Определим испытательные напряжения обмоток (табл. 4.1):

• для обмотки ВН  U_{испыт.ВН} = 35 кВ;
• для обмотки НН  U_{испыт.НН} = 18 кВ.

1.3. Определение активной  и реактивной составляющих  напряжения короткого  замыкания.

 

    Напряжением короткого замыкания двухобмоточного  трансформатора называется приведенное  к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находиться в положении, соответствующем номинальному напряжению.

    Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания, %,

    

  %

где Р_к – потери короткого замыкания, кВт.

    Реактивная  составляющая короткого замыкания, %,

    

  %

где U_к – полное напряжение короткого замыкания, В.

 

2. Расчет основных  размеров трансформатора.

2.1. Выбор  схемы и конструкции сердечника.

 

    Данный  трансформатор имеет плоскую  шихтованную магнитную систему (см. рис. 2.1) (так как плоская магнитная  система может быть принята для  производства на любом современном  трансформаторном заводе по сравнению  с пространственной магнитной системой, для которой необходимо иметь  специальное оборудование для навивки  и длительного отжига навитых  частей) стержневого типа со ступенчатой  формой поперечного сечения стержня, вписанной в окружность, и с  обмотками в виде круговых цилиндров. Собранные в переплет плоские шихтованные магнитные системы благодаря простой и дешевой конструкции крепления и стяжки, а также относительной простоте сборки получили широкое распространение. План конструкции магнитной системы представляет собой косые стыки в четырех и прямые – в двух углах (рис. 2.2), при котором учитывается получение меньших потерь и тока холостого хода, минимальный расход электротехнической стали и по возможности больший коэффициент заполнения сталью пространства внутри обмоток. 

                          

Рис.2.1.Плоская шихтованная магнитная система трехфазного трансформатора с обмотками: 1 — ярмо; 2 — стержень; 3 — сечение стержня; 4 — угол магнитной системы. 
 
 

      Технология производства этой системы  существенно проще, чем технология изготовления плоской магнитной  системы с косыми стыками в  шести углах. Стержни и ярма шихтованной  магнитной системы должны быть стянуты  и скреплены. Достаточную жесткость  конструкции обеспечивает прессовка. Прессовка стержней может осуществляться разными способами. Так как мощность заданного трехфазного трансформатора меньше 6300 кВА и диаметре стержня  до 0.34 м хорошие результаты дает прессовка без применения специальных  конструкций путем забивания  деревянных стержней и планок между  стержнем и обмоткой НН (расклинивание  обмоток), а прессовка ярм осуществляется балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма.

2.2. Выбор марки и  толщины листов  стали, типа междулистовой  изоляции, индукции  в сердечнике.

 
 

    Материалом  для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая  сталь. С учетом сложности технологических  операций, магнитных свойств трансформатора и цены стали выбираем сталь марки 3405 и  толщиной =0,30 мм.

    Пластины  электротехнической стали, составляющие магнитную систему,  во избежание  возникновения между ними вихревых токов должны быть надежно изолированы  одна от другой. При мощности трансформатора 3200 кВА  междулистовой изоляцией  служит оксидная пленка.

    Весьма  важное значение при расчете трансформатора имеет правильный выбор индукции в стержне магнитной системы. В целях уменьшения количества стали  магнитной системы, масса металла  обмоток и стоимости трансформатора следует выбирать возможно большее  значение расчетной индукции, что, однако, связано с относительно малым  увеличением потерь и существенным увеличением тока холостого хода. Верхний предел индукции обычно определяется допустимым значением тока холостого  хода.  За расчетную индукцию в  стержнях трансформатора принимаем  значение В =1.6 Тл (табл. 2.4).

2.3. Выбор конструкции  и определение  размеров основных  изоляционных промежутков  главной изоляции  обмоток.

 

    Минимально  допустимое изоляционное расстояние в  главной изоляции обмоток и отводов  масляных трансформаторов обычно выбирается применительно к определенным конструкциям изоляции, для которых они проверены  опытным путем.  Главная изоляция обмоток определяется в основном электрической прочностью при 50 Гц и соответствующими испытательными напряжениями. На рис. 2.3 показана конструкция  главной изоляции обмоток масляных трансформаторов классов напряжения от 1 до 35 кВ (испытательные напряжения от 5 до 85 кВ), а все значения изоляционных расстояний сведены в табл. 2.1 (табл. 4.4,4.5).

     

 

Таблица 2.1. – Главная изоляция. Минимальные  изоляционные расстояния обмоток ВН и НН с учетом конструктивных требований:

2.4. Предварительный  расчет трансформатора, выбор соотношения  основных геометрических  размеров (определение  коэффициента В).

 

С целью сокращения времени на трудоемкие  расчеты  воспользуемся программой  «TRANS».

Значения, используемые при расчете с помощью программы  «TRANS»:

Мощность трансформатора: S=3200 кВА;

Индукция в  стержне: Bc=1,6 Тл;

Напряжение короткого  замыкания: Uк=3,42%;

Активная составляющая напряжения короткого замыкания: Uка=1,094%;

Реактивная составляющая : Uкр=3,24%

Потери короткого  замыкания: Pк=35000 Вт;

Удельные потери в сердечнике (табл. 8.10): Pc=1.15 Вт/кг;

Удельные потери в ярме (табл. 8.10): Pя=1,109 Вт/кг;

Удельная намагничивающая  способность (табл. 8.16, 8.17):

а) в стержне:qc=1.526;

б) в ярме: qя=1,4 ВА/кг;

в)в зоне прямого  стыка:qзп=19200;

г) в зоне косого стыка: qзк=1800

Отношение среднего диаметра витка двух обмоток к  диаметру стержня (табл. 3.4) :

a=1.38;

Отношение удвоенного радиального размера внешней  обмотки к диаметру стержня 

(табл. 3.5. [1]):B=0.25;

Постоянный коэффициент: e=0.41;

Число прямых немагнитных  зазоров: nп=2;

Число косых  немагнитных зазоров: nк=4;

Коэффициент для  определения механического напряжения: m=0,2453•10-6;

Коэффициент усиления ярма (табл. 2.8): Kя=1,02;

Коэффициент Роговского: Kр=0,95;

Коэффициент заполнения (табл. 2.2): Kз=0,96;

Коэффициент учитывающий  охлаждающие каналы в сечении стержня (табл. 2.5, 2.6) Kкр=0,929;

Коэффициент зависящий  от материала обмотки (стр. 132): Ko=2,46•10-2;

Коэффициент учитывающий  добавочные потери (табл. 3.6): Kд=0,9;

Коэффициент учитывающий  цены на материалы обмоток и магнитной  системы

(табл.3.7) Kос=2,19;

Коэффициент учитывающий  изоляцию провода и регулирование напряжения: Kup=1,06;

Коэффициент для  расчета потерь холостого хода (табл. 8.14) Kпд=1,15;

Коэффициент учитывающий  количество прямых и косых стыков (табл. 8.13) Kуп=10,64;

Коэффициенты  учитывающие форму сечения ярма (стр. 396 [1]): K’тд=1,2; K”тд=1,07;

Коэффициент учитывающий  разное число углов с прямыми  и косыми стыками            (табл. 8.20):Kту=42,45;

Коэффициент зависящий  от удельного электрического сопротивления  и плотности металла обмоток:Kм=2,4 А/мм2. 
 
 
 

Результаты расчетов, выполненных с помощью программы  «TRANS»: 

a        a1(КГ)         a2(КГ)          b1(КГ)            c1(КГ)

a=0.315        a1=2169.022

a2=159.613  b1=1393.435

b2=82.373  c1=753.292 
 
 

 

     На (рис. 2.4) представлены зависимости общей  стоимости активных материалов, плотности ток, тока холостого тока, потерь холостого хода от В. Анализ приведенных зависимостей позволяет выбрать оптимальное значение В. Изменение В влияет не только на вес активных, но и остальных материалов трансформатора. Вместе с увеличением В растут потери холостого хода, стоимость системы охлаждения, возрастают вес и стоимость конструктивных деталей остова металла бака, трансформаторного масла и общий вес трансформатора. В целях экономии всех материалов рекомендуется при прочих равных условиях выбрать В, соответствующее минимальной стоимости активной части. 

               
 
 
 
 
 
 
 

а)       в) 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

б)       г)

 
 
 
 
 
 
 

 д)

Рис. 2.4 – Зависимость от b:

а) стоимости  активных материалов; б) потерь холостого  хода; в) тока холостого хода;

г) плотности  тока; д) механического напряжения в  обмотке.  

Анализируя  график на рисунке 2.4 можно сказать, что стоимость материалов трансформатора имеет точку минимального значения по шкале . С увеличением от этой точки общая стоимость материалов возрастает. Самое оптимальное значение в нашем случае . При этом коэффициенте стоимость трансформатора является относительно небольшой 5535,748, потери холостого хода равны 5936,759 Bт, что по сравнению с исходными данными составляет 99%, ток холостого хода -  0,671 А- 92% сравнению с исходными данными, плотность тока равна 4,275 A/mm², а Q =5

2.5.Определение  диаметра стержня  и высоты обмотки,  предварительный  расчет сердечника.

    Для заданного  В= 1.5 определяется диаметр стержня, высота обмотки трансформатора и проводится предварительный расчет сердечника.

Выражение для  определения диаметра стержня может  быть представлено в виде, м, 

м

А – постоянная величина, рассчитываемая в программе ,,TRANS’’

По рассчитанному  диаметру стержня d по табл. 2.5 проверяем правильность нахождения его значения. Далее определяем стандартный диаметр, наиболее близкий к найденному:

d_ст = 0.36 м

Средний диаметр канала между обмотками, м,

d₁₂=1.38*0.36=0.497 м

где а - отношение среднего диаметра витка  двух обмоток к диаметру стержня

Высота обмотки, м,

l=3.14* d₁₂/b=3.14*0.497/1.5=1.04 м

Активное сечение  стержня можно определить по формуле, м²,

П_с=0.929*0.96*3.14*0.36²/4=0.09 м²

Напряжение витка  трансформатора, В, может быть записано в виде

U_в=4.44*f*B_c*П_с=4.44*50*1.6*0.09=31.8 В

где В_с – максимальная индукция в стержне, Тл.