 5,6+39 = 44,6 ° С

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха:

Q_м.в.в = k ´Q_м.в = 1,2´44,6 = 53,52 ° С < 60° С

Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:

Обмотки НН;

Q_о.в1 = Q_о1 + Q_о.м1 + Q_м.в = 1,15+16,7+44,6 = 62,45 ° С < 65° С

Обмотки ВН;

Q_о.в2 = Q_о2 + Q_о.м2 + Q_м.в = 1,15+16,7+44,6 = 62,45 ° С < 65° С

Превышения температуры масла в верхних слоях Q_м.в.в < 60 ° С и обмоток Q_о.в < 65 ° С лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.

 

ЛИТЕРАТУРА.

(Л-1) – Тихомиров П.М. ''Расчёт трансформаторов'', издательство Москва, энергоатомиздат 1986 г.