Расчет силового трансформатора (стр. 6 из 7)

Так как

меньше допуска, увеличим ширину канала рассеяния на 1 см, тогда:

Пересчитаем значение реактивной составляющей:

Абсолютная погрешность напряжения короткого замыкания не должна превышать заданного значения более чем на 5%.

4.3 Механические силы в обмотках

Процесс короткого замыкания является аварийным режимом работы трансформатора. Вследствие многократного увеличения токов в обмотках, по сравнению с номинальными токами, в обмотках возникают ударные механические нагрузки, действующие на обмотки и части трансформатора, сильный перегрев обмоток, вызванный выделением большого количества тепла в проводниковом материале обмоток. Проверка обмоток на механическую прочность при КЗ включает:

- определение максимального тока КЗ трансформатора;

- определение механических сил между обмотками и их частями;

- определение механических напряжений в изоляционных опорных и межкатушечных конструкциях и в проводах обмоток;

- определение температуры обмоток при КЗ.

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется по формуле:

(4.23)

где

- номинальный ток соответствующей обмотки, А;

- номинальная мощность трансформатора, МВ·А;

- мощность короткого замыкания, равная согласно [4]: = 500 МВ·А; = 2500 МВ·А; - напряжение короткого замыкания, %.

В начальный момент ток короткого замыкания вследствие наличия апериодической составляющей может значительно превысить установившейся ток и вызвать механические силы между обмотками, превышающие в несколько раз силы при установившемся токе короткого замыкания. Согласно общей теории трансформаторов это мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания определяется по формуле:

(4.24)

где

- коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания, определяемый по формуле:

(4.25)

Суммарная радиальная сила, действующая на наружную обмотку и стремящаяся растянуть ее, равна:

(4.26)

На обмотку также действует осевая сила

, которая алгебраически складывается из двух сил и . Если нет разрыва в обмотке, то = 0. Так как для рассчитываемого трансформатора регулировочные витки располагаются по высоте всего наружного слоя и соответственно разрыв в обмотке отсутствует, то = 0.

(4.27)

Тогда полная осевая сила будет равна:

Учитывая взаимное расположение обмоток, имеем:

- сжимающая сила обмотки:

= 0

- сила, действующая на ярмо:

= 0

Для оценки механической прочности обмотки определяют напряжение сжатия во внутренней обмотке НН, возникающее под воздействием радиальной силы

и напряжения сжатия в прокладках межвитковой и опорной изоляции обмоток.

При определении напряжения сжатия от радиальной силы находится сила, сжимающая внутреннюю обмотку, условно рассматриваемая как статическая:

(4.28)

Напряжение на сжатие в проводе обмоток:

(4.29)

или при допустимом

МПа допустимого.

Напряжение на разрыв в наружной обмотке АН имеет гарантированный запас и в трансформаторах мощностью до 6300 кВ·А может не рассчитываться.

Напряжение сжатия на опорных прокладках НН:

(4.30)

где

- число прокладок на окружности обмотки ( = 8);

- радиальный размер обмотки, м;

- ширина прокладки, м, принимается от 0,04 до 0,06 м [1].

или при допустимом

МПа допустимого.

При расчете температуры обмоток при КЗ полагают, что вследствие кратковременного процесса можно не учитывать теплоотдачу от обмотки к маслу и считать, что все тепло, выделяющееся в обмотке, накапливается, повышая ее температуру. Если при расчете температуры обмотки учесть увеличение удельного сопротивления провода с его нагревом, а также теплоемкость металла провода и его изоляции, то, полагая изменение температуры обмотки с изменением времени линейным, можно конечную температуру обмотки

,°С, через , с, после возникновения КЗ определить по формуле (для алюминиевых обмоток) [2]:

(4.31)

где

- начальная температура обмотки, принимаемая за 90°С;

- длительность КЗ, которая для трансформаторов с номинальным напряжением 35 кВ·А и ниже равна 4 с.

°С,

то ниже допустимой температуры для алюминиевых обмоток

= 200 °С.

Время достижения температуры 200 °С:

°С, (4.32)

5 РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Окончательно выбираем конструкцию магнитной системы – трехстержневая с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем. Прессовку стержней осуществляем деревянными планками и стержнями, ярм – прессующими шпильками, проходящими вне активной стали марки 3404 толщиной 0,3 мм.

5.1 Размеры пакетов и активных сечений стержня и ярма

Расстояние между осями соседних стержней плоских шихтованных магнитных систем равно сумме внешнего диаметра наружной обмотки и изоляционного расстояния

между наружными обмотками соседних стержней, т.е.

(5.1)

Принимаем

= 26 см.