Пириев Г.С.
РАСЧЕТ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ *
Аннотация:
в электрических системах используются понижающие и повышающие трансформаторы. Трансформаторы – основа сетей. Статья посвящена проведения расчета при проектировании силовых транс¬форматоров в эксплуатации. Ведение этих расчетах очень важно при проектировании транс¬фор¬маторов
Ключевые слова:
трансформатор, энергетическая система, сердечник, устойчивость к короткому замыканию, обмотки
DOI 10.24412/2712-8849-2023-966-328-334
УДК 621.317
Пириев Г.С.
лаборант
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
(г. Баку, Республика Азербайджан)
РАСЧЕТ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ
ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Аннотация: в электрических системах используются понижающие и повышающие трансформаторы. Трансформаторы – основа сетей. Статья посвящена проведения расчета при проектировании силовых трансформаторов в эксплуатации. Ведение этих расчетах очень важно при проектировании трансформаторов.
Ключевые слова: трансформатор, энергетическая система, сердечник, устойчивость к короткому замыканию, обмотки.
Расчет трансформатора начинается с его сердечника. Но сначала используется коэффициент, называемый вольт/виток. Это соотношение представляет собой отношение напряжения к обмоткам цепи. Этот коэффициент определяется по следующей формуле.
(1)
где S — мощность, B — магнитная индукция. к-фактор является переменным. Этот коэффициент представляет собой коэффициент, полученный из отношения сердцевины к обмотке. Она изменяется в зависимости от значение на электротехническую сталь и медь.
Площадь поперечного сечения сердечника находится по приведенной ниже формуле.
(2)
Используя коэффициент Aс , мы можем найти диаметр сердцевины.
(3)
Найдя диаметр сердечника, определяем количество и размер пакетов сердечника. Коэффициентом, определяющим размеры сердечника, является маг-
нитная индукция. С увеличением магнитной индукции B размер сердечника уменьшается. Уменьшение размеров сердцевины приводит к увеличению температуры нагрева. Причиной этого нагрева являются потери Фуко, возникающие при прохождении тока через сердечник. При повышении температуры в активной зоне возникающие в ней потери называются потерями холостого хода. Потери холостого хода находятся из выражения (4).
(4)
где — потери на гистерезис, а — потери Фуко. Потери холостого хода равны сумме потерь гистерезиса и Фуко. Отсюда:
(5)
Здесь S — площадь параболической фигуры, образующейся при подаче напряжения на сердечник и после его снятия. Другими словами:
(6)
С помощью этих формул мы можем определить потери на гистерезис.
Следующая формула используется для определения потерь Фуко.
(7)
где Rc – сопротивление изоляции сердечника.
При расчете сердечника мы должны учитывать рабочую температуру сердечник. Если в расчете температура сердечника большая, то для понижения температуры в сердечника необходимо ставить «каналы охлаждения (cooling duct)», т.е. воздушные зазоры. Эти почти всегда ставятся в трансформаторах мощностью выше 10 МВА. Если есть воздушный зазор, его помещают в самый большой пакет, то есть в средний пакет. Если один воздушный зазор меньше, то используются два, четыре и более. При размещении этих зазоров в сердечнике они должны быть симметричны на обеих половинах, чтобы сердечник охлаждалась равномерно.
Иногда в расчете по сердечнику требуется рассчитать сопротивление стержней сердечник. В этом случае используется следующая формула.
где L – сопротивление расчетного стержня, А – площадь сердечника. В реальном трансформаторе µ предполагается равным бесконечности. Для нахождения индуктивности в стержне воспользуемся следующей формулой.
(9)
где N – количество обмоток.
Когда сердечник собран, его пакеты требуется уплотнить. Для этого используются специальные повязки. Эти повязки устойчивы к большой силе и теплу. Если в сердечнике между листами есть зазоры, то происходит нагрев и увеличиваются потери. Использование этих бандажей очень важно и обязательно в больших силовых трансформаторах. После этого определяем тип обмоток трансформатора, тип провода. Предположим, что трансформатор имеет обмоток низкого напряжения, обмоток среднего напряжения и обмоток обмоток высокого напряжения. При этом в цепи высокого напряжения имеется преобразователь регулирования под нагрузкой, т.е. имеется дополнительная цепь регулирования. Определяем типы обмоток по мощности и напряжению. После определения обмоток необходимо определить высоту и ширину каждого обмотке [1]. При расчете высоты обмотке необходимо учитывать процесс прижима, который будет к ней применен в дальнейшем (рисунок 1).
Рис. 1. Пресс, используемый для опрессовки обмоток трансформатора.
После того как известны высота и ширина обмоток трансформатора, необходимо определить изоляционные расстояния между обмотками и между обмоткой и сердечником, а также между обмотками и баком. Эти расстояния определяются не номинальным напряжением трансформатора, а импульсным напряжением. Для этого используется следующая формула.
(10)
Эта формула используется для определения расстояния между двумя катушками. Расстояние между сердечником и катушкой:
(11)
Определив расстояния изоляции по этим формулам, определив ширину и высоту окна сердечника, мы полностью определяем активную часть. Причиной установки изоляционных расстояний является предотвращение возникновения коротких замыканий. В больших силовых трансформаторах между обмотками иногда помещают пластины, чтобы предотвратить возникновение коротких замыканий между обмотками [2]. При размещении этих пластин между дорожками качения необходимо учитывать напряжение пробоя масла. В это время необходимо найти коэффициент, учитывающий степень проникновения нефти.
Коэффициент Eа находится следующим образом.
(12)
Сопротивление короткого замыкания (Uк %) трансформатора можно определить по высоте и диаметру обмоток. Сопротивление короткого замыкания зависит от высоты обмоток трансформатора и расстояния между ними. Но что такое сопротивление короткому замыканию? Сопротивление короткого замыкания – величина, характеризующая допуск трансформатора. Так, если сопротивление короткого замыкания велико, обмотки трансформатора не будут разрушаться и люфтить при коротком замыкании или при подаче импульсного напряжения. Одним словом, обмотка крепкий. Если сопротивление короткого замыкания маленькое и обмотки собраны неправильно, они могут разомкнуться и сломаться при коротком замыкании. Недостатком большого сопротивления корот-
кого замыкания является то, что его потери велики [3-4].
Сопротивление короткого замыкания определяется по следующей формуле.
(13)
Определить сопротивление между витками можно по формуле (13). Здесь Ur — очень маленькая величина. Иногда в небольших мощных трансформаторах этот коэффициент практически не учитывается. Uх определяется по следующей формуле.
(14)
;
Как видно из формулы, сопротивление короткого замыкания зависит от сечения провода, толщины витка, его высоты, расстояния между витками и т. д.
При расчете цепей необходимо учитывать устойчивость к короткому замыканию, а также температуру. Коэффициент, характеризующий нагрев в обмотках, равен Дж (А/мм2). Если J велико, температура обмоток также увеличивается, и причина этого в том, что Pk увеличивается с увеличением J. Поэтому во время расчете достаточно довести J максимум до 4 [5].
При составлении расчетов о обмотке используются два типа обмотке. Слойный или спиральный тип, дисковый тип. Выбор этого типа обмотки зависит главным образом от тока и напряжения. При проектировании обмоток трансформатора важно учитывать некоторые ограничения и соблюдать правила [6].
Завершив выбор проводов, необходимо определиться с высотой и шириной витков. После определения изоляционного расстояния между обмотками определяем расстояния обмоток от нижних и верхних стержней сердечника. Таким образом мы определяем ширину и длину окна сердечника. После их определения мы можем выполнить тепловой расчет трансформатора.
Заключение:
В статье произведен расчет обмоток, сердечников и стержней трансформаторов. После этих отчетов выбираются проволоки, затем определяется высота и ширина петель. Определяем изоляционное расстояние между обмотками, расстояния обмоток от нижнего и верхнего стержней сердечника, таким образом находим ширину и длину окна сердечника.
CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №9 (66) том 4
Ссылка для цитирования:
Пириев Г.С. РАСЧЕТ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ // Вестник науки №9 (66) том 4. С. 328 - 334. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/10075 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+