Проектирование трёхфазных силовых трансформаторов Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ) ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Пособие к курсовому проектированию Новочеркасск 2008 УДК 621.313. (076.5) Рецензент канд. техн. наук Е.А. Попов Составители: Р.В. Ротыч, Л.Ф. Коломейцев, О.А. Васин. Проектирование трехфазных силовых трансформаторов. Пособие к курсовому проектированию./Южно-Российский гос. тех. ун-т (НПИ).-Новочеркасск: ЮРГТУ 2008 Пособие предназначено для выполнения курсового проекта студентами очного обучения, изучающих дисциплины: «Электрические машины», «Конструкции, расчет, проектирование, потребительские свойства электромагнитных устройств и электромеханических преобразователей» ã Южно-Российский государственный технический университет (НПИ), 2008 ã Ротыч Р.В., Коломейцев Л.Ф., О.А. Васин Задание Тип трансформатора ТМ-1600/35. Мощность трансформатора S = 1600 кВ∙А; число фаз m = 3; частота f = 50 Гц. Номинальные напряжения обмоток: первичное – 35000 В; вторичное – 690 В. Схема и группа соединения Y/Δ – 11. Переключение ответвлений без возбуждения (ПБВ). Режим работы – продолжительный; Установка – наружная. 1. Расчет основных электрических величин 1.1 Определение линейных и фазных токов и напряжений ВН и НН Символы величин обмотки НН обозначаются с индексом “1”, обмотки ВН – с индексом “2” (обмотка НН размещается на стержнях магнитной системы, обмотка ВН - снаружи). Мощность одной фазы и одного стержня кВ∙А Номинальные (линейные) токи на сторонах НН А ВН А Фазные токи при соединении Y /Δ А А Фазные напряжения обмоток В В 1.2 Определение активной и реактивной составляющих напряжений Uк %. По методике [1] следует задаться потерями короткого замыкания Pк и напряжением короткого замыкания Uк %, которые выбираются из табл. П.1 и табл. П.2. Вт, %. Активная составляющая напряжения короткого замыкания % Реактивная составляющая % 1.3 Определение испытательных напряжений обмоток. Испытательные напряжения обмоток по табл. П.3 для обмотки ВН Uисп = 85 кВ; для обмотки НН Uисп = 5 кВ. 2. Определение основных размеров трансформатора 2.1 Выбор конструкции магнитной системы Согласно указаниям [1] выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на средних стержнях. Для мощности 1600 кВА согласно табл. П.5 число ступеней в стержне принимаем 8, коэффициент заполнения круга ккр =0,928, число ступеней в ярме меньше на 2 и равно 6. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются профильными стальными балками (табл. П.4). Изоляция пластин — нагрево-стойкое изоляционное покрытие, с коэффициентом заполнения kз = 0,97. Коэффициент заполнения сталью kс =kкр ∙kз =0,928 ∙ 0,97 =0,9. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4, на прямом 3. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурированная рулонная сталь 3404 толщиной 0,35мм. 2.2 Определение диаметра и высоты стержня магнитной системы м, где β рекомендуется выбирать в интервале 1,8 ÷ 2,4 (например β = 1,9 ); м. Значение а12 определить из табл.П.8 для Uисп = 85 кВ. Значение k по табл. П.9. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному kр 0,95; Индукция в стержне (предварительная) Bc по табл. П.10. По табл. П.12 принимаем стандартный диаметр d = 0,26 м. Активное сечение стержня м2 . 2.3 Выбор конструкции обмоток и изоляционных промежутков главной изоляции Выбираем типы обмоток по табл. П.6 для ВН при напряжении 35 кВ и токе 26,4 А – непрерывная катушечная из прямоугольного медного провода; для обмотки НН при напряжении 0,69 кВ и токе 773 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного медного провода. Средний диаметр обмоток НН и ВН м, где а выбирается в зависимости от значения напряжения обмотки ВН: при 35 кВ принять а = 1,4 [1]. Рис. 1. Основные размеры трансформатора Высота обмоток (предварительная) м. По испытательному напряжению обмотки ВН Uисп = 85 кВ находим из табл. П.8 изоляционные расстояния (рис. 1): мм, мм, мм. Для обмотки НН при Uисп = 5 кВ по табл. П.7 находим мм. 3. Расчет обмоток 3.1 Расчет обмотки НН Конструкция обмотки НН определяется мощностью и напряжением согласно рекомендациям табл. П.6. Выбрана цилиндрическая многослойная конструкция из прямоугольного медного провода. Обмотка НН расположена ближе к стержню магнитопровода, т.е. является внутренней и расчет всегда начинается с неё. ЭДС одного витка В. Число витков обмотки НН . Принимаем w 1 = 40 витков. Напряжение одного витка UВ = 690/40 = 17,25 В. Средняя плотность тока в обмотках МА/м2 , где k Д из табл. П.14. Сечение витка ориентировочно м2 = 213,5 мм2 . По полученному ориентировочному значению выбираем по табл. П.13 сечение витка из N = 6 параллельных проводов марки ПБ класса нагревостойкости “В” с намоткой на ребро (для провода марки ПСД и ПСДК см. табл. П.15, для круглого провода марки ПБ см. табл. П.17). Рекомендуется число N выбирать минимальным. Для прямоугольного провода марки ПБ (в числителе размеры провода без изоляции, в знаменателе с изоляцией рис. 2 и 3). сечением 37,2·10-6 м2 каждого провода (по табл. П.15); Для круглого провода , по табл. П. 17, рис. 3. Общее сечение витка из прямоугольного провода м2 . Общее сечение витка из круглого провода Осевой размер витка из N параллельных проводов: для прямоугольного провода м. для круглого провода Число витков в слое Число слоев обмотки . Плотность тока МА/м2 . Рис. 2. Размеры провода в изоляции Рис Рис. 3. Поперечное сечение одного витка в изоляции из N проводников Осевой размер обмотки м. Предварительный радиальный размер обмотки без каналов между слоями м, где - толщина изоляции между слоями (выбран электрокартон толщиной , можно использовать кабельную бумагу толщиной 0,2 мм в 3 слоя) [1]. Кабельная бумага . Предварительная плотность теплового потока на поверхности обмотки Вт/м2 , где n сл1 – число слоев обмотки; b – размер провода, которым он уложен перпендикулярно к стержню; a (a ´ – в изоляции) - размер провода, которым он уложен параллельно стержню; k з – коэффициент закрытия поверхности распорными планками, k з 0,75; k д – коэффициент, учитывающий отношение основных потерь к потерям короткого замыкания, по табл. П.16, k д = 0,91. Расчетное значение Вт/м2 больше допустимого значения Вт/м2 , поэтому для увеличения поверхности охлаждения используем канал между частями обмотки шириной ак1 = 7,5 мм и определяем q 1 для каждой части обмотки. В данном варианте каждая часть обмотки содержит число слоев n =1. Следовательно Вт/м2 , что допустимо. Окончательный радиальный размер обмотки м. В случае круглого провода плотность теплового потока рассчитывать по формуле Диаметры обмотки: внутренний м; внешний м. Масса металла обмотки кг, где м — средний диаметр обмотки. Масса провода по табл. П.17 и П.18. кг. 3.2 Расчет обмотки ВН. По рекомендациям табл. П.6 выбрана непрерывная катушечная обмотка из прямоугольного медного провода с радиальными каналами. Выбираем схему регулирования по рис. 4 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю по рис. 4. Контакты переключателя рассчитываются на ток 30 А. Эта схема применяется для всех конструкций обмоток (табл. П.6). Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении . Принимаем w 1 = 1176 витков. Напряжение одного витка UВ = 20207/1176 = 17,18 В . Согласно ГОСТ 11920 – 85 регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПВБ) предусматривается четыре ответвления (+5, +2.5, -2.5 и -5)%U н и основной зажим с номинальным напряжением. Напряжение ступени регулирования В . Число витков на одной ступени регулирования в фазной обмотке витков. Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить: Напряжение, В Число витков на ответвлениях Ответвления обмотки 36750 1176 + 2·29 = 1235 А2 А3 В2 В3 С2 С3 35875 1176 + 29 = 1205 А3 А4 В3 В4 С3 С4 35000 1176 А4 А5 В4 В5 С4 С5 34125 1176 – 29 = 1147 А5 А6 В5 В6 С5 С6 33250 1176 – 2·29 = 1118 А6 А7 В6 В7 С6 С7 Рис. 4. Схема регулирования напряжения ВН Ориентировочное сечение витка м2 мм2 . По табл. П.6 по мощности 1600 кВ∙А, току на один стержень 26,4 А, номинальному напряжению обмотки 35000 В и сечению витка 7,31 мм2 выбираем конструкцию непрерывной катушечной обмотки из прямоугольного медного провода марки ПБ класса В с радиальными каналами. Если по рекомендации табл. П.6 выбрана цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода, то расчет обмотки ВН выполнить по формулам для расчета обмотки НН. По полученному ориентировочному значению выбираем по табл. П.13 сечение витка из одного прямоугольного провода марки ПБ: сечением 7,625·10-6 м2 . В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод с усиленной изоляцией 1,50 мм, с размерами провода в изоляции 2,90 7,10 мм. (1,4+1,5 = 2,9 мм, 5,6 +1,5 = 7,1 мм). Плотность тока в обмотке МА/м2 . При J2 = 3,46 МА/м2 и b = 5,6 мм по графикам рис. 5, а находим q 800 Вт/м2 . Рис. 5. Графики для ориентировочного определения размера провода b по заданным значениям q и J в катушечных, винтовых и цилиндрических обмотках из прямоугольного провода (для цилиндрической обмотки размер b , полученный по графику, умножить на 0,8). Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по мм между всеми катушками. Две крайние катушки сверху и снизу отделены каналами по мм. Схема регулирования напряжения – по рис. 4, канал в месте разрыва обмотки h кр = 10 мм (рис. 6). Осевой размер катушки 6,1 мм, осевой размер крайних катушек с усиленной изоляцией 7,1 мм, т. е. провод укладывается “плашмя” (на сторону ). Число катушек на стержне предварительно катушек, где h ' к – ширина межкатушечных каналов (для SН < 1600 кВ∙А, h ' к = (4 ÷ 6)мм). Число витков в катушке ориентировочно . Радиальный размер м, где а ´– радиальный размер провода. Общее распределение витков по катушкам: Распределение витков по катушкам следует начинать с регулируемых катушек: В одной ступени регулирования 29 виток, поэтому регулируемая катушка должна содержать w кр = w р /2 = 14,5 витка, а число регулируемых катушек Для защиты обмотки ВН от внешних электрических импульсов крайние катушки обмотки должны иметь лучшую изоляцию. Четыре катушки, например, могут содержать по18 витков 49 силовых катушек Г по 20 витков..............................................980 8 регулировочных катушек Д по 14,5 витка .................................116 4 катушки с усиленной изоляцией Е по 20 витков .........................80 Всего 61 катушка ..............................................................1176 витков Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 6 и 7. Рис. 6. Расположение катушек и радиальных каналов. Осевой размер обмотки Величина l 2 должна быть равна l 1 (l 1 = l 2 = 0,62 м). По испытательному напряжению U исп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ∙А по табл. П.7 находим: Канал между обмотками ВН и НН ……………………….. Толщина цилиндра (изоляционного)…………………….... Выступ цилиндра за высоту обмотки ……………………... Расстояние обмотки ВН до ярма …………………………... Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушек группы Г Вт/м2 . Значение q 2 меньше 1200 Вт/м2 , что гарантирует допустимый нагрев обмотки ВН. Внутренний диаметр обмотки мм. Принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках толщиной 18 мм наматывается обмотка ВН (диаметром 0,380/0,400 0,770 м). Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 6 и 7. Радиальный размер обмотки с экраном ( ) м. Внешний диаметр обмотки м. Рис. 7. Схема обмоток НН и ВН и изоляционных расстояний трансформатора Масса меди обмотки ВН кг, где мм. Масса провода в обмотке ВН с изоляцией кг, где k из – коэффициент увеличения массы обмотки ВН с учетом изоляции. Масса меди двух обмоток кг. Масса провода двух обмоток кг. 4. Определение параметров режима короткого замыкания 4.1 Определение потерь короткого замыкания Основные потери Обмотка НН Вт. Обмотка ВН Вт. Основные потери в отводах рассчитываются следующим образом. Длина отводов определяется приближенно м – для схемы “треугольник”, м – для схемы “звезда”. Масса отводов НН кг. где м2 . Потери в отводах НН Вт. Масса отводов ВН кг. где м2 . Потери в отводах ВН Вт. Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяс­нения размеров бака определяем приближенно Вт. где k = 0,02 для S н < 1000 кВ·А, k = (0,03÷0,04) для S н >1000 кВ·А. Полные потери короткого замыкания Вт. к д – коэффициент добавочных потерь: для многослойных цилиндрических обмоток к д =1,12 , для катушечных – к д =1,05÷1,06. или % заданного значения. 4.2 Определение напряжения короткого замыкания ( ) Активная составляющая (в %) % . Реактивная составляющая (в %) %, где уточненное значение Напряжение короткого замыкания (в %) %, или % заданного значения U к . Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН А, где S к – мощность короткого замыкания электрической сети: S к = 5000 кВ·А при U ВН < 10 кВ, S к = 2500 кВ·А при U ВН >10 кВ. Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания А, при по табл. П.20 . Температура обмотки через t = 5 с после возникновения короткого замыкания ºС . – рабочая температура обмотки до КЗ (принимают 90 ºС ) . Предельно допустимая температура обмоток при аварийном коротком замыкании: для обмотки из меди кл. А и Е 250 ºС, для кл. В 350 ºС [1]. 4.3 Определение механических сил в обмотках Радиальная сила Н. Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН МПа. Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН МПа, т. е. 38,4 % допустимого значения 60 МПа. Осевые силы в катушечной обмотке Н Н. где мм (по рис. 8,а), т – множитель, зависящий от расположения обмоток, для расположения обмоток на рис. 8, б значение т = 4 [1]. Расстояние от стержня до стенки бака l "= 0,25 м . Для многослойных цилиндрических обмоток , и (направление на рис.8, б к центру обмотки 2). Максимальные сжимающие силы в обмотках Н. Н. Рис. 8. Механические силы в обмотках трансформатора а) схема расположения катушек обмотки ВН по рис.6. б) схема осевых сил обмоток НН и ВН Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН (обмотка 1), где F сж1 = 174715 Н. Напряжение сжатия на междувитковых прокладках МПа, что ниже допустимого значения 18÷20 МПа [1]; n – число прокладок по окружности обмотки; а – радиальный размер обмотки; b – ширина прокладки (b = 0,04 ÷ 0,06 м для S н < 63000 кВ·А). 5. Окончательный расчет магнитной системы 5.1 Определение размеров пакетов и активной площади стержня и ярма Выбрана конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной ­системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм . Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. П.12 для стержня диаметром 0,260 м без прессующей пластины. Число ступеней в сечении стержня 8, в сечении ярма 6 (рис. 9). Размеры пакетов в сечении стержня и ярма по табл. П.12. № пакета Стержень, мм Ярмо (в половине поперечного сечения), мм 1 250 35 250 35 2 230 25 230 25 3 215 13 215 13 4 195 13 195 13 5 175 10 175 10 6 155 8 155 23 7 120 9 — 8 105 6 — Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,238 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. П.21. см2 м2 ; ярма – см2 м2 . Объем, угла магнитной системы см2 м2 . Активное сечение стержня м2 . Активное сечение ярма м2 . Объем стали угла магнитной системы м3 . а) б) Рис. 9. Магнитна система трансформатора: а)сечение стержня и ярма; б) основные размеры магнитной системы. Длина стержня (рис. 1 и 9) м. где l 0 и — расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма (рис. 1). Расстояние между осями стержней м. где = 0,033 – расстояние между обмотками ВН двух соседних стержней (по табл. П.7). 5.2 Определение массы стержня и ярма Масса стали угла магнитной системы кг. кг/м3 – удельный вес стали. Масса стали ярм кг. Масса стали стержней кг. где кг; кг. Общая масса стали кг. 5.3 Определение потерь в стали магнитопровода Расчет потерь холостого хода по [1]. Индукция в стержне Тл. Индукция в ярме Тл. Индукция на косом стыке Тл. Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке м2 . Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков определяются по табл. П.22: для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке в две пластины: при Тл Вт/кг; Вт/м2 ; при Тл Вт/кг; Вт/м2 ; при Тл 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 в магнитопроводе применим выра­жение: , где k п.д = 1,15 для трансформаторов Sн ≤ 63000 кВ·А и k п.д = 1,2, если Sн > 63000 кВ·А. По табл. П.23 находим коэффициент . Тогда потери холостого хода Вт. Полученное значение Px составляет % от заданного значения. 5.4 Определение тока холостого хода Для расчета намагничивающей мощности по табл. П.24 находим удель­ные намагничивающие мощности: при Тл; В·А/кг; В·А /м2 ; при Тл; В·А/кг; В·А /м2 ; при Тл; В·А /м2 . Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем Намагничивающая мощность холостого хода , где k тр = 1,18 для отожженной стали 3404 и 3405; k ту = 42,40 по табл. П.25; k т.пл = 1,32 для Sн ≤ 1600 кВ·А и k т.пл = 1,2 для Sн > 1600 кВ·А. В∙А. Реактивная составляющая тока холостого хода %. Активная составляющая тока холостого хода %. Ток холостого хода %, что составляет % от заданного i 0% = 1,3% для серийного трансформатора (табл. П.2). 5.5 Внешние характеристики трансформатора Рассчитать и построить графики зависимости КПД и U 2 = f ( I 2 ). Изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора: , В, где 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 при Коэффициент мощности нагрузки задается в задании на проектирование (например ). . . . Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора ki 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 U2 , В 34673,5 34347,1 34020,6 33694,1 33367,7 33041,2 η 0,985 0,988 0,987 0,985 0,982 0,980 P2 , кВ·А 320 640 960 1280 1600 1920 Для номинальной нагрузки Sн = 1600 кВ∙А; Рст = Рх = 3,645 кВт; Рмеди = Рк =18,715 кВт Рис. 10. График КПД трансформатора Рис. 11. Зависимости вторичного напряжения U2 и выходной мощность P2 от ki . 6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения При работе трансформатора в режиме нагрузки потери, возникающие в его обмотках и магнитопроводе, преобразуются в теплоту. Часть этой теплоты нагревает активные части, а остальная отводится в окружающую среду. В номинальном режиме нагрузки температура обмоток и масла достигает установившихся значений, которые не должны превышать допустимых ГОС стандартом. 6.1. Расчет температурного перепада в обмотках Внутренний перепад температуры: Обмотка НН ºС, где δ – толщина изоляции провода на одну сторону, δ = 0,25∙10-3 м ; q – плотность теплового потока на поверхности обмотки; λиз – тепло­проводность бумажной изоляции провода пропитанной маслом, по табл. П.26. λиз = 0,17 Вт/(м∙ºС); Обмотка ВН ºС, Перепад температуры на поверхности обмоток: обмотка НН ºС, где k = 0,285 для цилиндрической обмотки; обмотка ВН ºС, где k1 = 1,0 для естественного масляного охлаждения; k2 = l,0 для наружной обмотки; для внутренней катушечной обмотки k2 = l,1; коэффициент k з учитывает влияние на конвекцию горизонтальных масляных каналов, по табл. П.27 k з = 0,95 для h к /a = 4,0/38 = 0,105, при отсутствии каналов k з = 0,95; hк – ширина масляного канала; a – глубина канала (ширина обмотки); Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу: обмотка НН ºС, обмотка ВН ºС, 6.2 Выбор и расчет системы охлаждения (расчет бака, радиаторов, охладителей) В соответствии с мощностью трансформатора по табл. П.28 выбираем конструкцию гладкого бака с радиатором из труб (рис. 14). Тепловые расчеты для других конструкций баков (табл. П.28) изложены в [1,2]. Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. Минимальная ширина бака (рис.12 и 13) . м. Рис. 12. Схема бака трансформатора Изоляционные расстояния по табл. П.29 (рис.13): ― расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до стенки бака = 40 мм для Uисп = 85 кВ; ― изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки = 40 мм для Uисп = 85 кВ ― изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН = 25 мм для Uисп = 35 кВ; ― изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака = 90 мм для Uисп = 85 кВ; диаметр изолированного отвода от обмотки ВН, = 10 мм; диаметр изолированного отвода обмотки НН = 10 мм. Рис. 13. Схема отводов обмоток трансформатора Длина бака м , где С – расстояние между осями стержней (см. пункт «Расчет магнитной системы»); м. Принимаем А=1,8 м. Высота активной части м, где – высота стержня; h Я – высота ярма (равна высоте наибольшего пакета в сечении ярма. см. пункт «Расчет магнитной системы трансформатора»); hn – толщина бруска между дном бака и нижним ярмом (0,05 м). Согласно рекомендации [1] расстояние от верхнего ярма до крышки бака обмотки ВН: для 6 и 10 кВ м, для 20 кВ м; для 35 кВ м, если S4 ≥ 1600 кВт и U ≥ 25 кВ м, принимаем м. Глубина бака м, Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки ºС; где – большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН. Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет ºС < 60 ºС; Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака ºС и запас 2 ºС, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воз­духа ºС; Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака м2 где м. Ориентировочная поверхность излучения бака с трубами м2 , где k – коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный: 1,0 – для гладкого бака; 1,2 – 1,5 – для бака с трубками и 1,5 – 2,0 – для бака с навесными радиаторами. Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения ºС м2 , где Вт. По табл. П.30 для мощности 1600 кВА выбираем бак с двумя рядами овальных труб (рис. 14). Размеры трубы: ― сечение, мм – 72×20; ― радиус закругления R= 188 мм; ― шаг труб между рядами tP = 100 мм; ― прямой участок для внутреннего ряда труб принимаем а1 = 50 мм; а2 = а1 + tр = 50+100 = 150 мм; По табл. П.31 по размеру наружного ряда труб выбираем минимальные значения с и е. с min = 75мм, е min = 85мм. Расстояние между осями труб на стенке бака (по рис.14): Наружный ряд м. Внутренний ряд м. Развернутая длина трубы (рис.14) первый (внутренний) ряд м, второй ряд м. Рис.14. Элемент трубчатого бака Поверхность конвекции составляется из: поверхности гладкого бака Пк,гл = 7,5 м2 и поверхности крышки бака м2 , где 0,16 – удвоенная ширина верхней рамы бака. Поверхность излучения бака с трубами м2 . где d – больший размер поперечного сечения овальной трубы, d = 72 мм (табл. П.30), меньший размер – 20 мм. Поверхность конвекции труб м2 . Необходимая фактическая поверхность конвекции труб м2 , где k Фтр =1,34 для двух рядов труб и k Фтр =1,4 при одном ряде труб. При поверхности 1м трубы ПМ = 0,16 м2 необходимо иметь общую длину труб м. где Пм – поверхность 1 м трубы по табл. П.30. Число труб в одном ряду на поверхности бака . Шаг труб в ряду м. Поверхность конвекции бака м2 . Таким образом, поверхность конвекции бока достаточно близка к предварительному значению , необходимой для отвода тепловых потерь. 6.3 Определение превышения температуры обмоток и масла над воздухом . Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха ºС. Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы ºС. Превышение средней температуры масла над температурой воздуха ºС. Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха ºС < 60ºС. Превышение средней температуры обмоток над температурой воз­духа: НН ºС < 65ºС. ВН ºС < 65ºС. Превышения температуры масла в верхних слоях ºС и обмоток ºС лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85. 6.4 Определение массы масла и основных размеров расширителей. Масса активной части кг. Объем активной части м3 . Объем бака м3 . Объем масла в баке м3 . Масса масла в баке кг. Масса масла в охладителях кг. Общая масса масла кг. По ГОСТ 982-80 используется трансформаторное масло марки Т-750 с антиокислительной присадкой и гарантированной кинетической вязкостью при –30ºС. Список литературы 1. Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов». Учебное пособие для вузов. М.,«Энергия», 1986. 2. Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов». Учебное пособие для вузов. М.,«Энергия», 1976. 3. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов, 1985. 4. Электротехнический справочник: В4, т.2. Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимов и др. (глав. Ред.Н.Н. Орлов) 8-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 518 с. Приложение Параметры холостого хода и короткого замыкания трехфазных масляных силовых трансформаторов общего назначения классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью 25 – 630 кВ·А ( ГОСТ 12022-76 ) Таблица П.1 Номинальная мощность, кВ·А Класс напряжения, кВ Потери, Вт Напряжение короткого замыкания, % Ток холостого хода, % холостого хода короткого замыкания 25 10 130 600 4,5 3,2 40 10 175 880 4,5 3,0 63 10 240 1280 4,5 2,8 100 10 330 1970 4,5 2,6 100 35 420 1970 6,5 2,6 160 10 510 2650 4,5 2,4 160 35 620 2650 6,5 2,4 250 10 740 3700 4,5 2,3 250 35 900 3700 6,5 2,3 400 10 950 5500 4,5 2,1 400 35 1200 5500 6,5 2,1 630 10 1310 7600 5,5 2,0 630 35 1600 7600 6,5 2,0 Параметры холостого хода и короткого замыкания трехфазных масляных силовых трансформаторов общего назначения классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью 1000 – 80 000 кВ·А, переключаемых без возбуждения ( ГОСТ 11920-85 ) Таблица П.2 Номинальная мощность, кВ·А Класс напряжения, кВ Потери, Вт Напряжение короткого замыкания, % Ток холостого хода, % холостого хода короткого замыкания 1000 10 35 2100 2000 11 600 11 600 5,5 6,5 1,4 1,4 1600 10 35 3300 3500 17 500 18 000 5,5 6,5 1,3 1,3 2500 10 35 3900 3900 23 500 23 500 5,5 6,5 1,0 1,0 4000 10 35 5200 5300 33 500 33 500 7,5 7,5 0,9 0,9 6300 10 35 7400 7600 46 500 46 500 7,5 7,5 0,9 0,8 10 000 35 12 300 65 000 7,5 0,8 16 000 35 17 800 90 000 8,0 0,6 80 000 38,5 58 000 280 000 10,0 0,45 Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76) Таблица П.3 Класс напряжения, кВ 3 6 10 15 20 35 110 150 220 330 500 Наибольшее рабочее напряжение, кВ 3,6 7,2 12,0 17,5 24 40,5 126 172 252 363 525 Испытательное напряжение Uисп , кВ 18 25 35 45 55 85 200 230 325 460 630 Примечание. Обмотки масляных трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеют Uисп = 5 кВ. Выбор способа прессовки стержней и ярм, формы сечения и коэффициента усиления ярма для современных трансформаторов [1] Таблица П.4 Мощность трансформатора S , кВ∙А Прессовка стержней Прессовка ярм Форма сечения ярма Коэффициент усиления ярма 25 – 100 Расклиниванием с обмоткой Балками стянутыми шпильками, расположенными вне ярма 3 – 5 ступеней 1,025 160 – 630 С числом ступеней на одну- две меньше числа ступеней стержня 1,015 – 1,025 1000 – 6300 Бандажами из стеклоленты Балками, стянутыми стальными полубандажами Число ступеней в сечении трехфазных масляных трансформаторов и коэффициент заполнения k кр Таблица П.5 Мощность трансформатора, кВ·А до 16 16 25 40-100 160-630 Ориентировочный диаметр стержня d , м до 0,08 0,08 0,09 0,10-0,14 0,16-0,18 0,20 0,22 Число ступеней 1 2 3 4 5 6 6 7 8 Коэффициент k кр 0,636 0,786 0,851 0,861 0,890 0,91-0,92 0,913 0,918 0,928 Мощность трансформатора, кВ·А 1000-1600 2500-6300 10 000 16 000 25 000 32 000-80 000 Ориентировочный диаметр стержня d , м 0,24-0,26 0,28-0,30 0,32-0,34 0,36-0,38 0,40-0,42 0,45-0,50 0,53-0,56 0,60-0,67 0,71-0,75 Число ступеней 8 8 9 9 11 14 15 16 16 Коэффициент k кр 0,925 0,928 0,929 0,913 0,922 0,927 0,927 0,929 0,931 Мощность трансформатора, кВ·А 100 000-1 000 000 Ориентировочный диаметр стержня d , м 0,80-0,95 1,00-1,09 1,12-1,18 1,22 1,25-1,36 1,40-1,50 Число ступеней 12 13 15 16 17 18 Коэффициент k кр 0,892-0,904 0,899-0,907 0,903-0,909 0,910 0,912-0,913 0,913-0,914 Обычные пределы применения различных типов обмоток масляных трансформаторов Таблица П.6 Тип обмотки Применение на стороне Материал обмоток Пределы применения включительно Число параллельных проводов главное возможное по мощности трансформатора, кВ·А по току обмотки стержня, А по напряжению, кВ по сечению витка, мм 2 от до Цилиндрическая одно- двухслойная из провода прямоугольного сечения НН ВН Медь до 630 от 15-18 до 800 до 6 от 5,04 до 250 1 4-8 Алюминий до 630 от 10-13 до 600-650 до 6 от 6,39 до 300 Цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения ВН НН Медь от 630 до 80 000 от 15-18 до 1000-1200 10 и 35 от 5,04 до 400 1 4-8 Алюминий до 16 000 -25 000 от 10-13 до 1000-1200 10 и 35 от 6,30 до 500 Цилиндрическая многослойная из провода круглого сечения ВН НН Медь до 630 от 0,5 до 80-100 до 35 от 1,094 до 42,44 1 1 2 1 Алюминий до 630 от 2-3 до 125-135 до 35 от 1,37 до 50,24 Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения ВН НН Медь от 160 и выше от 15-18 и выше от 3 до 110-220 от 5,04 и выше 1 3-5 Алюминий от 100 и выше от 10-13 и выше от 3 до 110-220 от 6,39 и выше Винтовая одно- и двух- ходовая НН — Медь от 160 и выше от 300 и выше до 35 от 75-100 и выше 4 Без ограниче-ния Алюминий от 100 и выше от 150-200 и выше до 35 от 75-100 и выше Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН с учетом конструктивных требований. Масляные трансформаторы Таблица П.7 Мощность трансформатора S, кВ·А U исп для НН, кВ НН от ярма l 01 , мм НН от стержня, мм δ 01 а И1 а 01 l И1 25― 50 5 15 картон 2×0,5 — 4,0 — 400― 630* 5 Принимаем равным найденному по испыта-тельному напряжению обмотки ВН картон 2×0,5 — 5,0 — 1000― 2500 5 4,0 6,0 15 18 630― 1600 18, 25 и 35 4,0 6,0 15 25 2500― 6300 18, 25 и 35 4,0 8,0 17,5 25 630 и выше 45 5,0 10 20 30 630 и выше 55 5,0 13 23 45 Все мощности 85 6,0 19 30 70 * Для винтовой обмотки с испытательным напряжением U исп = 5 кВ размеры взять из следующей строки (для мощностей 1000-2500 кВ·А) Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН с учетом конструктивных требований. Масляные трансформаторы. Таблица П.8 Мощность трансформатора S, кВ·А U исп для ВН, кВ ВН от ярма, мм Между ВН иНН, мм Выступ цилиндра l Ц2 Между ВН иНН, мм l 02 δ Ш а 12 δ 12 а 22 δ 22 25―100 18, 25 и 35 20 18 – 2,0 10 8,0 — 160―630 18, 25 и 35 30 15 – 3,0 15 10 — 1 000―6300 18, 25 и 35 50 — 20 4,0 20 18 — 630 и выше 45 50 2,0 20 4,0 20 18 2,0 630 и выше 55 50 2,0 20 5,0 30 20 3,0 160―630 85 (прим.1) 75 2,0 27 5,0 50 20 3,0 1 000―6300 85 (прим.1) 75 2,0 27 5,0 50 30 3,0 10 000 и выше 85 80 3,0 30 6,0 50 30 3,0 Примечания: 1. Для цилиндрических многослойных обмоток минимальное изоляционное расстояние а 12 = 27 мм. Электростатический экран – с изоляцией 3 мм. При расчете диаметра стержня магнитной системы и реактивной составляющей напряжения короткого замыкания принимать а 12 = 30 мм. 2. При наличии прессующих колец расстояние до верхнего ярма принимать увеличенным против данных таблицы для трансформаторов 1000 – 6300 кВ·А на 45 мм, для двухобмоточных трансформаторов 10 000 – 63 000 кВ·А — на 60 мм и для трехобмоточных трансформаторов этих мощностей — на 100 мм. Расстояние от нижнего ярма l 0 и в этих случаях выбирается по таблице. Значения коэффициента k в формуле для масляных двухобмоточных трансформаторов ПБВ с медными обмотками и потерями короткого замыкания по ГОСТ Таблица П.9 Мощность трансформатора S , кВ∙А Класс напряжения, кВ 10 35 110 до 250 400 – 630 1000 – 6300 10 000 – 80 000 0,63 0,53 0,51 – 0,43 — 0,65 – 0,58 0,52 – 0,48 0,48 – 0,46 — — 0,68 – 0,58 Рекомендуемая индукция в стержнях масляных трансформаторов В , Тл Таблица П.10 Марки стали Мощность трансформатора S, кВ∙А до 16 25–100 160 и более 3411, 3412, 3413 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 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 Тл. Ориентировочные значения b = 2 a2 / d для масляных двухобмоточных трансформаторов ПБВ с медными обмотками и потерями короткого замыкания по ГОСТ Таблица П.11 Мощность трансформатора, кВ∙А Класс напряжения, кВ 10 35 110 До 100 0,55 — — 100―630 0,46―0,40 — — 1000―6300 0,26―0,24 0,32―0,28 — 6300―63 000 — 0,26 0,35 Примечания. 1. Для обмоток из алюминиевого провода значения b, полученные из таблицы, умножить на 1,25. Размеры пакетов – ширина пластин а и толщина пакетов b , мм, для магнитных систем без прессующей пластины с прессовкой стержня бандажами из стеклоленты ( n с и n я – число ступеней в сечении стержня и ярма; k кр – коэффициент заполнения круга для стержня) Таблица П.12       стержня d, м Стержень Ярмо Размеры пакетов а ×b , мм, в стержне без прессующей пластины с прессующей пластиной n я а я , мм n с k кр n с k кр 1 2 3 4 5 6 7 8 0,08 4 0,863 — — 3 55 75× 14 65× 9 55× 9 40× 5 — — — — 0,09 5 0,891 — — 4 55 85× 15 75× 10 65× 6 55× 4 40× 5 — — — 0,10 6 0,917 — — 5 55 95× 16 85× 10 75× 7 65× 5 55× 4 40× 4 — — 0,11 6 0,905 — — 5 65 105× 16 95× 11 85× 7 75× 6 65× 4 40× 7 — — 0,12 6 0,928 — — 5 60 115× 18 105× 11 90× 10 75× 8 60× 6 40× 4 — — 0,13 6 0,918 — — 5 65 125× 18 110× 16 100× 8 80× 9 65× 5 40× 6 — — 0,14 6 0,919 — — 5 65 135× 19 120× 17 105× 10 85× 9 65× 7 40× 5 — — 0,15 6 0,915 — — 5 85 145× 19 135× 13 120× 13 105× 9 85× 8 55× 7 — — 0,16 6 0,913 — — 5 85 155× 20 135× 23 120× 10 105× 7 85× 7 55× 7 — — 0,17 6 0,927 — — 5 85 160× 28 145× 17 130× 10 110× 10 85× 8 50× 8 — — 0,18 6 0,915 — — 5 95 175× 21 155× 25 135× 13 120× 8 95× 9 65× 8 — — 0,19 7 0,927 6 0,890 5 100 180× 30 165× 17 145× 14 130× 8 115× 7 100× 5 75× 7 — 0,20 7 0,918 6 0,885 5 120 195× 22 175× 26 155× 15 135× 11 120× 6 105× 5 75× 7 — 0,21 7 0,922 6 0,890 5 130 200× 32 180× 22 160× 14 145× 8 130× 6 110× 8 90× 6 — 0,22 8 0,929 7 0,901 6 120 215× 23 195× 28 175× 15 155× 12 135× 9 120× 5 105× 4 75× 7 0,23 8 0,933 7 0,907 6 130 220× 34 205× 19 185× 16 165× 12 145× 9 130× 5 115× 5 90× 6 0,24 8 0,927 7 0,902 6 135 230× 34 215× 19 195× 17 175× 12 155× 9 135× 8 120× 5 95× 6 0,25 8 0,929 7 0,909 6 140 240× 35 220× 24 200× 16 180× 12 155× 11