CC BY
10
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. С. М. КИРОВА
Том 295
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА МОЩНОСТЬЮ 100 МВА С РУЛОННОЙ ОБМОТКОЙ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
И. Д. КУТЯВИН, Г. А. СТАРОВОЙТОВА
(Представлена научным семинаром кафедры электрических станций)
В статье рассматриваются вопросы оптимизации размеров и параметров мощных печных трансформаторов с рулонной обмоткой низшего напряжения (НН) и многослойной обмоткой высшего напряжения (ВН). Мощность трансформатора 100 МВА, напряжения 115/0,75 кВу соединение обмоток регулирование напряжения обмотки НН пу-
тем изменения числа слоев обмотки в пределах 100—200%.
Обмотка НН располагается снаружи и выполняется из рулонной голой меди в виде спирали в два слоя (р\ = 2). Ширина ленты равна высоте обмотки /г. Межвитковая изоляция выполняется изоляционными рейками, создающими осевые охлаждающие каналы шириной 61 = 0,8 см. Число слоев этой обмотки т\ равно числу витков N1.
Обмотка ВН располагается внутри обмотки НН и выполняется многослойной, сложным проводом, состоящим из р2 параллельных элементарных прямоугольных проводников с эмалевой изоляцией толщиною на две стороны, равной ¿9=0,01. На пучок р2 проводов наложена дополнительная бумажная изоляция толщиною на две стороны, равной ¿2=0,2. Осевой размер меди элементарного проводника у2 и радиальный— г2. Регулирование вторичного напряжения производится изменением числа включенных слоев обмотки ВН со стороны канала рассеяния. В связи с этим ширина канала рассеяния изменяется, изменяется и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (н.к.з.) ир (табл.2).
Для численной оптимизации размеров и параметров рассматриваемого трансформатора использованы основные соотношения, полученные в [1, 2], а результаты оптимизации приведены в табл. 1.
Исходные данные (размеры в сантиметрах): ао2=5; а2г=5; аоя—8;
г1=0,01; ¿3=0,2; 81==0,8; 83=2,4; Кс=0,85; Кр=0,95; Кт=1,3; Км=0,9; Кп—0,8; Кда= 1,093; ■ Кя1 = 1,0833; р=2,14-Ю'Юм/см; 7-= 8,9-^;
еж
=7,65-^з; Ве=1,65Тл; <4=1,46; р„=0,125;
СМ
ра=0,06; Зук=212 руб/кВт; ЗуЭ=6,6 руб/кВтчас; 3\э=1 ,Ъруб\кВт-час-, цх=цг=Ъ$Вт\см\ а1=а2=22,4-104; Тт„=6000«ас; х=4600 час,
<=8760 час; р=3,5
Ч, 8 Заказ 12785
ИЗ'
Таблица 1
Г№ п. п. Число слоев обмотки НН 2 3 4 5 6
1 l/ 1.73 Xl° V CN1 CM 0,970 0,791 0,685 0,613 0,559
2 У N1 см 125 100 90 80 71
3 7 Qc д = Кс— см2 10450 6680 5410 4270 3370
4 454 AI см2 461 510 549 580 607
5 »-Л сл/ 100 110 118 125 130
cp1 = ti;,) = cp = /V1X10A1 А\см 895 1210 1505 1780 2040
7 см 0,247 0,216 0,195 0,182 0,171
8 l/2 V— 1 шт 4 4 4 3 3
9 X20~P2Z2 см 0,988 0,864 0,780 0,546 0,513
10 ъ-V ' Кд2*20 AjcM2 471 504 530 634 650
11 Ai2 i/2 A см 1,08 1Д5 1,22 1,45 1,50
12 /«2 =-- А шт 2 3 4 5 6
13 10-6.тс QMlrft т 2,77 3,45 4,38 5,15 5,90
14 т 2,05 2,60 3,17 3,00 3,37
15 Öm==GM1+2Gm2 т 6,87 8,64 10,72 11,06 12,70
16 Gc = Tc-10-eQc/c т 109 71 59 . 43 35
17 öcy=4>9Tc-10-6Qc£/ т 39,2 27,5 24:0 20,0 16,5
.18 öa=Gc+GM т 115,9 79,7 69,6 54,0 47,7
19 т 133,0 101,3 96,0 81,7 79,5
20 Pc-Kacac(Gc+0.93 Gcy) кВт 237 158 133 101 83
21 ^ы=-е-(Кд1А1ади1+Кд2А22С1|2) Тм WWPC+KmT^SX» кВт 267 396 562 748 920
22 * тыс. кВт.час 3090 3020 3490 3973 4525
Зта=Кт(/7н+ра)Сп тыс. руб. 32,0 24,4 23,0 19,7 19.1
24 3c = 3yKpH(Pc+KMPaSx2) тыс. руб. 12,6 13,6 16,9 20,5 24,1
25 тыс. 22,7 22,4 26,6 30,9 35,7
26 /яыс. руб. 67,3 60,4 66,5 71,1 78,9
При вычислении данных таблицы за независимую переменную принято число витков обмотки НН N1, равное числу слоев этой обмотки rhu которое варьировалось в пределах 2-^6. Радиальная толщина меди слоя дгю (оптимальная) определялась по выражению (21) [1] при yx = h и ¿1=0. По известному числу витков N\ и номинальному напряли
жению обмотки НН находится диаметр стержня й, который округляется до нормализованной величины. После этого вычисляется уточненная площадь сечения стали стержня <2СД . Плотность тока Д^ находилась из выражения (1—28) [2]. Затем вычислялась высота обмотки ку удельная намагничивающая сила ф1==ср2 (для равновысоких обмоток) и число витков обмотки ВН — М2.
Для определения размеров элементарных проводников обмотки ВН использована зависимость (26) [1]:
3/э(^2о+гэ)2=(^2+гэ)2(222—гэ), (I)
где х20— оптимальная радиальная толщина меди слоя обмотки ВН, состоящая из р2 элементарных проводников радиальной толщиной г2, так что
-*г2о-р2г2; Зр22=^=^; Кд2=-^-; /,=0; (2)
Iэ ^ %2 ^э
Для определения х20 можно использовать выражение (21) [1]
•20
, /~ 1,73(у2+/2) ' (3)
V ст2у2
I, Тепловой баланс слоя обмотки ВН высотою у2 на один погонный сан-
тиметр
2КпУ2Я2=рКА2 &22Х20У2. (4)
Плотность тока в обмотке ВН
а т Г а2 2Кп^2
V К-д2*20 Р
Удельная намагничивающая сила обмотки ВН с учетом (5)
т2х20у^2 т2у2 Г а^ У2+Ь + Ь V Кд2 * 1 )
Определим из (3) и (6) отношение
(7)
у 2+ Н СХ20 а2Х20 9 У Кд2С2ф2
Возведем в квадрат обе части равенства (7), учтем соотношения <2) и введем новую переменную У= . Тогда получим из (7)
сг9ф 2У 2/э
На рисунке построена зависимость £/(У), которую можно использовать для вычисления г2 р2. Для этого из правой части (8) находится I и по кривой рис. 1 определяется V, а затем можно вычислить значения р2, Яд2 и Д2. Выражения для у2 и т% приведены в таблице. Но т21—число слоев нерегулируемой части обмотки ВН. Если желательно, чтобы напряжение обмотки НН регулировалось в два раза (от
ли 8*
115
ин1 до 0,5 ииг) при номинальном токе, то число слоев обмотки ВН должно составлять При этом сечение провода регулировоч-
ных слоев может быть понижено с учетом протекающего по ним тока.
Определяются радиальные ширины сечений обмоток:
а2^=т2/х20+(т2г—1) В2; (9) средние диаметры обмоток
^1=^2+^2+2 а21+аг; (10) средний диаметр канала рассеяния
¿12 = ^ + 2^02+202+021; ( 1 1 ) ширина окна сердечника а=2 (ао2+а2+а21+ах + 0,5ап);
(12)
площади сечений обмоток <2«=*.оАлг1; (13)
Формулы для определения весов меди и стали, потерь в них и расчетных затрат приведены в табл. 1. Наиболее выгодным оказался вариант с трехвитковой рулонной обмоткой НН. Расчетные затраты для этого варианта составляют 60,4 тыс. руб.
Таблица 2
25 дО
Рис. 1. Расчетная зависимость и=}(и).
№ Число включенных слоев обмотки л с £ 7 8
п/п. ВН при регулировании 4 О О /
1 Ток в обмотке ВН....... 500 400 333 286 250
2 Число витков в обмотке ВН . . 354 442 530 620 708
3 Число рядов провода в регулиро-
вочных слоях ........ Р2 4 3 3 2 2
4 Радиальная толщина меди слоев 0,780 0,585 0,585 0,390 0,390
5 Средний диаметр обмотки ВН . Средний диаметр обмотки НН . ¿2 110,3 113,3 116,3 119,1 121,9
6 аг 158,9 158,9 158,9 158,9 158,9
7 Средний диаметр канала рассея-
ния ............. ¿21 137,2 140,2 143,2 146,0 148,8
8 Ширина приведенного канала 12,8
рассеяния .......... Яр 21,4 19,1 16,9 14,9
9 Напряжение к. з. щ 0,264 0,240 0,217 0,196 0,172
10 Ширина канала рассеяния . . . а21 16,6 13,6 10,6 7,8 5,0
Изменение тока, числа витков обмотки ВН и других величин при регулировании напряжения обмотки НН переключением числа слоев обмотки ВН для варианта с четырехвитковой рулонной обмоткой показано в табл. 2. При включении в цепь ВН первых четырех слоев напряжение к. з. составляет 26,4% и при включении всех слоев—17,2%.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. Д. Кутя вин. Проектирование обмоток трансформаторов с минимальными потерями в меди. «Электротехника», 1969, № 7.
2. И. Д. К у т я в и н и др. Некоторые вопросы оптимизации геометрии и параметров трансформаторов и автотрансформаторов. ТПИ, 1970.
