- •Расчёт трансформаторов
- •Предисловие
- •Глава первая
- •Общие вопросы проектирования трансформаторов
- •1.1. Современные тенденции в производстве трансформаторов в ссср
- •1.2. Основные материалы, применяемые в трансформаторостроении
- •1.3. Экономическая оценка рассчитанного трансформатора
- •2. Цены на сталь марок 3404, 3405 и 3406 составляют соответственно 833, 902 и 939 руб. За 1 т.
- •1.4. Стандартизация в трансформаторостроении
- •2. Знаком «**» отмечены параметры короткого замыкания для трансформаторов 25 – 250 кВа при схеме соединения у/zн - 11 и для трансформаторов 400 – 630 кВа при схеме д/ун –11.
- •3. Трансформаторы с рпн мощностью 400 и 630 кВа и напряжением нн 0,4 и 0,69 кВ изготовляются с потерями короткого замыкания на 10 % больщими, чем указано в таблице.
- •3. Значения потерь и напряжения короткого замыкания указаны на основном ответвлении.
- •1. Все понижающие трансформаторы с рпн.
- •Напряжения 110 кВ на специальном стенде
- •Однофазные: а — стержневой; б — броневой; в и г — бронестержневые с расщеплением мощности между стержнями; трехфазные; д — стержневой; е — бронестержневой; ж — броневой; з — навитой стержневой
- •С открытыми дверцами кожуха
- •2.2. Выбор марки стали и вида изоляции пластин
- •2. В скобках приведены справочные данные, ненормируемые гост 21427.1-83
- •Углу магнитной системы: а — прямой стык; 6 — косой стык
- •1. При прессовке стержней путем расклинивания с внут.Ренней обмоткой (до 630 кВ•а), а также в навитых элементах пространственных магнитных систем k3 , полученное из таблицы, уменьшить на 0,01.
- •2. По этой таблице можно определить также значения k3 для стали тех же толщин, выпускаемой иностранными фирмами.
- •3. При использовании листовой холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм уменьшить k3, полученное из таблицы, на 0,01 дополнительно к прим. 1.
- •1. 1. В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100 000 кВ-а и более допускается индукция до 1,7 Тл.
- •2. 1, При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформато. Ров индукция до 1,4—1,45, сухих — до 1,2—1,3 Тл.
- •2.3. Конструкции магнитных систем силовых трансформаторов
- •1. В коэффициентеkкр учтено наличие охлаждающих каналов в сечении стержня.
- •2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
- •3. Для пространственной магнитной системы по рис. 2.6, а значениеkкр полученное из таблицы, уменьшить на 0,02.
- •1. В коэффициенте kкручтено наличие охлаждающих каналов в сечении стержня.
- •3. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность умножить на 1,5.
- •Охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы
- •1. В масляных трансформаторах ширина продольного камола 6, поперечного - 10 мм.
- •2. В сухих трансформаторах ширина продольного канала 20 мм.
- •Глава третья
- •Расчет основных размеров трансформатора
- •3.1. Задание на проект и схема расчета трансформатора
- •Глава третья
- •Расчет основных размеров трансформатора
- •3.1. Задание на проект и схема расчета трансформатора
- •3.2. Расчет основных электрических величин трансформаторов и автотрансформаторов
- •3.3. Основные размеры трансформатора
- •3.4. Методы расчета трансформаторов. Основы обобщенного метода
- •3.5. Проектирование отдельного трансформатора по обобщенному методу
- •2. Для однофазных трансформаторов определять kд по мощности 1,5 s.
- •3.7, Ориентировочные значения со, ссти kо,с в формулах (3.53) и (3.54)
- •3.6. Анализ изменения некоторых параметров трансформатора с изменением β (пример расчета)
- •3.7. Определение основных размеров трансформатора
- •Глава четвертая
- •Изоляция в трансформаторах
- •4.1. Классификация изоляции в трансформаторах
- •4.2. Общие требования. Предъявляемые к изоляции трансформатора
- •4.3. Электроизоляционные материалы, применяемые в трансформаторостроении
- •4.4. Основные типы изоляционных конструкции
- •4.5, Определение минимально допустимых изоляционных расстоянии для некоторых частных случаев (масляные трансформаторы)
- •4. Толщина угловой шайбы 0,5—1 мм.
- •4.6. Определение минимально допустимых изоляционных расстояний в сухих трансформаторах
- •Глава пятая
- •Выбор конструкции обмоток трансформаторов
- •5.1. Общие требования, предъявляемые к обмоткам трансформатора
- •5.2 Конструктивные детали обмоток и их изоляция
- •2. Без скобок указана номинальная толщина изоляции. Размеры катушек считать по толщине изоляции, указанной в скобках.
- •2. Для промежуточных значений диаметра провода и толщины изоляции можно пользоваться линейной интерполяцией.
- •5.3. Цилиндрические обмотки из прямоугольного провода
- •5.4. Многослойные цилиндрические обмотки из круглого провода
- •5.5. Винтовые обмотки
- •5.6. Катушечные обмотки
- •5.7. Выбор конструкции обмоток
- •3. Плотность тока в обмотках из транспонированного провода выбирается так же, как и для медного или алюминиевого провода.
- •2. Плотность тока в обмотках из алюминиевой ленты выбирается, как для алюминиевого провода.
- •Глава шестая
- •Расчет обмоток
- •6.1. Расчет обмоток нн
- •6.2. Регулирование напряжения обмоток вц
- •6.3. Расчет обмоток вн
- •Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода (рис. 6.10)
- •Расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода
- •Расчет непрерывкой катушечной обмотки (рис. 6,12)
- •6.4. Примеры расчета. Расчет обмоток
- •Трансформатор тм-1600/35. Вариант im— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.)
- •Трансформатор тм-1600/35. Вариант iIа — алюминиевые обмотки (продолжение примера расчета § 3.6)
- •Глава седьмая
- •Расчет параметров короткого замыкания
- •7.1. Определение потерь короткого замыкания
- •Основные потери в обмотках
- •Добавочные потери в обмотках.
- •(Стрелкой показано направление индукционных линий поля рассеяния обмотки Фр)
- •Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора.
- •Напряжения короткого замыкания в
- •Трехобмоточном трансформаторе.
- •Распределение поля рассеяния при
- •Нагрузке двух крайних обмоток і и іі.
- •7.2. Расчет напряжения короткого замыкания
- •Трансформатора.
- •Середине высоты на две фиктивные обмотки.
- •7.3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании.
- •Изгибе; в – потеря устойчивости внутренней обмоткой.
- •Из электрокартонных шайб, 3-ярмовая
- •Изоляция, 4-стальное разрезное кольцо
- •Или неразрезное неметаллическое
- •Кольцо, 5- прессующий винт.
- •7.4. Примеры расчета. Расчет параметров короткого замыкания
- •Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант 1м - медные обмотки
- •Типа тм-1600/35. Вариант Iм, медные обмотки:
- •Up (меньшее значение lx) и осевых механических сил (большее значение lx); б – распределение осевых механических сил.
- •Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант ііа- алюминиевые обмотки
- •Глава восьмая.
- •Расчет магнитной системы трансформатора
- •8.1. Определение размеров магнитной системы
- •Плоской магнитной системы.
- •Пространственной магнитной системы по (8.16)
- •Пространственной магнитной системы по рис. 2.6, а.
- •Магнитной системы по рис. 2.6,б
- •8.2. Определение потерь холостого хода трансформатора
- •Потери в холоднокатаной стали при прямых и косых стыках.
- •Системе; б – в шихтовой магнитной системе.
- •Пространственной магнитной системе:1 - по пакетам стержня;2 - по кольцевым пакетам (слоям) ярма.
- •Пространственной магнитной системы (1-я и 3-я гармонические, результирующая кривая)
- •8.3. Определение тока холостого хода трансформатора
- •Магнитной системе:1 - верхнее ярмо; 2 – верхний немагнитный зазор; 3 - немагнитная прокладка;
- •Магнитным клеем; 6 - крестообразная немагнитная прокладка; 7 - нижнее ярмо.
- •8.4. Примеры расчета. Расчет магнитной системы трансформатора
- •Расчет потерь холостого хода по § 8.2.
- •Расчет тока холостого хода по § 8.3.
- •Трансформатор типа тм-1600/35. Вариант ііа - алюминиевые обмотки
- •Определение размеров магнитной системы и массы стали по § 8.1.
- •Алюминиевые обмотки:а - сечения стержня и ярма;
- •Расчет потерь холостого хода по § 8.2.
- •Расчет тока холостого хода по § 8.3
- •Глава девятая
- •Тепловой расчет трансформатора
- •9.1. Процесс теплопередачи в трансформаторе
- •Внутреннего перепада температуры;б – распределение перепада температуры по сечению обмотки
- •И направление конвекционных токов масла в трансформаторе с трубчатым баком:1 - обмотка; 2 - масло в баке; 3 - стенка трубы
- •Для гладкого и трубчатого баков и бака с радиаторами.
- •Трансформаторного масла с изменением его температуры
- •Масла трансформатора и ее превышения над температурой воздуха при изменении температуры охлаждающего воздуха.
- •9.2. Краткий обзор систем охлаждения трансформаторов
- •9.3. Нормы предельных превышений температуры
- •9.4. Порядок теплового расчета трансформатора
- •9.5. Поверочный тепловой расчет обмоток
- •9.6. Тепловой расчет бака
- •2. Минимальные расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака с1ис2— соответственно 0,085 и 0,10 м.
- •Числом труб 1x2x16-32
- •9.7.Окончательный расчет превышений температуры
- •Обмоток и масла
- •9.8. Приближенное определение массы
- •Конструктивных материалов и масла
- •Трансформатора
- •9.9. Примеры расчета тепловой расчет
- •Трансформатора типа тм-1600/35
- •Глава десятая
- •Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний
- •Расчет обмотки нн (по § 6.3)
- •Расчет обмотки вн (по § 6.3)
- •Расчет параметров короткого замыкания
- •Расчет напряжения короткого замыкания (по § 7.2)
- •Расчет магнитной системы {по § 8.1—8.3)
- •Тепловой расчет трансформатора
- •10.2. Пример расчета обмоток трансформатора типа
- •10.3. Пример расчета трехфазного двухобмоточного трансформатора типа трдн-63000/110, 63 000 кВ·а, с рпн и пониженной массой стали магнитной системы
- •Глава одиннадцатая
- •Анализ влияния исходных данных расчета
- •На параметры трансформатора
- •11.1. Влияние индукции на массы активных материалов и некоторые параметры трансформатора
- •11.2. Влияние потерь короткого замыкания,
- •Коэффициента заполнения kС и изоляционных расстояний на массу и стоимость активных материалов трансформатора
- •Глава двенадцатая
- •Проектирование серий трансформаторов
- •12.1. Выбор исходных данных при проектировании серии
- •12.2. Применение обобщенного метода к расчету серии трансформаторов
- •12.3. Выбор оптимального варианта при расчете серии трансформаторов
9.5. Поверочный тепловой расчет обмоток
Подсчет внутреннего перепада температуры в большинстве обмоток из прямоугольного провода упрощается тем обстоятельством, что каждый провод, как правило, одной или двумя сторонами своего сечения соприкасается с маслом (рис. 9.9). Внутренний перепад температуры в этом случае является перепадом в изоляции одного провода и определяется по (9.9) как элементарный перепад для теплового потока постоянного значения
Рис. 9.9. К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках из прямоугольного провода
(9.9)
где q—плотность теплового потока на поверхности обмотки, определяемая согласно указаниям § 6.1, 6.3 и 7.1 Вт/м2; — толщина изоляции провода на одну сторону по рис. 9.9, м; — теплопроводность изоляции провода, определяемая для различных материалов по табл. 9.1, Вт/(м·0С).
При подсчете внутреннего перепада в катушках с общей изоляцией всей катушки (входные катушки обмотки) по (9.9) значение следует определять как суммарную толщину изоляции провода и общей изоляции катушки на одну сторону.
Полный внутренний перепад температуры в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов (рис. 9.10, а, б),
(9.10)
где а — радиальный размер катушки по рис. 9.10, м; при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала по рис. 5.22, в, г или д размер а следует определять как ширину — радиальный размер наиболее широкий для двух катушек, на которые разделена обмотка (на рис. 5.22, гид правой катушки); р— потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки.
Для медного провода рм, Вт/м3, определяется по формуле в соответствии с рис. 9.11
(9.11)
для алюминиевого провода
(9.11а)
где выражены в метрах, J в А/м2.
Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(м·0С), приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и междуслойной изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле
Рис. 9.10. К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного провода
Рис. 9.11. Элемент объема обмотки — провод и междуслойная изоляция
(9.12)
Теплопроводность междуслойной изоляции находится по табл. 9.1. Средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции
(9.13)
где -теплопроводность материала изоляции витков, определяемая по табл. 9.1.
Если обмотка намотана непосредственно на изоляционном цилиндре (рис. 9.10, в) и имеет только одну открытую поверхность охлаждения, наиболее нагретая зона сдвигается от центра сечения обмотки в сторону цилиндра примерно до 0,75а от наружной поверхности.
Полный внутренний перепад, 0С,
(9.14)
где определяется по (9.12); а — радиальный размер катушки, м.
В катушечной обмотке из круглого провода с каналами
Таблица 9.1. Удельные теплопроводности изоляционных и других материалов
Материал | |
Бумага кабельная сухая |
0,12 |
Бумага кабельная в масле |
0,17 |
Бумага кабельная, пропитанная лаком |
0,17 |
Электроизоляционный картон |
0,17 |
Лакоткани электроизоляционные |
0,25 |
Гетинакс |
0,17—0,175 |
Текстолит |
0,146—0,162 |
Стеклотекстолит |
0,178—0,182 |
Лак бакелитовый и другие лаки |
0,3 |
Масло при отсутствии конвекции: |
0,1 |
Электротехническая сталь в пакетах: | |
вдоль пластин |
22,3 |
поперек пластин |
4,75—4,85 |
Нагревостойкое покрытие стали |
0,8 |
Медь |
390 |
Алюминий |
226 |
Примечание. Теплопроводность электроизоляционных материалов зависит от технологии их обработки. При пропитке и увлажнении , а также при уплотнении внешним давлением теплопроводность увеличивается
между катушками (см. рис. 5.24) теплоотдача происходит в направлениях осевом (ось У) и радиальном (ось X), Определение внутреннего перепада температуры для этой обмотки, 0С, если осевой размер катушки hК, а радиальный а, может быть произведено по формуле
(9.15)
Для определения теплопроводности в направлениях осей X и Y можно воспользоваться формулами: для — (9.12), для — (9.13). Формулы (9.10), (9.14) и (9.15); определяют перепад температур от наиболее нагретой точки обмотки из круглого провода до ее поверхности. В то же время нормами регламентируется среднее превышение температуры обмотки, а следовательно, и внутренний перепад температуры. Средний перепад температуры по (9.4) составляет полного перепада
Внутренний перепад в многослойных обмотках из провода прямоугольного сечения подсчитывается по такой же методике по формулам (9.4), (9.10), (9.14), (9.15) с заменой формул (9.11), (9.11а), (9.12) и (9.13) на следующие:
(9.16)
(9.16а)
(9.17)
(9.18)
где a и a' — размеры провода без изоляции и с изоляцией, ориентированные в направлении движения тепла, м; b и b' — то же в направлении, перпендикулярном движению тепла, м; — толщина изоляции провода (на две стороны), м.
В (9.15) для определения следует пользоваться (9.17) и (9.18), а для определения — формулой (9.18) с заменой b на а, а' на b' и b' на а'.
Перепад температуры на поверхности обмотки является функцией плотности теплового потока на поверхности обмотки, которая подсчитывается как частное от деления потерь, возникающих в обмотке, на открытую охлаждаемую маслом поверхность. Подсчет теплового потока производится согласно указаниям, данным в § 6.1, 6.3 и 7.1. Формулы, применяемые в практике расчета для определения перепада температуры на поверхности обмотки, получены эмпирически и могут применяться только в тех случаях, для которых они проверены опытом.
Для цилиндрических обмоток из прямоугольного или круглого провода или из алюминиевой ленты (см. § 5.3 и 5.4), а также для винтовых обмоток, не имеющих радиальных (горизонтальных) каналов (см. §5.5), перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора, 0С,
(9.19)
где k=0,285.
Таблица 9.2а. Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках. Масляные трансформаторы
Вертикальные каналы |
Горизонтальные каналы | ||||
Длина канала, мм |
Обмотка— обмотка, мм |
Обмотка— цилиндр, мм |
Обмотка-стержень,мм |
Длина канала, мм |
Обмотка— обмотка, мм |
До 300 |
4-5 |
4 |
4—5 |
До 40 |
4 |
300—500 |
5—6 |
5 |
5—6 |
40—60 |
5 |
500—1000 |
6—8 |
5—6 |
6—8 |
60—70 |
6 |
1000—1500 |
8—10 |
6—8 |
8—10 |
70—80 |
7 |
Таблица 9.26. Сухие трансформаторы, вертикальные каналы. Выбор ширины канала по допустимому превышению температуры и плотности теплового потока на поверхности обмотки q
Класс изоляции |
Допустимое превышение |
Плотность теплового потока, Вт/м2, при ширине канала, мм | ||
7 |
10 |
15 | ||
А |
60 |
160 |
300 |
380 |
Е, В |
75—80 |
230 |
450 |
550 |
F |
100 |
300 |
600 |
720 |
Н |
125 |
380 |
800 |
950 |
Таблица 9.2в. Сухие трансформаторы, горизонтальные каналы. Выбор ширины канала по допустимому превышению температуры и плотности теплового потока на поверхности обмотки q
Класс изоляции |
Допустимое превышение температуры, 0С |
Плотность теплового потока, Вт/м2, при ширине канала, мм | ||
8 |
12 |
15 | ||
А |
60 |
280 |
380 |
450 |
Е, В |
75—80 |
320 |
420 |
540 |
F |
100 |
420 |
540 |
720 |
Н |
125 |
580 |
720 |
1000 |
Формула (9.19) справедлива при осевых (вертикальных) каналах в обмотке шириной не менее, чем указано в табл. 9.2а-9.2в.
В сухих трансформаторах для изоляции различных классов нагревостойкости допускаются различные превышения температуры обмоток над температурой охлаждающего воздуха. Размеры вертикальных и горизонтальных охлаждающих каналов для трансформаторов могут быть выбраны в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока на поверхности обмотки по табл. 9.26 и 9.2в.
Рис. 9.12. К определению перепада температуры по (9.20)
При соблюдении этих размеров каналов и допустимых плотностей теплового потока на поверхности обмоток сухих трансформаторов превышение температуры обмоток этих трансформаторов над воздухом, как правило, не превосходит нормированного значения, и необходимость их специального теплового расчета отпадает.
При определении перепада температуры на поверхности обмоток из прямоугольного или круглого провода с горизонтальными каналами необходимо учитывать способ охлаждения трансформатора расположение обмотки и размеры горизонтальных масляных каналов (Рис 9.12). Перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора может быть подсчитан по эмпирической формуле
(9.20)
Коэффициент k1 учитывает скорость движения масла внутри обмотки. Скорость движения масла зависит от системы охлаждения. Коэффициент k1 принимает следующие значения для разных видов охлаждения:
Для естественного масляного охлаждения.……………………………………………...1,0
Для масляного охлаждения с дутьем……………………………………………………..0,9
Для масляного охлаждения с принудительной циркуляцией масла…….……………..0,7
Коэффициент k2 учитывает затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН и СН и может быть принят равным:
Для наружных обмоток ВН……………………………………………………………….1,0
Для внутренних обмоток НН и СН……………………………………………………....1,1
Коэффициент k3 учитывает влияние на конвекцию масла относительно ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов и может быть взят по табл. 9.3 в зависимости от отношения высоты к глубине канала (ширине обмотки) k
Таблицa 9.3 Значения. коэффициента k3 в (9.20)
hk / a |
0,07— 0,08 |
0,08— 0,09 |
0,1 |
0,11— 0,12 |
0,13— 0,14 |
0,15— 0,19 |
0,2 и более |
k3 |
1,10 |
1,05 |
1,0 |
0,95 |
0,90 |
0,85 |
0,80 |
После определения внутреннего и внешнего перепадов температуры в обмотках для каждой из обмоток подсчитывается среднее превышение ее температуры над средней температурой масла
(9.21)