Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением

двухслойной

                                                       а₂ = (2а' + а₂₂)*10^-3

а₂ = (2*3+10)*10^-3 = 0,016 м.

 
 
 
 
 
 

  Внутренний диаметр обмотки, м,

D^’₂ = d + 2*a₀₁ ^*10^-3

D^’₂ = 0,16+2*5*10^-3=0,17 м.

  Наружный диаметр обмотки, м,

D^’’₂ = D^’₂+ 2а₂

D^’’₂ = 0,17+ 2*0,016 = 0,202 м.

 Средний диаметр

D_ср2 = (D^’₂+ D^’’₂ )/2

D_ср2 = (0,17 + 0,202)/2 = 0,186 м.

  Масса метала

G_{M 2}= 28*10³*с* D_cp2*w*П₂

где с- число  активных стержней трансформатора.

G_M2  = 28*10³*3*0,186*37*210*10^-6 = 121,4 кг.

Масса провода 

G_пр2= к* G_M2

 где к –  коэффициент ориентировочное увеличение  массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции по таблице 5.5 выбрали 1,05

G_пр2=1,05*121,4 = 127,47 кг.

Однослойная обмотка  и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две  охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН, м², для всего трансформатора в этом случае

П₀₂= с*k_з*π*(D^’₂+ D^’’₂ )*l₂

П₀₂=3*0,965*3,14*(0,17+0,202)*0,41= 1,712 м².

Основные потери короткого замыкания в НН

Р_осн2 =2,4*10^-12*J²*G_M

Р_осн2 =2,4*10^-12*2,7²*10¹²*121,4 = 2124 Вт.

После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности обмотки

q₂ = (Р_осн2*k_д2)/ П₀₂

где k_д2 = 1+0,095*10⁸*β²*а⁴*n²

β= (b*m/l)*k_p

β= (16*10^-3*50/0,42)*0,95= 1,8

k_д2 = 1+ 0,095*10⁸*1,8²*(3,35*10^-3)⁴*4²=1,065

где n — число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной   индукции   поля рассеяния; m— число   проводников   обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;   а — размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния; b — размер проводника в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния; l — общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной   индукции   поля    рассеяния;  k_p — коэффициент приведения поля рассеяния (см. § 7.2).

q₂ = (2124*1,065)/1,712 = 1284 Вт/м².

меньше допустимого (q_доп <= 1200÷1400 Вт/м² ). 
 
 

5.Расчет обмотки ВН (пo § 6.3).

Расчет  обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при   номинальном  напряжении определяется  по  формуле

w_н1= w₂*(U_ф1 / U_ф2)

w_н1= 37*(11560/231) = 1851.

  Число витков па одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду

  w_р = ∆U/(u _B* √3)

  w_р = (20000 * 0,025) / (6,32 * √ 3) = 45,66

  принемаем

                                                                             w_р = 46

где ∆U — напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В; u_B — напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно  ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях

На четырех  ступенях:

верхние ступени  напряжения .... w₁=w_н1+2w_р, w_H1+w_p;      

при номинальном  напряжении: w_н1

       нижние ступени напряжения .... w_н1 — w_p, w_н1—2w_р.

Напряжение, В                                                    число витков на ответвлениях      

U_н1+2*0,025* U_н1                                                                                                      w₁=w_н1+2w_р

U_н1+0,025* U_н1                                                                                                             w₁=w_H1+w_p

         U_н1                                                                                                                                        w₁

U_н1 - 0,025* U_н1                                                                                                           w₁=w_H1 - w_p

U_н1 - 2*0,025* U_н1                                                                                                    w₁=w_н1-2w_р 
 
 

напряжение, В	Число витков на ответвлениях
21000	1943
20500	1897
20000	1851
19500	1805
19000	1759

 

Для трехфазного  трансформатора или однофазного  с параллельным соединением обмоток  двух стержней найденное число витков w₁=w_н1+2w_р или w₁=w_н1-2w_р является числом витков на один стержень.

  Осевой  размер обмотки ВН l₁ принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l₂.

  Плотность тока, А/м², в обмотке ВН предварительно определяется по формуле

J₁= 2*J_CP – J₂

J₁= 2*2,756*10⁶ – 2,7*10⁶ = 2,812*10⁶ А/м².

Сечение витка  обмотки ВН, мм²

(П'_в)_вн =I_ф1/ (J_cp*10^-6)

(П'_в)_вн = 11,55/ 2,756=4,2 мм²

По таблице 5,8 — выбрали цилиндрическую многослойную  из кругового провода (S= 400 kBA; I1= 11,55 A; Uн1=20000 B; П'1 =4,2 мм2)

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

П^”₁ =(П'_в)_вн/ n _в1 = 4,2/1 =4,2 — сечение одного провода, мм². Окончательно принимаем П^”₁ = 4,375 мм². По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d₂ и провода в изоляции d” ₂, мм. Подобранные размеры провода записываются так:

d1

d''1

  Марка  провода x n _в1 х

  

2,36

4,19

        ПБ х 1 х  

где n _в1 — число параллельных проводов,

Полное сечение  витка, м²,

                                         П₁ = n _в1* П^” ₁*10^-6

     П₁ = 1 * 4,375* 10^-6 = 4,375*10^-6 м²

где П^” ₁— сечение одного провода, мм². Полученная плотность тока, А/м²,

J₁ = I_Ф1/П₁

J₁= 11,55/4,375 *10^-6 = 2,64 *10^-6 А/м².

 
 
 
 
 
 

Рис.  Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения.

Число витков в  слое

w_cл1= l₁/ d” ₂   где l₁   в мм

w_cл1= 420/4,19 = 100

Число слоев  в обмотке

n_сл1 = w₁/ w_cл1

n_сл1 = 1851/ 100= 18,51=19

( n_сл1округляется до ближайшего большего числа).

Рабочее  напряжение двух слоев, В,

U_мсл= 2*w_cл1 *u_в.

U_мсл= 2*100* 6,32= 1264 В.

По рабочему   напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями § 4.5 выбираются число слоев и общая толщина δ_мсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки ( 3* δ_мсл =0,12 мм). Минимальная ширина масляного канала между катушками а₂₂ выбирается по табл. 9.2.

Радиальный размер обмотки, м: две катушки без экрана 

а₁ = 3* d” ₂ +2*1  мм

а₁ =3*4,19+2=14,57 мм

В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран — незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.

При наличии  экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле

а_2экр = а₁ +(δ_экр + 2*δ_мсл)*10^-3

а_2экр = 0,01457+(0,5+ 3*0,12)*10^-3 = 0,01543м

где   δ_экр = 0,5 мм; δ_мсл но табл. 4.7.

Для рабочего напряжения 35 кВ можно принять дополнительное увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 3 мм. Минимальный радиальный размер а^’₁₂, мм, осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН согласно § 4.5. (а^’₁₂= 9 мм )

а_12экр=( а^’₁₂+ δ_экр + 2*δ_мсл)*10^-3