Расчет и конструктивная разработка трансформатора ТМ 1600/35 (потери короткого замыкания - 16500 Вт, потери холостого хода - 2750 Вт)

ориентировочному сечению витка П₁ и сортаменту провода [1, c.212, табл.5.2] выбираем провод подходящего сечения прямоугольный провод – одно или два–четыре одинаковых сечения. Размер провода b, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать предельный размер [2, c.48, 3.68],

.                     (3.7)

где     k_З – коэффициент закрытия поверхности [1, c.261];

q – предельная плотность теплового потока [1, c.260];

k – числовой коэффициент [2, c.31];

J₁ – плотность тока в обмотке, А/мм.

Выбираем провод марки АПБ [1, c.213, табл.5.2]:

, где 1=n_B1 –                      число параллельных проводов;

3,55×14,00=а×b–   размеры провода без изоляции;

4,05×14,50=а'×b' –   размеры изолированного провода. Толщина изоляции 2δ=0,45(0,50)мм.

Полное сечение витка из n_B1 параллельных проводов [2, c.49, 3.69],

,                           (3.8)

где     П_ПР – сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке НН [2, c.49],

.                      (3.9)

Высота катушки в этой обмотке [2, c.49],

.

Число катушек на одном стержне для сдвоенных катушек с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками [2, c.50, 3.72],

,         (3.10)

где l – предварительная высота обмотки (2.11);

h_K=4мм – осевой размер (высота) канала [2, c.50].

Число витков в катушке [2, c.50, 3.73]

,                                      (3.11)

Высота (осевой размер) l₂, обмотки с шайбами в двойных и каналами между двойными катушками [2, c.51, 3.77],

(3.12)

где b’ – размер провода в изоляции, мм;

k=0,95 – коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки [2, c.51];

Радиальный размер обмотки [2, c.51, 3.78],

.                               (3.13)

Внутренний диаметр обмотки [2, c.27, 3.15], ,

,               (3.14)

где     d_Н – нормализованный диаметр стержня в м;

а₀₁ – ширина канала между обмоткой и стержнем в мм (табл.2.4).

Наружный диаметр обмотки [2, c.27, 3.16],

.           (3.15)

Плотность теплового потока [2, c.52, 3.82],

.                                                                                                              (3.16)

где k₁=17,2, k_Д1=1,05, k₃=0,75 [2, c.52];

Полученное значение не превышает 1100 Вт/м.

3.2. Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

.                        (3.17)

Число витков на одной ступени регулирования [2, c.36, 3.39]

.             (3.18)

Предварительно плотность тока в обмотке ВН [2, c.36, 3.40],

,             (3.19)

где J_ср и J₁ определяются по формулам (3.2) и (3.9)

Сечение витка обмотки ВН,

.                            (3.20)

По ориентировочному сечению витка П₂ и сортаменту провода [1, c.212, табл.5.2] выбираем провод подходящего сечения прямоугольный провод – одно или два–четыре одинаковых сечения. Размер провода b, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать предельный размер [2, c.48, 3.68],

.                       (3.21)

Выбираем провод марки АПБ [1, c.213, табл.5.2]:

,

Полное сечение витка из n_B1 параллельных проводов [2, c.49, 3.69],

,                       (3.22)

где     П_ПР – сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке ВН [2, c.49],

.                         (3.23)

Высота катушки в этой обмотке [2, c.49],

.

Число катушек на одном стержне для сдвоенных катушек с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками [2, c.50, 3.72],

,      (3.24)

где l₂=l₁ – реальная высота обмотки НН (3.12);

h_K=4мм – осевой размер (высота) канала [2, c.50].

Число витков в катушке [2, c.50, 3.73]

,           (3.25)

где w_2н – число витков обмотки ВН при номинальном напряжении (3.17);

w_р – число витков на одной ступени регулирования (3.18).

В данном случае w_р≥w_кат, следовательно число регулировочных катушек принимаем n_р=8, а число витков в каждой из них принимаем равным 0,5∙w_р=18 [2, c.50].

Число витков в катушке с усиленной изоляцией [2, c.50, 3.74],

.                         (3.26)

Реальное число витков в основных катушках обмотки (типа В) [2, c.50, 3.75]

,          (3.27)

где n_р – число регулировочных катушек [2, c.50];

n_ус=4 – число катушек с усиленной изоляцией на напряжение 35кВ [2, c.50].

Высота (осевой размер) l₂, обмотки с шайбами в двойных и каналами между двойными катушками [2, c.51, 3.77],

    (3.28)

где b’ – размер провода в изоляции, мм;

k=0,95 – коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки [2, c.51];

Радиальный размер обмотки без экрана [2, c.51, 3.78],

.                                 (3.29)

Внутренний диаметр обмотки [2, c.51, 3.79],

.                                                                                                           (3.30)

Здесь  – наружный диаметр обмотки НН в м; а₁₂ – минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН (табл.2.3), мм.

Наружный диаметр обмотки,  без экрана [2, c.51, 3.80],

.                                                                                                           (3.31)

Плотность теплового потока [2, c.52, 3.82],

.                                                                                                             (3.32)

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1. Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр обмоток НН [2, c.53, 4.1] и ВН [2, c.53, 4.2] соответственно:

;                            (4.1)

.                          (4.2)

Масса металла обмоток НН [2, c.53, 4.3] и ВН [2, c.53, 4.4] соответственно:

;                                                                                                             (4.3)

,                                                                                                             (4.4)

где k=25,4 для алюминиевого провода [2, c.53];

П₁(П₂) – сечение отвода обмотки НН (3.8) и ВН (3.22) в мм.

Основные потери в обмотках НН [2, c.53, 4.5] и ВН [2, c.53, 4.6] соответственно:

;                                                                                                             (4.5)

,                                                                                                             (4.6)

где k=12,75 для алюминиевого провода [2, c.53].

Масса металла обмотки ВН [2, c.53, 4.7] с учетом витков верхних ступеней регулирования,

                    (4.7)

Полная масса металла обмоток трансформатора [2, c.53, 4.8],

.                  (4.8)

Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно [2, c.53, 4.9]:

;                                                                                                             (4.9)

.                                                                                                           (4.10)

Здесь b_ПР=b’ – размер провода в осевом направлении обмотки НН и ВН, мм; т=n_кат1(n_кат2) – число проводников в осевом направлении обмотки; l₁(l₂) – высота обмотки, м; k_P=0,93÷0,98 – коэффициент приведения поля рассеяния [2, c.54].

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН [2, c.54, 4.11]:

;                                                                                                           (4.11)

.                                                                                                           (4.12)

где k=0,037 – коэффициент для проводов прямоугольного сечения из алюминия [2, c.54];

n=w_кат1(w_осн) – число проводников в радиальном направлении обмотки;

а_ПР=a’ – размер провода в радиальном направлении обмотки НН и ВН, мм.

Общая длина отводов, для соединения обмоток в:

«треугольник» [2, c.55, 4.14]               ;                      (4.13)

«звезду» [2, c.55, 4.13]                     .        (4.14)

Масса металла отводов обмотки НН или ВН [2, c.55, 4.15]:

;                                                                                                           (4.15)

.                                                                                                           (4.16)

где П_ОТВ=П₁(П₂) – сечение отвода обмотки НН или ВН в мм по (3.9) и (3.24);

g=2700 – плотность материала обмоток в кг/м³ для алюминия