ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСЧЕТА СУХИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

В последние годы все больше возрастает выпуск сухих трансформа­торов с естественным охлаждением, которые находят широкое приме­нение в установках внутри производственных помещении, жилых и служебных здания, т.е. там, где установка масляных трансформато­ров недопустима по условиям взрыво- и пожароопасности. Мощность их достигает 2500 кВ·А при напряжении до 20 кВ.

В этих трансформаторах применяют медные или алюминиевые провода с изо­ляцией повышенного класса нагревостойкости:

а) класс нагревостойкости В - про­вод марок ПСД.ПДА и изоляционные мате­риалы: асбест, стек­ло волокно, стеклолакоткань, стеклотекстолит марки СТ с органическими связующими;

б) класс нагревостоякоста F - провод парки ПСД, ПСЧ и изо­ляционные материалы: стекловолокно, асбест, стеклотекстолит марки СТЭФ с синтетическими связующими;

в) класс нагревостоякоети Н - провод марок ПСДК, ПСЧК и изо­ляционные материалы: слюда, стекловолокно, стеклотекстолит марки CTE-4I с кремнийорганическими связующими и пропиточным лаком К-47.

Методика и последовательность расчета сухих и масляных трансфор­маторов принципиально одинаковы. Некоторые особенности электромаг­нитного расчета замечается в выборе допустимых нагрузок активных материалов и допустимых изоляционных промежутков.

 

 

7.1. Определение главных геометрических размеров

 

Определение диаметра стержня производится по выражению (2.2) с учетом нижеизложенных примечаний. Коэффициент β принимают по табл. 2.11. Число ступеней, коэффициент - из табл. 2.3, а значение индукции - из табл. 2.5

Ширина приведенного канала рассеяния определяется следующим образом. При нахождении выражения принимают: k = 0.00142...0.00132 для трансформаторов мощностью 10...160 кВ·А; k = 0.00103...0.00085 для трансформа­торов мощности от 160 до 1600 кВ·А при напряжении до 10 кВ.

Значение канала , которое входит в главную изоляции, при­нимают из табл. 2.8. Главная изоляция в сухих трансформаторах осуществляется при помощи таких же деталей, как и в масляных транс­форматорах: изоляционные цилиндры, угловые шайбы, междуфазные пе­регородки и т.д. Минимальные значения воздушных промежутков для обмоток ВН и НН приводятся в табл. 2.8 и 2.9.

Высота обмотки определяется по выражению (2.6) после нахожде­ния нормализованного диаметра и уточнения (2.4). При опреде­лении среднего диаметра канала между обмотками

размер принимают из табл. 2.9, а величину канала - из табл. 2.8.

 

7.2. Выбор типа обмотки и ее расчет

 

В сухих трансформаторах применяются цилиндрические, винтовые в непрерывные обмотки (две последние наиболее предпочтительны, т.к. они имеют наиболее развитые поверхности охлаждения) из прямоуголь­ного алюминиевого провода в трансформаторах типа ТСЗ и ТСД и медного провода в трансформаторах типа ТСЗС к ТСДС.

Среднюю плотность тока, определенную по выражениям (3.4), следует умножить на коэффициент 0.93...0.97. Из-за различия усло­вия охлаждения для внутренних и наружных обмоток плотность тока во внутренней обмотке НН обычно снижают на 20...30% по сравнению с наружной обмоткой ВН, т.е. , а .

При определении типа обмотки можно воспользоваться табл. 3.4, снизив цифры таблицы для тока на 30...35 %, а линейное напряжение не должно быть более 20 кВ. Во избежание грубых ошибок расчетные значения и следует сверить с данными табл. 3.3.

При расчете ЭДС витка

значение индукции принимают из табл. 2.5. а площадь попе­речного сечения стержня в случае отсутствия каналов в магнитопроводе может быть получена по выражению (3.3) и данным табл. 3.1.

При наличии продольных каналов в магнитопроводе (см.табл.2.3) для нахождения площади сечения необходимо вычертить ступенчатую фигуру с каналами и из этого рисунка найти а затем

 

 

7.2.1. Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода

 

Расчет выполняется согласно п. 3.2.1. минимальные размеры вер­тикальных охлаждающих каналов принимают из табл. 3.6. После рас­чета обмотки необходимо определить плотность теплового потока из выражения (3.8) и сопоставить с допустимым значением из табл. 3.6 с учетом принятого класса нагревосторкости изоляции и ширины вертикального канала. Если расчетное значение , больше допустимого значения, необходимо или увеличить ширину канала, или перейти на изоляцию более высокого класса нагревостойкости. Оконча­тельные значения температур обмоток находятся после выполнения теп­лового расчета.

 

7.2.2. Винтовая и непрерывная обмотки

 

Расчет проводится соответственно п. 3.2.3 и 3.2.4. Высоту горизонтальных каналов принимают из табл. 3.6 с учетом принятого класса нагревостойкости изоляции. Расчет обмоток заканчивается определение, плотности тепловых потоков по выражениям (3.14), (3.20) или (3.21), которые сопоставляются с допустимыми значения­ми табл. 3.6. Если расчетное значение выше допустимого, то рекомен­дуется или увеличить высоту горизонтального канала, или изменить класс нагревостойкости изоляции. Далее следует произвести тепловой расчет обмоток.

 

7.3. Тепловой расчет сухих трансформаторов

 

Вначале определяют геометрические поверхности охлаждения обмо­ток, для чего в масштабе 1:1 или 1:2 вычерчивают 1/4 часть попе­речного сечения стержня, с обмотками, рейками и горизонтальными изоляционными прокладками (рис. 7.1).

 

Рис.7.1 Поперечное сечение стержня с обмотками НН и ВН

7.3.1. Тепловой расчет цилиндрической обмотка (обмотки НН), имеющей четыре охлаждающих поверхности

 

Эффективная поверхность охлаждения обмотки, м²,

 

,

 

где - число реек;

- ширина рейки;

- радиальный размер одного слоя обмотки;

- коэффициент эффективности отдачи тепла в вертикальные каналы у внутренней

поверхности,

,

 

- расстояние от цилиндра обмотки НН до внутреннего слоя, м;

- коэффициент эффективности отдачи тепла в вертикальные каналы между

слоями,

 

,

- ширина канала между слоями, м:

- коэффициент эффективности отдачи тепла в вертикальные каналы у наружной поверхности,

 

- ширина канала между наружным слоем и цилиндром обмотки ВН, м.

Удельный тепловой поток обмотки НН, Вт/

 

Здесь и , находятся по выражениям (4.1) и (4.3)...(4.6).

Среднее превышение температуры обмотки НН, представленной двух­слойной цилиндрической обмоткой с четырьмя поверхностями охлажде­ния, °С,

 

где см. табл. 3.6.

 

 

7.3.2. Тепловой расчет винтовой и непрерывной катушечной обмоток

 

Поверхность охлаждения обмотки по внутреннему диаметру, ,

,

где - внутренний диаметр обмотки;

- число реек и их ширина;

- высота катушки, равная осевому размеру провода '.

 

Поверхность охлаждения обмотки по ее наружному диаметру, м²,

для обмотки ВН = 0.

 

Поверхность охлаждения обмотки в горизонтальных каналах, м²,

где - радиальный размер катушки; = для обмотки

НН и для обмотки ВН;

- ширина прокладки (см.п.3.2.3 и рис. 3.3),

- число прокладок, равное числу реек.

Эффективная поверхность охлаждения обмоток, м²,

где

,

- ширина вертикального канала от цилиндра до внутренней по­верхности обмотки, равная толщине рейки;

- коэффициент эффективности отдачи текла в вертикальные кана­лы наружной поверхности: для обмотки НН

,

 

- расстояние от обмотки НН до цилиндра обмотки ВН, к, для обмотки ВН ;

- коэффициент эффективности отдачи тепла в горизонтальные каналы: для внутренних обмоток ; для наружных обмоток .

Значения и представлены на рис.7.2, где - высота горизонтального канала, a - радиальный раз­мер обмотки.

Удельный тепловой поток, Вт/

.

 

 

Среднее превышение температуры, ºС,

Если > , то необходимо увеличить поверхность охлажде­ния, увеличив, например, число катушек, т.е. уменьшив осевой размер провода. Можно также увеличить размеры каналов или перейти на изо­ляцию более высокого класса нагревостойкости. Электрические потери в трансформаторе уменьшить нельзя, т.к. они определяются техни­ческим заданием, но их можно перераспределить между обмотками, если температуры обмоток значительно различаются.

 

7.4. Параметры короткого замыкания и холостого хода

 

Расчет этих параметров выполняется точно так жe, как и для масляных трансформаторов (главы 4 и 5).

 

 

 

Рис. 7.2. Зависимости коэффициентов эффективности отдачи тепла в горизонтальные каналы от относительного значения высоты горизонтального канала

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Васютинский СБ., Красильников А.Д. Расчет и проектиро­вание трансформаторов (расчет обмоток). - Л.; Издательство ЛПИ, 1976.

2. Герасимова Л.С, Дейнега И.А. Технология и оборудование производства трансформаторов.- М.: Энергия, 1972.

3. Герасимова Л.С., Майорец А.И. Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов,- М,: Энергия, 1969.

4. Китаев В.Е. Трансформаторы, - М: Высшая школа, 1974.

5. Магнитопроводы силовых трансформаторов /А.И.Майорец, Г.И.Пшеничный, Я.З. Чечелюк и др. - М.: Энергия, 1973.

6. Методические указания я курсовому проектированию транс­форматоров /Составители: Н.Д. Монюшко, А.С.Важенин,- Челябинск: ЧПИ, 1976.

7. Методическое указание по конструированию и механическому расчету магнитовроводов трансформаторов новых серий /Состави­тель Н.Д. Монюшко.- Челябинск: ЧИН, 1972.

8. Мураховская М.А. Проектирование электрических машин: Трансформаторы. - Красноярск: КПИ, 1971.

9. Петров Г.Н. Электрические машины: 4.1. Трансформаторы. - М.: Энергия, 1974.

10. Савопожников А.В. Конструирование трансформаторов,- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.

11. Сборник программ и алгоритмов для расчета на ЦВМ силовых трансформаторов: Учебное пособие для студентов специальностей 030I, 0302, 0303, 0601 /Г.М.Дементьев, А.С.Варении, С.З. Зильберман, Н.Д. Монюшко; Под ред. Г.М.Дементьева.- Челябинск: ЧПИ, 1980.

12. Тарле Г.Е. Ремонт и модернизация охлаждения трансформа­торов,- М: Энергия, 1975.

13. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: 4-е изд,- М.: Энер­гия, 1976.

14. Фишер Я.Л., Урманов Р.Н. Преобразовательные трансформато­ры.- М.: Энергия, 1974.

 

конец