Силовой трансформатор. Основные параметры и технические требования силовых трехфазных трансформаторов

Значения номинальных напряжений соответствуют шкале напряжений, содержащейся в ГОСТ 721 - 77 .

Обмотки ВН имеют следующие значения номинальных линейных напряжений: 6000 , 10000 , 20000 , 35000 В.

Обмотки НН имеют значения линейных напряжений, равные 230 , 400 , 690,3150,6300, 10500В.

Объем задания по расчету силового трансформатора

Для расчета силового двухобмоточного трансформатора должны быть заданы следующие его основные параметры:

S - полная номинальная мощность трансформатора, кВА

U_ВН и U_НН - номинальные линейные напряжения обмоток высшего (ВН) и низшего напряжений (НН), В; число ступеней и пределы регулирования напряжений;

m - число фаз ;

f - частота , Гц;

схема и группа соединения обмоток;

способ охлаждения трансформатора;

режим нагрузки - длительная или кратковременная (для силовых трансформаторов обычно задается длительная нагрузка);

характер установки - внутренняя или наружная, т.е. внутри помещения или под открытым небом.

Проектируемому трансформатору должны быть заданы также определенные эксплуатационные параметры (характеристики):

U_к - напряжение коротоого замыкания, %;

i₀ - ток холостого хода, % ;

Р_к - потери короткого замыкания, Вт;

Р_х - потери холостого хода, Вт.

Схема расчета трансформатора

1 .Определение основных электрических величин.

2.Расчет основных размеров трансформатора.

3.Расчет обмоток НН и ВН.

4.Расчет характеристик трансформатора.

5. Тепловой расчет трансформатора.

1. Определение основных электрических величин

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин - мощности на одну фазу и стержень, номинальных токов на стороне ВН и НН, фазных токов и напряжений.

Мощность одной фазы трансформатора и одного стержня, кВА

,                                                         (1)

где S - мощность трехфазного трансформатора кВА;

m - число фаз.

 кВА.

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, НН трехфазного трансформатора, А, определяется:

;                              , где U - номинальное линейное напряжение обмотки, В.

А;          А.

Для трехфазного трансформатора фазный ток обмотки одного стержня определяется: при соединении обмоток в звезду или зигзаг

I_Ф = I_НОМ, при соединении обмоток в треугольник

.

Фазные напряжения трехфазного трансформатора находятся:

При соединении в звезду и ли зигзаг

, при соединении в треугольник

.

Откуда получаем

А;               I_{Ф НН} = I_{НОМ НН} = 2,64 А.

кВ;                   кВ.

Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземленными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательньге напряжения, при которых проверяется электрическая прочность изоляции трансформатора. Эти испытательные напряжения определяются по ГОСТ 1516.1 - 76 для каждой обмотки трансформатора по ее классу напряжения.

2. Расчет основных размеров трансформатора

Основными размерами, определяющими так называемую «модель» трансформатора являются:

Д₀ - диаметр стержня (т.е. окружности, описанной около сечения стержня);

Н₀ - высота оомоток;

Д₁₂ - средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками.

Два основных размера относящихся к обмоткам Д₁₂ и H₀, согласно [I], связаны следующим выражением:

Значение b может варьироваться в широких пределах и практически изменяется в масляных и сухих трансформаторах существующих серий в пределах от 0,8 до 3,6. При этом меньшим значениям b соответствуют трансформаторы, относительно узкие и высокие, большим - широкие и низкие. Различным значениям b соответствуют и разные соотношения между массами активных материалов - стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям b соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением b масса стали увеличивается, масса металла обмоток уменьшается. Кроме того, изменение Р сказывается также и на технических параметрах трансформатора: потерях и токе холостого хода, механической прочности, нагревостойкости, габаритных размерах.

Выбираем из табл.1 [4] b = 1,8 (вид охлаждения – масляное, металл обмотки – медь.)

Диаметр стержня определяется по формуле:

.

Величины, входящие в формулу можно подразделить на две категории:

1) величины, заданные при расчете, - мощность обмоток на одном стержне трансформатора S' (кВА) определяется, частота сети f (Гц), u_p - реактивная составляющая (%), находится по выражению

где u_k - напряжение КЗ, дается в задании;

u_a - активная составляющая напряжения КЗ , %

%

где Р_кз - дано в задании, в ваттах, а S - в киловольт - амперах.

%

2) величины, выбираемые при расчете b (табл.1),максимальная индукция в стержне В_c в теслах, берется из табл.2 , коэффициент заполнения сталью k_c, равный отношению активного сечения стержня к площади круга, берется равным 0,9 [2], a_p и k_p.

a_p - ширина приведенного канала рассеяния трансформатора

Размер a₁₂ (см. рис. 1 [4]) - расстояние между обмотками ВН и НН, определяется как изоляционный промежуток по испытательному напряжению обмотки ВН (табл.3 [4]).

k_kp - коэффициент канала рассеяния, определяется из табл.4.; коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю(коэффициент Роговского) берется равным 0.95 .

Примем максимальная индукция в стержне B_c= 1,65 Тс , по табл. 2 [4], для марки стали - Э405;

Коэффициент заполнения сталью k_c = 0,9.

Определяем ширину приведенного канала рассеяния трансфарматора из табл. 3 [1], выбираем изоляционные расстояния для обмоток ВН и НН, мощность трансформатора - 400 кВА, испытательное напряжение - 85 кВ:

мм - растояние от ярма до ВН, НН;

 мм - растояние между ВН и НН;

 мм - растояние между ВН и ВН ;

 мм - растояние от  стержня до НН.

из табл. 4 [4], определяем коэффициент канала рассеяния

.

Подставляем   в выражение для a_p :

см.

.

Полученный по формуле (8) [4] размер диаметра округляют до ближайшего