Файл: Григорьев, В. Ф. Расчет трехфазного силового трансформатора учеб метод пособие по курсовому проектированию по курсу Электрические машины.doc

а₁₂ не рекомендуется.

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ В ОБМОТКАХ
Механические силы возникают в результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем рассеяния, создают механические напряжения в обмотках и частично передаются на элементы конструкции трансформатора.

При нормальной работе трансформатора эти силы не велики, однако в режиме короткого замыкания, которое сопровождается увеличением токов в обмотках в десятки раз по сравнению с номинальными токами, эти силы возрастают в сотни раз и способны привести к разрушению обмотки, к деформации или разрыву витков или к разрушению опорных конструкций.

Силы, действующие на обмотки трансформатора (рис. 18) можно разделить на радиальные и осевые. Радиальные силы F_р возникают в результате взаимодействия различных обмоток. Эти силы внешнюю обмотку растягивают, а внутреннюю – сжимают. Осевые силы F_ос возникают в результате взаимодействия элементов одной обмотки и сжимают обмотку в одном направлении. Как видно из рис. 18, осевые силы зависят от взаимного расположения обмоток. Осевые силы оказывают давление на межкатушечную, межвитковую и опорную изоляцию обмотки, для которой должна быть обеспечена прочность на сжатие. Прочность металла проводов при сжатии в этом случае считается достаточной.


Рис. 18. Действие осевых и радиальных сил на обмотки

двухобмоточного трансформатора:

а – при одинаковой высоте обмоток; б – при укороченной наружной обмотке; в – радиальных сил на катушки обмоток
Радиальные силы, как уже отмечалось, оказывают различное воздействие на наружную и внутреннюю обмотки трансформатора. Они наиболее опасны для проводов внутренней обмотки, испытывающих сжатие и изгибающихся под действием радиальных сил в пролетах между рейками, на которых намотана обмотка.

Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает в себя:

а) определение наибольшего установившегося и наибольшего ударного тока;

---

б) определение механических сил взаимодействия между обмотками и их частями;

в) определение механических напряжений в изоляционных опорных и междукатушечных конструкциях и в проводах обмоток;

г) определение температуры обмоток при КЗ.
1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания для трансформаторов мощностью менее 1 МВ·А определяется по приближенной формуле, А,

,

где I_ф – номинальный фазный ток соответствующей обмотки.
2. Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания, А,

,
где k_m – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания

.
3. Радиальная сила, действующая на обмотки НН и ВН, Н,

,

где w – полное число витков соответствующей обмотки (для обмотки ВН на средней ступени);

i_кm – мгновенное максимальное значение тока этой обмотки;

 – отношение средней длины витка обеих обмоток к их высоте, уточненное при расчете ;

рассчитанный выше коэффициент Роговского.

4. Напряжение сжатия от радиальной силы во внутренней обмотке НН, МПа,

,
где число витков обмотки НН;

площадь поперечного сечения одного витка обмотки НН, мм².

Для обеспечения стойкости обмотки не должна быть в медных обмотках более 30, а в алюминиевых более 15 МПа.

5. Осевая сила, Н,

.
Осевая сила является суммой элементарных осевых сил, приложенных к отдельным проводникам обмотки и направленных вниз в верхней половине и вверх в нижней половине каждой из обмоток (рис. 19). Максимального значения

---

достигает на середине высоты обмотки.

6. Осевая сила, Н,

,
где –коэффициент, зависящий от схемы регулирования напряжения (рис. 19);

l_x – расстояние, между крайними витками с током при работе трансформатора на низшей ступени обмотки ВН (рис. 19), см;

l'' – средняя приведенная длина индукционной линии поперечного рассеяния.

Величина l'' определяется по формуле
,

где ширина бака; диаметр стержня, (см).
.
7. Максимальное значение сжимающей силы в обмотке F_сж и силы, действующей на ярмо F_я следует найти для соответствующей схемы регулирования напряжения, используя рис. 19. Основные данные для опреде-ления F_сж на рис. 19 приведены в предположении, что > . Если окажется, что < , то распределение сил в обмотках может измениться и будет таким, как это показано в правой части рис. 19.

Рис. 19. Распределение сжимающих осевых сил для различных

случаев взаимного расположения обмоток
По силе, действующей на ярмо, в случае необходимости может быть проверена механическая прочность опорных конструкций обмотки – прессующих балок ярма, деревянных опорных брусков и т.д. По максимально сжимающей силе проверяется прочность междукатушечной (междувитковой) изоляции. Если F_я окажется больше F_сж, то проверку междукатушечной (междувитковой) изоляции на сжатие приводят по

---

F_я.
8. Осевые сжимающие силы воспринимаются обычно между-катушечными прокладками и опорными прокладками из электро-изоляционного картона. Опорные поверхности, воспринимающие осевые силы, ограничены на рис. 20 штриховыми линиями.


Рис. 20. Опорные поверхности обмоток, имеющих

радиальные масляные каналы
Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

10 ^{- 2} ,

где n_п – число прокладок по окружности обмотки (минимальное число прокладок - восемь);

радиальный размер обмотки, см;

b_П – ширина прокладки (4  6 см).

Напряжение должно удовлетворять неравенству:

а) 18  20 МПа, для трансформаторов мощностью до 6300 кВА;

б) 35  40 МПа, для трансформаторов больших мощностей.

Величины F_cж1 для обмотки НН и F_cж2 для обмотки ВН определяются по рис. 20. Если F_я> F_сж, то в формулу следует подставлять силу, действующую на ярмо (F_я).
9. Конечная температура обмотки , С, через время t_к, с, после возникновения короткого замыкания:

для медных обмоток

,
для алюминиевых обмоток

,

где t_к – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, принимаемая при коротком замыкании на сторонах с номинальным напряжением 35 кВ и ниже 4 с;

---

плотность тока при номинальной нагрузке, А/мм²;

начальная температура обмотки, обычно принимаемая за 90С.

Предельно допустимая температура обмоток при КЗ, установленная ГОСТ 11677-85, составляет для меди 250С, для алюминия - 200С.

10. Время, в течение которого медная обмотка достигает температуры 250С,

.

Время достижения температуры 200С для алюминиевых обмоток

.

---