Силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с масляным охлаждением
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
отках и нагрева обмоток при коротком замыкании
Процесс короткого замыкания трансформатора, являющийся аварийным режимом, сопровождается многократным увеличением токов в обмотках по сравнению с номинальными токами, повышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки.
Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает:
- расчет максимального тока короткого замыкания 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 коротком замыкании.
Действующее значение установившегося короткого замыкания в обмотке НН и ВН, А,:
где IФН - номинальный фазный ток, А;
Uк - напряжение короткого замыкания, %.
В начальный момент времени ток короткого замыкания за счет апериодической составляющей может значительно превысить установившийся.
При этом максимальное мгновенное значение тока короткого замыкания:
где Км - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания
найдем его по формуле:
.
Радиальная сила действующая на обмотку ВН, Н,:
Радиальная сила, действующая на обмотку НН, будет равна силе FР(ВН), действующей на обмотку ВН, но с противоположного направления.
.
Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, вызывает механические силы F1ос, сжимающие обмотки, в осевом направлении, Н,:
,
где ар - ширина приведенного канала, см.
Равномерное распределение витков по высоте обеих обмоток встречается только при использовании на стороне ВН многослойных цилиндрических обмоток.
Во всех других случаях возможно взаимное расположение обмоток, при котором возникает второе поперечное поле, вызывающее дополнительную осевую силу, Н,:
,
где l11 - расстояние от сердечника магнитопровода до стенки бака трансформатора:
,
где , dH - внешний диаметр обмотки ВН и диаметр стержня, см;
S5 - расстояние от обмотки ВН до стенки бака, см, по таблице 4.2;
m = 1 - коэффициент при расположении обмотки на рис. 5.
Таблица 4.2
Расстояние от обмотки ВН до стенки бака, см Испытательное напряжение обмотки ВН, кВ До 25355585S52.53.35.09.0
Проделав последние вычисления, находим максимальное значение сжимающей силы Fсж в обмотке и силы Fя, действующей на ярмо (рис. 6).
Рис.6
Осевые сжимающие воспринимаются обычно межкатушечными и опорными прокладками из электроизоляционного картона. Ширина таких прокладок b = (40 - 60) мм , длину берут равной радиальному размеру обмотки.
Для оценки механической прочности обмотки вычисляют напряжение сжатия в прокладках межкатушечной (межвитковой) и опорной изоляции и напряжение на разрыв обмотки.
Напряжение сжатия на опорных поверхностях, мПа,:
где FСЖ - сжимающая сила, Н;
n - число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек;
а - радиальный размер обмотки, мм;
b - ширина опорной прокладки, b = (40 - 60)мм.
.
Сила, разрывающая обмотку, Н,:
,
где Fр - радиальная сила, Н.
.
Напряжение на разрыв в проводе обмотки, мПа,:
где W2H - число витков обмотки ВН;
П2 - сечение одного витка обмотки ВН, мм2.
.
В трансформаторах мощностью до 6300 кВ.А напряжение на разрыв для алюминиевых обмоток должно удовлетворять неравенству:
.
Температура обмотки через tсек после возникновения короткого замыкания, ?С,:
где ? - плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм2;
К = 5.5 - коэффициент для алюминиевых обмоток;
- начальная температура обмотки, = 90?С;
tк = 5 сек. - длительность короткого замыкания.
Так как вычисленное значение удовлетворяет условию ? 200?С,
для алюминиевых обмоток, следовательно обмотки выбраны верно.
5. Расчет магнитной системы трансформатора
При расчете магнитной системы определяют размеры пакетов и активные сечения стержня и ярма, высоту стержня, расстояние между осями стержней, ярм и всего магнитопровода.
По результатам расчета магнитной системы определяют потери в стали и ток холостого хода.
5.1 Определение размеров магнитной системы
Число ступеней в сечении стержня, толщину пакетов, ширину пластин (пакетов), высоту сегмента принимают по табл. 5.1, в зависимости от диаметра стержня dH. В таблицах указана толщина пакетов, мм, в одной половине стержня. Число и размеры пакетов приведены для двух вариантов вертикальной стяжки магнитопровода (остова): без прессующей пластины и с прессующей пластиной. Стяжку с прессующей пластиной производят стальными пластинами, соединяющими ярмовые балки и расположенными внутри обмотки НН. В этом варианте прессующую пластину размещают на место наиболее узкого пакета стержня, уменьшая число пакетов на единицу с каждой половины стержня. Стержни с диаметром большим 220 мм прессуют только бандажами из стеклоленты.
Форма поперечного сечения ярма в средней части повторяет сечение стержня. Крайние пакеты в целях ум