CC BY
60Проводя данную исследовательскую работу, установка была подробно изучена. Для реализации цели была собрана модель прибора, выполнив необходимые расчеты, получили ток высокой частоты и потенциала. В ходе проведения исследований гипотеза о передаче энергии на расстояние была подтверждена опытным путём, поставленный опыты могут быть поставлены в учебных учреждения на темах Электромагнитные поля их взаимодействия , явления наблюдаемые при работе прибора вызывают явный интерес что могло бы привлечь молодежь к изучению физики.
Передача энергия при помощи данного прибора весьма затратна и не актуальна сегодня, при затрате огромных мощностей мы получает очень маленький КПД ,что было доказано в опыте, но с другой стороны он имеет научный интерес, например для изучения стримеров.
Список литературы
1. А. А. Пинский Физика 11
2. Ржонсницкий Б. Н. Выдающийся электротехник Никола Тесла (1856-1943) Вопросы естествознания и техники. Институт естествознания и техники АН СССР. Выпуск I. Москва 1956. с. 192
3. . Ржонсницкий Б. Н. Жизнь, отданная науке (Никола Тесла) Огонек.1956. № 28. с. 29
4. Сарич Ж. Посвящённый. Роман о Николе Тесле. М, Дельфис, 2010 с. 345
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. - М, Наука,1968. -939 с
6. http://neo-energy.ru/publ/tesla_genera-tory/kak_sdelat_transformator_tesla/5 -1-0-58
7. http://intelogic.ru/news/kak_sdelat_transform ator_nikoly_tesly_ustrojstvo_i_primenenie/2009-09-21-23
8. http://www.elektro-journal.ru/sites/default/files/pdf_files/arts/2007_03_08 .PDF
9. http://cyberleninka.ru/article/n/sposob-opredeleniya-parametrov-transformatora-tesla
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА
Ананян В.,
РГУФК (ГЦОЛИФК), студент Кириллов И.В., АО «УАПО», инженер-конструктор Громов М.А., НИУМЭИ, студент Рахманов И. НИУ МЭИ, студент
CALCULATION OF THE CURRENT TRANSFORMER
Ananyan V.,
RSUPSYT(SCOLIPE) Kirillov I., JSC "UAPO", design engineer Gromov M., NRUMPEI, student Rakhmanov I. NRU MPEI, student
Аннотация
Трансформатор тока - представляет собой повышающий трансформатор, предназначенный для преобразования тока большой величины до значения, удобного для измерения. Первичной обмоткой трансформатора тока является проводник с измеряемым переменным током, а ко вторичной подключаются измерительные приборы. Целью данной работы является расчет конструкции трансформатора тока ТПЛО-10
Abstract
A current transformer is a step-up transformer designed to convert a large current to a value that is convenient for measurement. The primary winding of the current transformer is a conductor with a measured alternating current, and measuring devices are connected to the secondary. The purpose of this work is to calculate the design of the current transformer TPL-10
Ключевые слова: Трансформатор тока, ТПЛ0-10.
Keywords Current Transformer, TPL-10.
Для проведения расчёта трансформатора тока необходимо задаться некими параметрами. Эти параметры приведены в таблице 1. Исходные данные.
Таблица 1
Uhom, кВ 1ном, А SHOM K10 Исполнение
изм защ
10 600 5 5 30 0,5/р
Пользуясь этими параметрами, сперва необходимо определить первичную обмотку трансформатора. Плотность тока обмотки варьируется при этом в диапазоне:
) = (1,5 - 1,8) А/мм2.
А площадь её поперечного сечения может быть определена как:
qi
1НОМ
600
= 375 мм2
1
I 1,6
Стоит понимать, что обмотка должна выдерживать температурные нагрузки. В этой связи номинальный ток, протекающий по ней в расчётах берётся увеличенным на 10 процентов:
/1 = 1Д/1ном = 1,1 • 600 = 660Л
2
При этом потери в обмотке определяются согласно выражению 3.
Л = ^Д/12й1 = кп • 6602 • R
Д
3
коэффициент добавочных потерь; - сопротивление стержня первичной обмотки на постоянном токе.
При расчете также допускается допущение, что теплота, выделяемая первичной обмоткой, отдается присоединенной шине, теплота, выделяемая вторичной обмоткой, отдается через эпоксидное литье и поверхность изолятора.
Таким образом, температура первичной обмотки в месте соединения с шиной определяется выражением 4.
01 = 0о + тм = 0о + Тш +-/i2fii
Где:
рЯ^ш
00 = 40ОС
Тш =
/2р
ЧШ^гт^О
R, =
^т Р^СТ
« 10Вт/(м2 -О С) - коэффициент теплоотдачи с шины
50 - боковая поверхность единицы длины шины, м2. Предполагается что это площадь боковой поверхности шины, длиной один метр;
Я = 395- удельная теплопроводность медной шины, Вт/(м • оС);
/СТ- длина стержня первичной обмотки трансформатора тока, м.
сечение шины, м2; Сопротивление^, Ом, и удельное сопротивлениер, Ом • м, используются при 0 «90 + 100°С
Необходимо также и учесть влияние температуры на сопротивление обмотки. В этой связи необходимо воспользоваться выражением 5.
1ШОМ 600 _„ 2
q1 = —;— = = 375 мм2
J
1,6
5
Тип Номинальный Размеры мм Рисунок Масса
трансформатора перЬичный ток. 4 S d Н В С h кг. max
300. Ш 600 5 или 6,5 9
ТП0Л-Ю; ТП0Л-10-2' 800 95 30 250 B.I
1000 11.5 13 m 20
1500 2000 18
10-200 6 11 38 288 Б2
ТП0Л-10-1" 300-2000 30 250 БЗ
ТП0Л-Ю-1-3 70 290 i2 5.3. 6i 25
ТПОЛ-Ю-3'" 10-200 См. ТП0Л-10; НО 390 513 26 Б.2, Si 32
300-2000 ТП0Л-10-2 70 290 i5i i2 Б.1Б.4 25
Рисунок 1 Геометрические размеры исследуемого трансформатора тока
В соответствии с рисунком 1, сопротивление стержня трансформатора тока будет определяться как:
р/СТ _ 2,24 • 10-8 • 0,414
6
Й1 =
375 • 10-6 = 2,47 • 10-50м
Определение магнитопровода
Сечение магнитопровода рассчитывается с учетом активной составляющей мощности нагрузки вторичной обмотки по заданной величине индукции в сердечнике, соответствующей номинальному режиму работы, в зависимости от требуемого значения коэффициента кратности.
Таким образом, сечение магнитопровода:
1
4
Р
1
Sr =
^2TOMZ2TOM
4,44[Ы2НОМВП
При этом, магнитная индукция трансформатора находится в диапазоне:
Вт = 0,06 + 0,1Тл г2НОМ = 1/5 = 0.20м- номинальная нагрузка вторичной обмотки при номинальном токе вторичной обмотки 5А и напряжении на вторичной обмотке 1В.
При этом, число витков вторичной обмотки определяется выражением:
ш-
2НОМ
= Ы1НОМ^НОМ = Ш1НОМ^1НОМ/^2НОМ
= 1■600/5 = 120
7
Таким образом, сечение магнитопровода равняется 6.26 см2
Зная значение ^1#ом^1#оми класс точности, (допущен класс 0,5), становится возможным выбрать материал магнитопровода, а именно 1512.
Внутренний диаметр магнитопровода 01 определяется толщиной буферной изоляции 51, толщиной основной изоляции 53, толщиной вторичной обмотки 82 и диаметром провода первичной обмотки й1. По последующим расчетам представлен разрез трансформатора тока на рисунке 2.
Рисунок 2 Схематичное изображение трансформатора
При этом:
Рй1 =d1+ 2 S1 + 2 S2 + 2 S3
8
есть внутренний диаметр окна трансформатора тока после намотки вторичной обмотки, который примерно равен:
^ВН = + 251 + 253 = 22 + 2 • 2 + 2 • 6 = 38мм
9
11
Диаметр провода вторичной обмотки.
4^2 л
d2 =
N
М
4-3,125
л
= 1,99мм
12
Скр =
_ 3,13-120-4-2,12
= 0,75 -л-22 = 716.5 мм2
13
Далее необходимо учесть толщину изоляции для вторичной обмотки Пусть, её толщина будет 5ИЗ2 = 0,5мм; для изоляции между магнитопрово-дом и вторичной обмоткой толщина изоляции будет равна 5ИЗ1 = 1мм.
Для определения толщины вторичной обмотки 82, внутренний диаметр магнитопровода определяется по формуле.
ВН + 25ИЗ1)2 + 4^КР/^ + 25ИЗ2 10
@КР - сечение кольца, занятого вторичной обмоткой в окне трансформатора тока.
Площадь поперечного сечения вторичной обмотки.
92 = /2Н0М/У = 5/1,6 = 3,125мм2 = 3,125 • 10-6м2
Зная вышеописанные параметры, становится возможным определение сечения кольца, занятого вторичной обмоткой в окне трансформатора тока:
D1 = V(38 + 2-1)2 + 4-716.5/^ + 2 - 0,5 = 51,1мм
14
Определение электрической прочности изоляции
Максимальная напряженность электрического поля у поверхности первичной обмотки при номинальном напряжении иН0М = 10кВ определяется согласно выражению:
Е =
2 У,
НОМ
2 -10 -103
А /п^^
22 - /п
52-2-7
22
кВ кВ = 1,66-< 8-
15
мм
мм
При этом допустимая напряженность поля при номинальном напряжении составляет 8кВ/мм, а допустимая напряженность поля при испытательном напряжении составляет 20кВ/мм, а осевая длина магнитопровода определяется выражением:
к = 25с/^з.С.(^2 - ад 16
Где:
- внешний диаметр магнитопровода;
^З.с. = 0,9 ^ 0,95- коэффициент заполнения стали;
Д2 определяется так, что выполняется усло-
вие h >
Р2-Р1 2
Пусть D2 = 103мм. Тогда:
7
1
2
h =
2Sr
2 • 6,26 • 10-
h >
fc3C (D2 - D1) 0,95(0,103 - 0,052)
= 0,0258м = 25,8мм
D2 - D1 0,103 - 0,052
— = 0,025м = 25мм
2
2
Далее необходимо определить длину средней силовой линии магнитопровода:
+ D2) л(0,052 + 0,103)
17
Zrp = ■
22 = 0,244 м
Пользуясь вычислениями выше, возможно определение активного сопротивления вторичной обмотки:
Пг =-
18
Где:
^2
Р = Р2о(1 + « • (Т2 - Ti))
Есть удельное сопротивление меди, приведённое к температуре номинального режима. Т1 = 20- температура при нормальных условиях, оС;
Т2 = 130- допустимая температура нагрева изоляции класса В, оС;
а = 0,004 - температурный коэффициент удельного сопротивления, оС-1; /СР = 2К + Д, — средняя длина витка, м; Д) = + 252", мм;
52" = 5ИЗ1 + ^ИЗ2 + 5ИЗ2- внешняя толщина вторичной обмотки, мм;
^о = — 2^2
8 - толщина вторичной обмотки внутри окна, мм;
52" = 1 + 2,12 + 0,5 = 3,62мм
Д, = 80 + 2 • 3,62 = 87,24мм
= 52 — 2 • 7 = 38мм
/СР = 2 • 47 + 87,24 — 38 = 143,24мм
р130 = 1,7 • 10-8(1 + 0,004 • (130 — 20))
= 2,45 • 10-50м • мм
2,45 •Ю-5 • 143,24-120
-= 0,1350м
Ъ = ■
3,125
то Х2 находится по методике:
360
х2 = (6,7 + 8)Нет| — • 10-6 19
Где:
а - угол, занятой обмоткой: Н - находится по полусумме диаметров:
Далее, индуктивное сопротивление х2 находится следующим образом:
Х, =
и / 5п\
10-
20
а1 = ^1/2- толщина первичной обмоток, м; 52 = 0,007 - толщина вторичной обмоток, м; К = К + 25ИЗ1 = 0,047 + 0,002 = 0,049м- высота вторичной обмотки, м; 5 = (<2ВН — й1)/2 = (0,038 — 0,022)/2 = 0,008-расстояние между обмотками, м; и = я(Д2НАР + ^ВН/4)- средняя окружность потока рассеяния вторичной обмотки, м; ^2НАР = А> + = 0,08 + 3,62 • 10-3 = 0,08362- наружный диаметр вторичной обмотки, м;
Таким образом, сопротивление реактивной составляющей обмотки равно 37 мОм.
Полное сопротивление вторичной цепи при номинальном режиме при этом:
НОМ =
(Я:
НОМ
+ Г2)2+Х|
21
Обычно витки вторичной обмотки равномерно распределены по магнитопроводу Х2 = 0. Если обмотка не полностью охватывает магнитопровод,
= 7(0,2 + 0,135)2 + (37,3 • 10-3)2
Таким образом, полное сопротивление обмотки составляет 340 мОм.
Полученные данные являются результатом применения методики расчёта трансформаторов тока для измерения напряжения на высоковольтных объектах.
Список литературы
1. Электрические аппараты: учебник и практикум для академического бакалавриата/ под ред. П.А. Курбатова. - М.: Изд. Юрайт, 2018. - 250с.
2. Основы теории электрических аппаратов/Под ред. П.А. Курбатова. - 5-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Издательство "Лань", 2015. - 592 с.: ил. - (Учебник для вузов. Специальная литература).
3. Курбатов П.А. Расчет и проектирование магнитных систем электрических аппаратов. Учебное пособие. - М.: Издательство НИУ "МЭИ", 2016 -117 с
4
7
