21.3. Розрахунки трансформатора
при відсутності паспортних і обмоткових даних
Визначити параметри трансформатора, зокрема його потужність, можна за відомими розмірами магнітної системи. Магнітна система є основою конструкції трансформатора. Вибір її основних розмірів разом з розмірами обмоток визначає головні розміри активної частини й усього трансформатора.
Діаметр d стрижня (див. рис. 19.1) є одним з основних розмірів трансформатора. Ґрунтуючись на законі геометричної подібності, що зв'язує потужність трансформатора з його лінійними розмірами, можна встановити залежність між діаметром d стрижня і потужністю S΄ одного стрижня:
Приведена ширина двох обмоток у метрах досить точно визначається за формулою
.
Для трансформаторів потужністю 100...1000 кВА з мідними обмотками k= 0,6 (для алюмінієвих обмоток k = 0,75).
Радіальний розмір а1 обмотки НН (найближчої до стрижня) для цих трансформаторів приблизно визначають зі співвідношення
a1=1,1(a1+a2)/3 (21.10)
звідки а1 = 0,58a2-
Радіальний розмір а2 зовнішньої обмотки ВН орієнтовно можна визначити за формулою
2a2=bd, (21.11)
де b – коефіцієнт для трансформаторів з обмотками з міді приймають рівним 0,4 (для обмоток з алюмінію b = 0.5). Таким чином,
(а1+а2)/3=(0.58a2+a2)/3+0.105d
Отже, потужність одного стрижня
S΄=(0.185d)4·104 (21.1З)
Потужність трифазного трансформатора S= 3S'.
Отримане наближене значення потужності необхідно округлити до найближчого стандартного. Далі для заданих номінальних напруг обмоток (з урахуванням схеми з'єднання) визначають основні електричні величини.
Відповідно до класу напруги й випробувальних напруг обмоток вибирають основні ізоляційні проміжки й конструкцію ізоляції: за випробувальною напругою обмотки НН – відстань а01 (від обмотки до стрижня); за випробувальною напругою обмотки ВН – відстань а12 (між обмотками НН і ВН), відстань l0 у торцевій зоні ( від обмотки до верхнього й нижнього ярем) і відстань а22 між обмотками сусідніх фаз. Осьові розміри обмоток при розрахунках приймають однаковими.
Для розрахунку перерізу витка попередньо задаються густиною струму: для мідних обмоток НН ∆ < 4,0·106 А/м2, для обмоток ВН ∆2 < 3,5·106 А/м2.
Підвищення густини струму понад зазначені межі призводить до збільшення втрат короткого замикання (отже, і до підвищеного нагрівання обмоток). Занижена густина струму спричиняє недостатнє використання перерізу витка, збільшення маси обмоток, а в деяких випадках призводить до того, що потрібну кількість витків неможливо розмістити в заданих розмірах магнітопроводу.
Прийнятність попередньо обраних перерізів може бути встановлена лише на останньому етапі розрахунку – при розрахунку втрат і питомого теплового навантаження q обмоток.
Перерахунок обмоток на іншу напругу. Підвищення номінальної напруги трансформатора неможливе без реконструкції обмоток. Ізоляція обмоток більш високого класу напруги забезпечується в основному за рахунок збільшення ізоляційних проміжків. Із зіставлення конструкцій ізоляції для класів напруги 3,6 і 10 кВ видно, що розміри проміжків і їх будова однакова. Тому зміна напруги в цих межах не спричиняє зміну потужності.
Перехід на напругу 35 кВ неминуче повинен супроводжуватися зменшенням потужності трансформатора, тому що ізоляційні відстані необхідно буде збільшити.
При необхідності перерахунку обмоток на іншу напругу слід врахувати, що в сучасних серіях перевага віддається багатошаровим циліндричним обмоткам. Широке застосування обмоток цього типу як обмоток ВН і НН зумовлене можливістю забезпечити більш щільне заповнення вікна магнітної системи, використати більш ефективну тепловіддачу від обмотки до масла у вертикальних каналах, а також одержати більш технологічну конструкцію. Крім того, обмотка цього типу при дії імпульсних перенапруг має більш високу електричну міцність у порівнянні з котушковими обмотками.
Особливості перерахунку трансформаторів на алюмінієві обмотки. Аналіз трансформаторів з мідними й алюмінієвими обмотками показав, що при збереженні втрат короткого замикання потужність трансформатора з алюмінієвими обмотками повинна бути знижена приблизно в 1, 27 рази. При цьому напруга короткого замикання, віднесена до зниженої потужності, зменшується приблизно на 20 % (при зменшенні маси металу обмоток в 3,3 рази й зниженні механічної міцності в 2, 5 рази).
Раціонально спроектовані трансформатори з алюмінієвими обмотками суттєво відрізняються за співвідношенням основних розмірів від рівних їм за потужністю, параметрами неробочого ходу й короткого замикання трансформаторів з мідними обмотками. Відмінними рисами магнітної системи трансформаторів з алюмінієвими обмотками є менший діаметр, більша висота стрижнів і площа вікна магнітної системи.
При ремонті й модернізації трансформатора доводиться мати справу з готовою магнітною системою й баком. Тому заміна міді на алюміній (або навпаки) з одержанням при цьому заданих параметрів не завжди можлива. У кожному конкретному випадку задача повинна вирішуватися на основі відповідного техніко-економічного обґрунтування.