CC BY
61
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО _ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА_
Том 162 " 1967
К ВОПРОСУ ПЯИМЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ОБМОТОК В МАСЛЯНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ*)
В. А. ЗОРИН
{Представлена научном семинаром кафедр электрических станций и электрических
сетей и систем)
Таблица 1
Потребность электротехнической промышленности в цветных метал лах, постоянно возрастающая из-за высоких тем'пов электрификации, может быть в значительной степени покрыта за счет широкого использования в электромашиностроении алюминия для изготовления обмоток. В производстве силовых трансформаторов I, II и III габаритов, где занято до 70% всей используемой в грансформаторостроении меди, вопрос внедрения алюминиевых проводов имеет особую важность.
В данной статье приводятся некоторые результаты технико-экономических исследований трансформаторов общего назначения I и II габаритов с алюминиевыми обм'отками. При расчетах первичное напряжение (ВН) принималось равным 10 кв, вторичное — 0,4 /св., напряжение
короткого замыкания согласно ГОСТ 401—41—5,5%, для маг-нитопровода принята сталь ЭЗЗО с толщиной листа 0,35 мм по ГОСТ 802—58. Конструкция обмотки — двухслойная цилиндрическая, обмотки ВН — многослойная цилиндрическая и^ круглого провода.
В различных литератур-. ных источниках приведены данные сравнения важнейших характеристик «медных» и «алюминиевых» трансформаторов и обосновывается технико-экономическая целесообразность выполнения обмоток из алюминиевого провода.
В табл. 1 даны результаты сравнения рациональной серии «алюминиевых» и «медных» трансформаторов I, II и III габаритов, разработанной в Московском энергетическом институте [1] и распределительных трансформаторов, рассчитанных по предлагаемому нами в [2] методу.
*) Работа проводится под руководством доктора технических наук профессора И. Д. Кутявина.
Отношение характеристик алюминиевых и медных трансформаторов По методу [1] По методу [2]
0,9^-0,95 0,95-5-1,0
^са/^см 1,4-ь1,5 1,1^1,3
МОа!МОм 1,0-1,05 1,05-5-1,1
^а/^м 1,15-5-1,3 1,05-5-1,15
QMSIQMU 0,63-^0,65 0,51-^0,6
Аа/Дм 0,55^0,6 0,55
0,6н-0,7 0,7ч-0,8
Рса/^см . 1,04-5-1,1
Рма/^мм 1, 1ч-0,95
2/»./ 1РЫ ÄI 1,08-5-1,0
vaivM 1,8-5-2,0
Расхождение в результатах обусловливается разницей в подходах к решению задачи нахождения оптимального варианта трансформатора.
При расчетах по [1] потери короткого замыкания и холостого хода, а следовательно, и их отношение и сумма для «алюминиевого» варианта принимались еще до расчета равными соответствующим характеристикам «медного» трансформатора той же мощности, которые выбирались на уровне 65—70% от потерь по ГОСТ 401-41. В [2] нами в качестве основополагающего был принят принцип, приведенный в [3], согласно которому «алюминиевому» трансформатору не должны навязываться ни характеристики, ни модели «медного» варианта ввиду различия в физических свойствах обмоточного материала. Поэтому ни потерями в стали, ни потерями в меди, ни их отношением до расчета мы не задавались, а находили их так же, как и геометрические размеры из условия получения минимальных суммарных расчетных затрат с учетом расчетного срока окупаемости, используя методику, предложенную П. Г. Гру-дииским. , 41
С учетом вышесказанного плотность теплового потока на поверхности обмоток „алюминиевых" трансформаторов по [1] получается ниже таковой для медных конструкций на 30—40%. С целью определения оптимальных с точки зрения расчетных затрат величин а% и о2*> нами проведены расчеты на быстродействующей ЭЦВМ (СО АН СССР). На рисунке даны зависимости минимальных затрат (Зтт) ОТ Х,(Х2 = /72/сп2о,) ДЛЯ „медного" трансформатора мощностью 100 ква. Кривые Зтт(^) И Зтт(М ДЛЯ „Ме-дных" и „алюминиевых^ вариантов других мощностей подобны приведенным. Характер кривых позволяет сделать вывод о наличии для каждого трансформатора критического сочетания и Х2, при котором расчетные затраты на производство и эксплуата ци ю трансформатора получаются минимальными. Следовательно, если принять средние величины коэффициентов кп\ равными 0,83, а кп2 — 0,75 при р 1—3 и р2— 4 [4}, то можно определить соответствующие критические сочетания ох и а2 (табл. 2).
Чтобы получить равные для «медных» и «алюминиевых трансформаторов размеры в плане и максимально унифицировать их производство на одном и том же заводе и, таким образом, избежать значительных затрат при переходе от «медных» к «алюминиевым'» обмоткам, отношение высот обмоток — должно быть 1,9-з-2 [5]. В настоящее время
т
*) Условные обозначения даны в конце статьи.
Рис. 1.
Таблица 2
Материал обмоток
хМедь
Алюминий
Мощность, ква , вт\см-
1Кр
а2кр»
100 250 630 0,210 0,240 0,310 0,084 0,096 0,124 0,240 0,270 0,350 0,080 0,093 0,117
100 250 630 0,150 0,183 0,240 0,060 0,072 0,096 0,180 0,210 0,280 0,С60 0,070 0,093
такая унификация едва ли целесообразна, так как при этом неизбежно возрастут расчетные затраты, главным образом за счет потерь (табл. 3), т. е. такой вариант не будет оптимальным. Единственно правильным в этом смысле, на наш взгляд, является вывод П. М. Тихомирова [1] о том, что разработка «алюминиевых» трансформаторов должка производиться независимо от «медных», с целью полного перехода для рассматриваемых трансформаторов ка алюминиевый обмоточный провод. Технико-экономический расчет [2] дает для оптимальных вариантов ОТНО-
^а | л '
шение — всего до 1,4.
Т а бл и ц а 3
Мощность, ква Рс ---, вт 1 ква Л, --, вт 1 ква , вт 1 ква
Изготавливаемые трансформаторы тем 100 180 320 560 5,80 5,55 5,00 3,60 20,70 17,80 15,20 9,00 26,50 33,36 20,20 12,60
ТСМА 100 250 560 5,80 5,00 4,40 20,70 17,80 12,80 26,50 22,80 17,20
Трансформаторы, рассчитанные по методу [2] медь 100 250 630 3,27 2,44 1,98 18,77 .13,70 10,12 22.04 16,14 12,10
алюминий 100 250 630 3,37 2,55 2,20 19,42 14,75 10,35 22,79 17,30 12,55
100 7,30 24,00 31,30
ГОСТ 401 — ■41 240 6,77 21,25 . 28,02
560 4,46 16,80 21,26
Увеличение минимальных расчетных затрат для «алюминиевых» вариантов по сравнению с «медными», если принять для м'еди р=2,7 [4]
и к т =0,55, а для алюминия р —3,8 и /ст = 0,6 составляет не более 6—7%.
Выводы
1. Несмотря на некоторое увеличение размеров в плане «алюминиевые» и «медные» трансформаторы, рассчитанные по методу [2], имеют меньшее отношение высот сердечника, по сравнению'с соответствующими вариантами, рассчитанными по другим м'етодам, что позволяет ожидать снижения веса масла и общего веса трансформатора.
2. Суммарные потери, определяемые по методу [2] для «алюминиевых» вариантов, незначительно превышают суммарные потери «медных» трансформаторов, рассчитанных по этому же методу, однако, не больше потерь, найденных по методу [1], но значительно меньше, чем потери изготавливаемых трансформаторов.
Уровень потерь составляет 0,58^-0,7 от потерь по ГОСТ 401—41.
Условные обозначения
й — диаметр стержня, сж,
/гс—высота стержня сердечника = /г + 2/и, см, к — высота обмотки, см,
1п — изоляционное расстояние от обмотки до ярма, см Й — высота сердечника й, см,
Ом — вес металла обмоток, кг3 ДI — плотность тока, а/см2,
с —• плотность теплового потока на поверхности обмотки, вт/см2» р — число поверхностей охлаждения обмотки,
кп — коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности охлаждения обмотки изоляционными деталями, Рс — потери в стали обмоток, /сет, Рм — потери в меди обмоток, кет, 1Р — суммарные потери = Рс + Ал» кет,
. ^м Омм Та
V — объем металла обмоток — = • — — I *>а Ома Тм
7— удельный вес металла обмоток, кг/см!2,
р — отношение удельной расчетной стоимости меди к стоимости стали в изделии. ¿т— удельная расчетная цена трансформатора, руб. кг.
ЛИТЕРАТУРА
1. П. М. Тихомиров. Применение алюминиевых обмоток в новых сериях распределительных трансформаторов, «Вестник электропромышленности», 1959, № 8.
2. И. Д. К у т я в и н, В. А. Зорин. Технико-экономическое обоснование выбора оптимальных размеров силовых трансформаторов малой мощности, «Вопросы надежности и экономичности электрооборудования нефтехимических заводов». Омск, 1967.
3. М. А. Б а с с. Применение алюминия в трансформаторостроении и перспективы его использования для обмоток силовых трансформаторов, М., 1965.
4. П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов, Госэнергоиздат, 1962.
5. Г. С. А к о п я н, 3. X. П о г о с я н, Т. Л. Г а н ц е в а. Трансформаторы с алюминиевыми обмотками на 6 и 10 кв, «Вестник электропромышленности», 1959, № 8.
