Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из алюминиевого провода.

Определение основных электрических величин по § 3.2. Мощность одной фазы и одного стержня

S_ф=S'=16000/3=5333кВА

Номинальные токи:

на стороне ВН

на стороне НН

При параллельном соединении двух групп расщепленной обмотки НН мощность трансформатора составляет 16 000 кВ·А.. Каждая группа может работать на изолированную систему мощностью 8000 кВ·А.

Фазные токи:

НН (группы)

Фазные напряжения:

Испытательные напряжения (см. табл. 4.1): обмотки НН U_ИСП2=85 кВ; обмотки НН

U_ИСП1=35 кВ.

По табл. 5.8 выбираем тип обмоток: обмотка ВН при напряжении 38,5 кВ и токе 240 А — катушечная непрерывная; обмотка НН при напряжении 10,5 кВ и токе 254 А — также катушечная непрерывная.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_ИСП2=85 кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния (см. рис. 4.5) a₁₂=30 мм; l'₀₂—80 мм; I"₀₂ принимаем увеличенным на 60 мм для размещения прессующих колец (см. прим. 2 к табл. 4.5); таким образом, l"₀₂=140 мм; а₂₂=30мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН U’_ИСП1= 35 кВ по табл. 4.4 найдем а'_О1 = 17,5 мм. С учетом размещения в этом канале внутренних отводов расщепленной обмотки НН (примерно 25 мм) примем а₀₁=4О мм.

Определение исходных данных расчета. Мощность обмоток одного стержня S'=5333 кВ·А.

Ширина приведенного канала рассеяния

(см. табл. 3.3, прим. 1); а_р=0,03+0,0512=0,0812 м.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Реактивная составляющая

Согласно указаниям § 2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне по рис. 2.17,3. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты — по рис. 2.18,6 и ярм — стальными балками по рис. 2.21, а. Материал магнитной системы— холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Цена 1 кг 0,833 руб. Индукция в стержне В_с = 1,60 Тл (по табл. 2.4). В сечении стержня 14 ступеней, коэффициент заполнения круга k_KP=0,927 (см. табл. 2.5), изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, З=0,97 (табл. 2.3). Коэффициент заполнения сталью k_C=k_KPk_З=0,097·0,97=0,899 Ярмо многоступенчатое, число ступеней 11, коэффициент усиления ярма Я=1,015 (см. табл. 8.7). Индукция в ярме В_я= 1,6/1,015= 1,576 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, на прямом 2. Индукция в зазоре на прямом стыке В"₃=1,60 Тл, на косом стыке

Удельные потери в стали р_с= 1,295 Вт/кг; р_н= 1,242 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность q_с = 1,795 В·А/кг; —1,655 В·А/кг; для зазоров на прямых стыках q"_з=23 500 В·А/м², для зазора на косых стыках q'_з=3000 В·А/м² (табл. 8.10, 8.17).

Расстояние обмотки ВН от нижнего ярма l'₀=80 мм, от верхнего ярма при наличии прессующего кольца l"₀= 140 мм.

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания k _Д=0,82 и по табл.3.4 и 3.5 — постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а = 1,06-1,40 = 1,484 и b= 1,25-0,31 =0,388. Принимаем k_р=0,95.

Расчет основных коэффициентов. По (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) находим коэффициенты

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением (3.55). Для рассчитываемого трансформатора

C=A₁/(3B₁)=5809,8/(3·3863,5)=0,501; k_И,Р =1,13;

Решение этого уравнения дает значение =1,435, соответствующее минимальной стоимости активной части.

По (3.61) и (3.66) находим предельные значения по допустимой плотности тока J

по [3.61)].

Значение лежит за пределами обычно принимаемых значений.

Масса одного угла магнитной системы по (3.45)

/p>

Активное сечение стержня по (3.59)

Площадь зазора на прямом стыке П"_з = П_с = 0,1280·х²; площадь зазора на косом стыке

Для магнитной системы по рис. 2.17, а по формуле (8.33) потери холостого хода с учетом табл. 8.10, 8.13 и 8.14

Таблица 10.1. Предварительный расчет трансформатора ТРД-16000/35 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками

	1,0	1,4	1,8	2,2	2,6	3,0
	1,0	1,088	1,158	1,218	1,27	1,316
	1,0	1,183	1,342	1,484	1,612	1,732
	1,0	1,287	1,554	1,806	2,048	2,28
A1/x=5809/x	5809,8	5350,5	5020,8	4770,5	4580,6	4420,4
A2x2=646,96x2	646,96	765,2	870,3	960,4	1042,5	1122,6
	6456,76	6115,7	5891,1	5730,9	5623,1	5543,0
B1x3=3863,5x3	3863,5	4955,6	5998,5	6950,9	I7900	8780,5
B2x2=234,93x2	234,93	278,2	315,5	348,5	379,0	406,5
GЯ=В1х3+В2х2	4090,43	5233,8	6314,0	7298,6	8279,0	9187,0
GCT=GC+GЯ	10 547,19	11349,5	12 205,1	13 029,5	13 902,1	14 730
GУ=347,07х3	347,07	445,4	539,5	627,6	710,0	793,5
1,554GC	10 060
1,491GЯ				10 880	12 350	13 700
5,336GУ
РХ	18 012	19 645	21 445	23 150	24 865	26 548
ПС=0,128х2	0,128	0,1512	0,172	0,190	0,206	0,222
2,45GC	15 850	15 000	14 420	14 050	13 780	13 600
2,284GЯ			14 410	16 620	18 920
86,26GУ	29 900	38 450	46 500	54 250		68 400
10667,2х2	10 667,2	12 650,5	14 350,0	15 842,2	17220,0	18 500,0
QX	65 767,2	78 070,5	89 680,0	100 762,0	111 120,0	121 500,0
i0,%	0,41	0,49	0,56	0,63	0,695	0,76
	2441,48	2064,5	1825,1	1652,0	1510,8	1413,5
1,03G0	2518,0	2130,6	1881,6	1702,0	1568,5	1455,7
GПР =1,1·1,03 G0		2342,0	2065,5	1871,8	1725,0	1600,5
kO,CGПР =2,566GПР	7100,5	6005,5	5284,6	4800,5	4430,0	4100,5
С'а,ч=kО ,С GПР +GСТ	17 647,69	17355,0	17 489,7	17 830,0	18 332,1	18 830,5
	1,545	1,672	1,785	1,875	1,95	2,03
	17,44	22,45	27,20	31,56	35,5	39,82
d=Ax=0,426x	0,426	0,464	0,493	0,528	0,540	0,561
d12=ad=1·484d	0,633	0,687	0,732	0,784	0,800	0,833
	1,99	1,545	1,28	1,12	0,965	0,870
C=d12+a12+bd+a22	0,858	0,927	0,983	0,997	1,069	1,111

Намагничивающая мощность по (8.44) с учетом табл. 8.17 и 8.20

Далее определяем основные размеры трансформатора

Весь дальнейший расчет, начиная с определения массы стали магнитной системы, для шести различных значений (от 1 до 3) проводится в форме табл. 10.1.

Результаты расчетов, приведенные в табл. 10.1, показаны в виде графиков на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Трансформатор ТРД-16000/35. Зависимость Р , i₀ и С_а,ч от

Предельные значения для заданных потерь холостого хода Р = 21000 Вт, Предельное значение для заданного тока холостого хода i₀=0,6%составляет Ранее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока,

С учетом заданных критериев выбираем значение =1,6; соответствующее ему значение d по шкале нормализованных диаметров составляет 0,480 м. В этом случае стоимость активной части отличается от минимального значения не более чем на 1 %, а потери и ток холостого хода оказываются ниже заданного значения.

Определение основных размеров (по § 3.6). Диаметр стержня

Средний диаметр обмоток НН и ВН

d₁₂=1,484·0,48=0,713м.

Ориентировочная высота обмоток

Активное сечение стержня по табл. 8.7

П_С=0,97·1688,9·10^-4=0,1635м²

Напряжение одного витка предварительно

u_В=4,44·50·1,6·0,1635=58,15В.

Число витков в обмотке НН

принимаем 181 виток.

Уточнение напряжения одного витка

u_B=10500/181=58,05B.

Средняя плотность тока в обмотках

Расчет обмотки НН (по § 6.3)

Ориентировочное сечение витка, м²,

П'_B=254·10^-6/1,74=146·10^-6м².

По табл. 5.8 по мощности одной группы расщепленной обмотки S'/2=2666,5 кВ·А, номинальному току группы I₁=254 A и напряжению 10,5 кВ выбираем непрерывную катушечную обмотку из прямоугольного алюминиевого провода.

По сечению витка по табл. 5.2 выбираем четыре параллельных провода АПБ сечением 37,14 мм²

изоляция на две стороны.

Сечение витка П₁=4·37,14·10^-6=148,56·10^-6 м²;

J₂=254,0·10⁶/148,56=1,7·10⁶ A/м ²

Канал между катушками принимаем предварительно 5 мм; между группами расщепленной обмотки НН h_KP=20мм.

Предварительно определяем число катушек обмотки по (6.63) для одной группы

n_КАТ1=(1400/2-20)/(10+5)=680/15=45.

Число витков в катушке ориентировочно по (6.65)

После предварительного распределения витков в катушках обмотки и согласования размеров обмотки НН с размерами обмотки ВН принимаем следующую структуру расщепленной обмотки НН.

Обмотка НН состоит из двух групп левой и правой намотки. Каждая группа наматывается на цилиндре из электроизоляционного картона с размерами Ø490/502х1500 мм на 16 рейках с прокладками между катушками

Рис. 10.3. Трансформатор ТРД-16000/35. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке НН. Все неуказанные каналы по 5 мм

шириной по 50 мм (по § 5.2). Осевой размер обмотки l ₁= 1,40 м.

Распределение витков по катушкам в каждой группе

2 катушки А по витка

44 катушки Б по витка

-----------------------------------

Всего 46 катушек, 181 виток

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 10.3.

Осевой размер обмотки

Радиальный размер обмотки

a₁=4·4·4,5·10^-3=0,072м.

Внутренний диаметр обмотки

D'₁=0,48+2·0,04=0,56м.

Наружный диаметр обмотки

D"₁=0,56+2·0,072=0,704м.

Масса металла обмотки (группы) по (7.7)

G₀₁=8,47·103·3·0,632·181·148,56·10-6=432,0 кг.

Масса провода (табл. 5.5)

G_ПР1=1,050·432=453 кг.

Масса провода обмотки НН

G_ПРНН=2·453=906 кг.

Расчет обмотки ВН (по § 6.3)

Выбираем схему регулирования, аналогичную рис. 6.6, г, с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 120 A. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе

рабочее , т.е. 2220 В;

испытательное , т.е. 4440 В.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении

Число витков на одной ступени регулирования

Ориентировочная плотность тока

J'₂=2J_CP-J₁=2·1,74·10⁶=1,77·10 ⁶А/м².

Обмотка ВН состоит из двух симметричных параллельных ветвей, обеспечивающих работу каждой из групп обмотки НН на свою нагрузку.

В двух верхних и двух нижних катушках каждой из ветвей применяется провод с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм.

Ориентировочное сечение витка

По табл. 5.8 выбираем непрерывную катушечную обмотку (S=16000кВ·А; I₂=240 A; U_H2=38500 B; П'₂=68 мм²).

По сортаменту алюминиевого провода (табл. 5.2) выбираем провод марки АПБ

При J= 1,825-10⁶ А/м² и b = 9 мм по графикам рис. 5.34,6 находим q = 700Вт/м². Это значение q получено для катушек, имеющих четыре охлаждаемые маслом поверхности. Для сдвоенных катушек q увеличивается примерно в 1,5 раза. Принимаем конструкцию обмотки со сдвоенными катушками. В сдвоенных катушках две шайбы по 0,5 мм. Между двойными катушками каналы по 5 мм. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10), Схема регулирования по рис. 6.6, г; канал в месте разрыва обмотки h_KP=12,5 мм (табл. 4.9), канал между группами обмотки ВН — 30 мм.

Размер провода в катушках с усиленной изоляцией 5,25X10,5 мм.

Осевой размер основных катушек b'=9,5 мм.

Число катушек обмотки ВН в одной группе ориентировочно по (6.63)

Поскольку необходимо сделать несколько увеличенных каналов, принимаем 52 катушки в каждой группе.

Число витков в катушке (ориентировочно)

Общее распределение витков между катушками

4 катушки с усиленной изоляцией Г по xвитков …….27

8 регулировочных катушек Н по 5 витков 40

-------------------------------------------------------------------

Всего 52 катушки 404

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 10.4.

Рис. 10.4. Трансформатор ТРД-16000/35. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке ВН (одна группа)

Осевой размер обмотки

По испытательному напряжению U_ИСП=85 кВ и мощности S=16000 кВ·А по табл. 4.5 находим

Канал между обмотками ВН и НН а₁₂,м…………………………………………….……….30

Толщина цилиндра ,мм………………………………………………….………….….……6

Выступ цилиндра за высоту обмотки l_Ц2=50

Расстояние между обмотками ВН двух соседних стержней а₂₂, мм………….……………30

Толщина междуфазовой перегородки , мм………………………………….………….…3

Расстояние обмотки ВН до прессующего кольца l'_0,2 , мм………………………………….30

Высота прессующего устройства l_П………………………………………………….……….30

Расстояние от прессующего устройства до ярма l'_П, мм…………………………….………30

Согласно § 4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра Ø728/740х1500мм.

Таблица 10.2. Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТРД-16000/35

Показатели	Условные oбозиачения катушек	Всего на стержень
Основные	Регулировочная Н	С усиленной изоляцией Г
Д	Е	К
Число катушек в одной параллельной ветви						52Х-2
Число витков в катушке						404 X2
Размеры провода без изоляции, мм	9X3,75	9X3,75	9X3,75	9X3,75	9X3,75	—
Размеры провода в изоляции, мм	9.5Х 4,25	9,5Х 4,25	9,5Х 4,25	9,5Х 4,25	10,5Х5.25	—
Радиальный размер, м	0,077	0,077	0,068	0,077*	0,074	—
Сечение витка, мм2	65,78	65,78	65,78	65,78	65,78	—
Плотность, тока106 А/м2	1,825	1,825	1,825	1,825	1,825	_
Масса провода (на три фазы), кг без изоляции	99,0	149,5	222.0	56,5	38,0	565 X2
с изоляцией	104,0	158,0	233,5	59,5	45,0	600 X2
Диаметры, м внутренний	0,764	0,764	0,764	0,764	0.7П4	—
наружный	0,918	0,918	0,900	0,918	0,912	—

* В катушку Н вмотать ленты из картона до размера 0,077 м.

Основные размеры обмоток показаны на рис. 10.5. Масса металла обмотки (группы) (по табл. 10.2) G₀₂=565,0 кг.

Масса провода (табл. 5.5) G_ПР1=600 кг.

Масса провода обмотки ВН =2·600=1200 кг.