Инженерная оценка рассчитанного трансформатора

При расчете был рассчитан трансформатор ТМ 400/35 с алюминиевыми обмотками и с плоской магнитной системой с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем. Материал магнитной системы холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Трансформатор был рассчитан с максимальным приближением к ГОСТ.

Все рассчитанные параметры входят в допустимые значения.

В результате расчета получены следующие значения:

- потери короткого замыкания Р  = 5425,03 Вт, задано было значение Р = 5500 Вт.

Согласно ГОСТ допустимое отклонение составляет +5%. Полученное значение отличается от заданного на 1,36 %;

- расчетное значение напряжения короткого замыкания составляет u  = 6,486%, заданное u  = 6,5%, отклонение 0,21%. Согласно ГОСТ допустимое отклонение составляет 5%.

- потери холостого хода Р =1181,11 Вт, заданно было значение Р  = 1200 Вт, полученное значение отличается от заданного на 1,57%. Согласно ГОСТ допустимое отклонение составляет +7,5%.

- при расчете получен ток холостого хода I  = 1,33% при заданном I  = 2,1%, отклонение составляет - 36,7%. Согласно ГОСТ допустимое отклонение составляет + 15%.

Примеры расчета обмоток трансформатора

Расчет обмоток трансформатора ТМ – 1600/35

 

Основные исходные данные:

-напряжение обмоток: U₁= 399 В; U₂= 20207 В;

-токи обмоток: I ₁=1339 А; I ₂=26,4 А;

-диаметр стержня d =260 мм;

-высота обмотки l =635 мм;

-потери короткого замыкания P _к=18000 Вт;

-напряжение витка u _в=17,18 В.

-средний диаметр обмотки d₁₂=364,5 мм

 

Расчет обмотки НН.

Число витков обмотки НН согласно 6.6.

                (12.1.1)

Принимаем w ₁ = 24 витка.

Напряжение одного витка согласно 6.7.

                                    (12.1.2)

Средняя плотность тока в обмотках согласно 6.2.

                   (12.1.3)

 А/мм².

Сечение витка ориентировочно согласно 6.12.

                        (12.1.4)

По табл. 4.4 по мощности 1600 кВ·А, току на один стержень 1339 А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 384,8 мм² выбираем конструкцию винтовой обмотки из медного провода. Размер радиального канала предварительно h _к = 5 мм. Согласно гл. 5 число реек по окружности обмотки 12, ширина междувитковых прокладок b _пр = 40 мм.

Ориентировочный осевой размер витка согласно 6.23.

                  (12.1.5)

.

Ввиду того что h _в1 > 15 мм и по графикам рис. 6.5 а при максимальном размере медного провода b = 15 мм и плотности тока J = 3,50 А/мм² плотность теплового потока q = 2000 Вт/м², что при естественном масляном охлаждении не допускается выбираем двухходовую винтовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией.

По полученным ориентировочным значениям П´ ₁ и h _в1 по табл. 6.2 подбираем сечение витка из двенадцати параллельных проводов , разделенных на две группы по шесть проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками (рис. 12.1.1).

Для частичной компенсации разрыва в обмотке ВН при регулировании напряжения размещаем в середине высоты обмотки НН шесть радиальных каналов по 10 мм. Полное сечение витка согласно 6.13.

П ₁ = n _B1 П″ ₁,

где П″ ₁ – сечение одного провода, мм²

При сечении проводника согласно табл.6.2 равным 32,9мм².

П ₁ = 12 · 32,9 = 394,7 мм²

Плотность тока согласно (12.1.4)

Высота обмотки согласно 6.29

                   (12.1.6)

Радиальный размер обмотки а ₁ = 30 мм (см. рис. 12.1.1)

По табл. 4.6 для U _исп = 5 кВ, S = 1600 кВ·А и винтовой обмотки находим а ₀₁ = 15 мм, обмотка наматывается на 12 рейках на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами

Æ  мм.

Внутренний диаметр обмотки НН согласно 6.31.

                              (12.1.7)

Внешний диаметр обмотки НН согласно 6.32.

                    (12.1.8)

Плотность теплового потока на поверхности обмотки согласно7.15.

                            (12.1.9)

q  Вт/м².

В обмотке предусматривается равномерно распределенная транспозиция параллельных проводов – 12 транспозиций по принципиальной схеме рис. 6.3 Первая транспозиция после первого витка, 11 последующих с шагом в два витка. т.е. после третьего, пятого витка и т.д.

Масса металла обмотки согласно 7.3

          (12.1.10)

Масса провода по табл. 6,5

G _пр1 = 1,02 ·254,6 = 259,7 кг.

 

Расчет обмотки ВН.

Выбираем схему регулирования по рис. 6.9 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 26,4 А. Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

 

Напряжение, В 36 750 35 875 35 000 34 125 33 250

Ответвления обмотки А 2 А 3 В 2 В 3 С 2 С 3 А 3 А 4 В 3 В 4 С 3 С 4 А 4 А 5 В 4 В 5 С 4 С 5 А 5 А 6 В 5 В 6 С 5 С 6 А 6 А 7 В 6 В 7 С 6 С 7

Рис. 12.1.2. Схема регулирования напряжения ВН (вариант I_M, обмотка из медного провода).

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении.

 витков.

Число витков на одной ступени регулирования согласно 6.34.

                     (12.1.11)

виток

Для пяти ступеней:

Напряжение, В 36 750 35 875 35 000 34 125 33 250

Число витков на ответвлениях 1215 + 2 · 31 = 1277 1215 + 31 = 1246 1215 1215 – 31 = 1184 1215 – 2 · 31 = 115

Ориентировочная плотность тока согласно 6.39.

                                          (12.1.12)

А/мм².

Ориентировочное сечение витка согласно (12.1.4)

По табл. 4.4 выбираем непрерывную катушечную обмотку из медного прямоугольного провода:

S н =1600 кВ·А;

I ₂ =26,4 A;

U ₂ = 35000 B;

П ´ ₂ =7,39 мм².

По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 6.2) выбираем провод марки ПБ

 сечением П ₂ = 7,625 мм².

В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод того же размера с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм, с размерами провода в изоляции2,90 7,10 мм (см. табл. 5.4).

Плотность тока в обмотке согласно (12.1.4)

А/мм².

При J ₂ = 3,46 А/мм² и b = 5,6 мм по графикам рис 6.5 а находим Вт/м².

Принимаем конструкцию обмотки с каналами hк по 4 мм между всеми катушками. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 5.4). Схема регулирования напряжения – по рис. П1.2, канал в месте разрыва обмотки h_кр = 12 мм (см. табл. 5.3).

Число катушек на стержне ориентировочно по

согласно 6.69.

                          (12.1.13)

 катушки.

Число витков в катушке ориентировочно w _кат 1277/62 = 20,6, и радиальный размер =1,90 · 21 = 39,9 40 мм.

Общее распределение витков по катушкам:

43 основные катушки В по 22 витка...................................... 946

7 основных катушек Г по 21 витку........................................ 147

8 регулировочных катушек Д по 15,5 витка......................... 124

4 катушки с усиленной изоляцией Е по 15 витков................ 60

Всего 62 катушки...................................................... 1277 витков

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. П1.3 а. Данные катушек приведены в табл. П1.1.

Осевой размер обмотки согласно 6.72

l ₂= b΄n кат2+ k [ h к(n кат2-2)+ hкр ]        (12.1.14)

 606,4  606 мм.

По испытательному напряжению U _исп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.5 находим:

Канал между обмотками ВН и НН......................... мм

Толщина цилиндра................................................... мм

Выступ цилиндра за высоту обмотки.................... мм

Между обмотками ВН двух соседних стержней... мм

Толщина междуфазной перегородки...................... мм

Расстояние обмотки ВН до ярма............................. мм

Согласно гл. 5 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках наматывается обмотка, диаметром 370/380 770 м. Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 12.1.3.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушки Г согласно 7.15 [1].

;                    (12.1.15)

Вт/м².

Таблица П1.1

Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТМ-1600/35. Вариант I – медные обмотки.

Данные	Условное обозначение катушки				Всего
	В	Г	Д	Е
Назначение катушки	Основная	Основная	Регулировочная	С усиленной изоляцией	—
Катушек на стержне сстержень	43	7	8	4	62
Число витков в катушке	22	21	15,5	15	—
Всего	946	147	124	60	1277
Размеры провода: без изоляции, мм с изоляцией, мм	1,40 5,6 1,90 6,1			1,40 5,6 2,90 7,1	— —
Сечение витка, мм2	7,625	7,625	7,625	7,625	7,625
Плотность тока, А/мм2	3,46	3,46	3,46	3,46	3,46
Размер, мм: радиальный осевой	42   6,1	42   6,1	40 (30,5)* 6,1	43,5   7,1	42   660
Масса провода, кг: без изоляции с изоляцией	270,3 278,3	42,0 43,3	35,3 36,3	17,2 19,0	364,8 376,9
по табл. 5,5	1,03	1,03	1,03	1,105	—
Диаметры, мм: Внутренний Внешний	404 488	404 488	404 484	404 491	404 488

* В катушку Д вмотать полоску картона до радиального размера 40 мм. Примечание:  учитывает увеличение массы провода за счет массы изоляции.

Масса металла обмотки ВН по табл. 6.1

G_о2 = 364,8 кг.

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией

G _пр2 = 376,9 кг.

Рис. 12.1.3. Обмотки трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант I:

а – расположение катушек и радиальных каналов; б – основные размеры обмоток.

Масса металла (меди) двух обмоток

Gо = 254,6 + 364,8 = 619,4 кг.

Масса провода двух обмоток

G _пр = 259,7 + 376,9 = 636,6 кг.