Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Предварительный расчет основных размеров трансформатора

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 окружностиd, 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 обмотками d12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a1 и a2 и осевого канала между ними a12.
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 (a12, a22, lo).
Два основных размера обмотки d12 и lсвязаны выражением

b = .
Величина b 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 значенииям b соответствуют 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 b 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 кВ*А; b – коэффициент, связывающий высоту обмотки и средний диаметр витка, принимается по табл. 1.
aр = a12 + – приведенная ширина канала рассеяния;
a12 – изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, определяется по испытательному напряжению обмотки ВН.
Для трансформаторов с напряжением обмотки ВН 110 кВ изоляционный промежуток a12, см, определяется по рис. 3.

В предварительном расчете коэффициент K принимается по
табл. 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, кВ*А; Кс – общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга:
Кс = Ккр Кз,
Здесь Ккр – коэффициент использования площади круга для различного числа ступеней с учетом каналов, а Кз – коэффициент заполнения пакетов сердечника сталью.

Таблица 1

Рекомендуемые значения b

а) масляные трансформаторы

Мощность,
кВ*А

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,
кВ*А

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 b, 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 =1,6¸1,65 Тл для масляных и Вс =1,4¸1,6 Тл для сухих трансформаторов. 3. Для трансформаторов класса напряжения 110 кВ с РПН принимать значение b на 10  % ниже нижнего предела, указанного в таблице, т. е. принимать 0,9 от 1,6 или 0,9 от 1,5.

Таблица 2
Значения коэффициента k в формуле » k×, см,
для масляных трехфазных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ, медными обмотками и потерями короткого замыкания
по государственному стандарту

Мощность трансформатора, кВ*А

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 Ккр выбирается по табл. 3, 4 и 5, а коэффициент Кз – по табл. 6.
Вс – индукция в стержне, Тл, выбирается по табл. 7.

Таблица 3
Число ступеней в сечении стержня современных
трехфазных масляных трансформаторов

Показатель

Прессовка стержня расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов

Мощность трансформатора S, кВ*А

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

Коэф-фициент 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

Коэф-фициент Ккр

Мощность трансформатора S, кВ*А

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

Коэф-фициент 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

Коэф-фициент 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 b, Вс и Кс оказывает 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

Число ступеней в сечении стержня современных
трехфазных сухих трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВ*А

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 5

Ориентировочное число продольных по отношению к листам
и поперечных охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы

а) масляные трансформаторы

 

Мощность трансфор-
матора S, кВ*А

До 4000

6300–16000

25000–32000

40000–80000

Ориентировочный диаметр стержня d, м

До 0,34

0,36–0,480

0,50–0,60

0,63–0,75

Число продольных каналов

1

2

3


Окончание табл. 5

б) сухие трансформаторы

Мощность
трансформатора S, кВ*А

До 400

630–1000

1600

Ориентировочный
диаметр стержня d, м

До 0,22

0,24–0,25

0,28–0,32

Число продольных каналов

1

2

Примечания: 1. В масляных трансформаторах ширина продольного канала 6, поперечного 10 мм. 2. В сухих трансформаторах ширина продольного канала 20 мм.

Таблица 6
Коэффициент заполнения kз

Сталь

Вид изоляции

Толщина
листов 0,5 мм

Толщина
листов 0,35 мм

Листовая

Без изоляции
Однократная лакировка
Двухкратная лакировка
Трехкратная лакировка

0,97–0,98
0,95–0,96
0,93–0,94
0,91–0,92

0,95–0,96
0,93–0,94
0,91–0,92
0,89–0,90

Рулонная

Жаростойкое покрытие
Жаростойкое покрытие однократная лакировка


0,95–0,96
0,93–0,94

Таблица 7

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов В, Тл

 

Марка стали

Мощность трансформатора S, кВ*А

До 16

25–100

160 и более

 

3411, 3412, 3413

Масляные трансформаторы

1,45–1,50

1,50–1,55

1,55–1,60

3404, 3405, 3406, 3407, 3408

1,50–1,55

1,55–1,60

1,55–1,65

 

Сухие трансформаторы

3411, 3412, 3413

1,35–1,40

1,40–1,45

1,45–1,55

3404, 3405, 3406, 3407, 3408

1,40–1,45

1,50–1,55

1,50–1,60

Примечания: 1. В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100 000 кВ*А и более допускается индукция до 1,7 Тл. 2. При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформаторов индукция до 1,4–1,45, сухих – до 1,2–1,3 Тл.

Основные размеры трансформатора d, l, и главные изоляционные промежутки , , , , показаны на рис. 1.
Основные размеры трансформатора

Рис. 1. Основные размеры трансформатора

Второй основной размер трансформатора – средний диаметр канала между обмотками (рис. 1), см:
d12 = d + 2a01 + 2a1 + a12,
где a01 – радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткам НН, см, определяется по табл. 3 для масляных и 10 для сухих трансформаторов; a1 – радиальный размер, м, обмотки НН, который в предварительном расчете определяется по выражению

a1 = К,
где определялось выше.
Коэффициент К может быть равным 1,1 для трансформаторов мощностью 20–560 кВ*А; 1,4 – мощностью 750–5600 кВ*А при Uвн = 10 кВ и мощностью 750–31500 кВ*А при Uвн = 35 кВ; 1,05–1,1 для трансформаторов с Uвн = 110 кВ.
Расчет диаметра стержня, м, ведется по следующей формуле:
,

где , кВ*А; , ; Гц; ; , Тл.
После расчета диаметр сравнивается со значением ориентировочного диаметра стержня, в зависимости от мощности трансформатора, по табл. 3, 4, 5.
Затем принимается нормализованный диаметр стержня по шкале нормализованных диаметров.
Для диаметров стержней силовых трансформаторов принят стандарт, который содержит следующие диаметры, м:
0,08; 0,085; 0,09; 0,092; 0,095; 0,10; 0,105; 0,11; 0,115; 0,12; 0,125; 0,13;0,14; 0,15; 0,16; 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,225; 0,23; 0,24; 0,245; 0,25; 0,26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30;0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37; 0,38; 0,39; 0,40; 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0,60; 0,63; 0,67;0,71; 0,80; 0,85; 0,875; 0,90; 0,925; 0,95; 0,975; 1,00; 1,03; 1,06; 1,12; 1,15; 1,18; 1,22; 1,25; 1,28; 1,32; 1,36;1,40; 1,45; 1,50 – для магнитных систем, имеющих поперечные охлаждающие каналы.
Третий основной размер трансформатора – высота обмотки, см, определяется по выражению
l = .
Активное сечение стержня, см, определяется
Пс = К3 × Пфс = К3 × Ккр .
Напряжение одного витка обмотки трансформатора, В:
UВ = 4,4f × bc × Пс × 10-4.
Определение размеров стержня и обмоток, проводимое в начале расчета, является предварительным. Задача предварительного расчета заключается в приближенном определении основных размеров сердечника и обмоток (d1, d12, l), а также в расчете активного сечения стержня Пс и напряжения одного витка обмотки Uв, что необходимо в дальнейшем для полного расчета обмоток.
В окончательном расчете сердечника, производимом после полного расчета обмоток, проверки и подгонки к заданной норме характеристик короткого замыкания определяют размеры ступеней в сечении стержня и ярма и все остальные размеры сердечника; уточняют активные сечения стержня, а также индукцию; подсчитывают вес стали, потери и ток холостого хода.

В процессе окончательного расчета обмоток и сердечника размеры и величины, приближенно найденные в предварительном расчете, могут быть несколько изменены. Поэтому при расчете характеристик короткого замыкания и холостого хода и других подсчетах, которые приводятся после окончательной раскладки обмотки и определения реальных размеров сердечника, следует пользоваться не предварительно полученными здесь значениями d, d12, l, , a1, Пс и bс, а размерами и величинами, найденными для реальных обмоток и сердечника.

 
« Потери силового трансформатора   Пробой диэлектриков »
электрические сети