Трансформатордың негізгі электрлік өлшемдерін есептеу.

ІІ. Кіріспе.

МЕСТ-16110-82 бойынша трансформатор дегеніміз екі не одан көп индуктивті байланысқан орауыштар бар және электрмагниттік индукция арқылы бір кернеудегі айнымалы тоқ жүйесін сол жиіліктегі басқа бір айнымалы тоқ жүйесіндегі кернеуге түрлендіретін электрмагниттік статикалық құрылғы.

Электр жүйесіндегі және электр энергиясын тұтынушылар торабындағы электр энергиясын түрлендіретін трансформаторлар күштік трансформаторлар деп аталады. Егер күштік трансформаторлар жүктеме сипаттамасымен, жұмыс режимімен және басқа жұмыс шарттарымен ерекшеленбейтік, тек торапқа қосылуға арналған болса мұндай трансформаторлар жалпылай тағайындалатын күштік трансформаторлар деп аталады. Егер күштік трансформаторлар жүктеме сипаттамасымен, жұмыс режимімен және басқа жұмыс шарттарымен ерекшеленетін, тікелей қоректі қажет ететін трансформаторлар арнайы тағайындалатын күштік трансформаторлар деп аталады.Мұндай тораптарға және қабылдағыштарға жерасты шахталарының тораптары мен құрылғыларын, түзеткіш құрылғыларды, электр доғалық пештерді жатқызуға болады.

Ұсынылып отырған курстық жұмыста жалпы қуаты 25-630 кВА болатын жалпылай тағайындалатын күштік трансформаторларды есептеу керек.

Оқу-әдістемелік құралды пайдалану қолайлы болу үшін мұнда барлық тәжірибелік жөн сілтеулер мен анықтамалық материалдар толық және жан-жақты ұсынылған. Әр студент өз нұсқасы бойынша жеке тәжірибесі негізінде трансформатор өлшемдерінің, активті материалдар қасиеттерінің және техникалық параметрлерінің өзара байланысын, сонымен қатар тораптағы және өндіру технологиясындағы трансформатордың орнын түсіну керек. Тек осы мәліметтерді толық меңгергеннен кейін ғана қазіргі заманғы есептеу техникасын пайдаланып курстық жұмысты есептеуге болады.

Күштік трансформаторлар әр электр торабындағы ең маңызды элеметтердің бірі болып табылады. Қазіргі таңда электр энергиясын үлкен қашықтықтарға, яғни өндіру орнынан тұтынушыларға жеткізу үшін кем дегенде 5-6 рет трансформациялауға тура келеді. Тұтынушыны есептемегенде электр станция шиналарындағы кернеу 15,75 кВ қоректенуші торап 1000 км қашықтықта болса, жеткізу желілеріндегі кернеу құлауын есептегенде әдетте мынадай 6 трансформатордың кезектесуін байқауға болады: 15,75-тен 525 кВ-қа; 500-ден 242 кВ-қа; 230-дан 121 кВ-қа; 115-тен 38,5 кВ-қа; 35-тен 11кВ-қа; 10кВ-тан 0,4 немесе 0,69 аВ-қа.

Электр энергиясын әртүрлі бағытта бірнеше мыңдаған тұтынушыларға жеткізу қажет болғандықтан бірнеше рет трансформацияланады, осының салдарынан жеке трансформаторлар саны генератораларсанынан әлдеқайда артық болады. Электр станцияларында электр энергиясы кернеуі 11-18 кВ (кейде 30-35 кВ) синхронды генераторлармен өндіріледі. Бұл кернеу пайдаланушылардың тікелей қолдануына өте жоғары болғанымен, энергияны үнемді түрде үлкен қашықтыққа беруге жеткіліксіз. Кернеуді өсіру үшін жоғарылатқыш трансформаторлар қолданылады. Электр энергиясын пайдаланушылардың қауіпсіздігін сақтау мақсатымен электр энергиясының қабылдағыштары төменгі кернеуде (110-380 В) жұмыс істеуге есептелген. Оның үстіне жоғарғы кернеу кезінде тоқ жүретін бөліктер өзара күшті оқшауландырылмаған болуы керек, бұл аппараттар мен аспаптардың құрылысын күрделендіруге алып келеді. Сондықтан энергия берілісінде қолданылатын қабылдағыштарды жоғарғы кернеумен тікелей қоректендіруге болмайды. Ол үшін энергия қабылдағыштарға төмендеткіш трансформаторлар арқылы береді. Торапта төменгі кернеулі сатыда электр энергиясын еркін тарату үшін әдетте жоғарғы кернеулі келесі сатыларға қарағанда үлкенірек қуат мәндерін қабылдайды. Осының салдарынан орнатылған трансформаторлардың жалпы қуаты электр станцияларындағы электр энергиясын өндіретін генераторлардың қуаттарынан бірнеше есе (7-8 есе) көп болады.

Электр торабындағы күштік трансформаторлардың орнын анықтай отырып, электр станциядан алшақтаған сайын трансформатордың бірлік қуаты кемитінін, ал трасформаторларды дайындауға жұмсалатын материал шығыны, сонымен қатар 1кВт шығын бағасы жоғарылайтынын елеген жөн. Осы себепті күштік трансформаторларға жұмсалатын материалдардың едәуір бөлігі тораптан алыс шалғайларда орналасқан бөлімдерге, яғни 35 және 10 кВ жоғарғы кернеулі трансформаторларға бөлінеді. Дәл осы трансформаторларда өте қымбат бағамен өтелетін негізгі энергия шығындары да байқалады.

Қазіргі таңда күштік трансформаторлар электр тораптарындағы ең маңызды элемент болып табылады және келешекте трансформатор құрылысының дамуы мемлекет энергиясының дамуымен анықталады.

Трансформатор сапасын жақсарту үшін өндірісте прогресстік технологиялардың қолданылуы, жұмсалатын материалдардың үнемделуі және торапта жұмыс істеген кезде энергия шығынының төмендетілуі керек. Бүкіл трансформаторлар паркінің энергия және материал шығынын кеміту үшін 10 және 35 кВ кернеулі тұтынушыларды энергиямен қамтамасыз ететін таратушы трансформаторлардағы энергия шығынын төмендетіп материалдарды үнемдеу керек.

 

ІІІ. Трансформатор құрылысында қолданылатын негізгі материалдар.

 

Трансформатор дайындауға пайдаланылатын негізгі материалдар: активті-магнит жүйесінің болаты, орауыштардың металы: оқшаулағыштық – орауыштарды және басқа трансформатор бөлшектерін оқшаулауға арналған материалдар, мысалы электр оқшаулағыш картон, фарфор, ағаш, трансформаторлық май т.б, құрылымдық – бақ және әртүрлі бекіту бөлшектерін дайындауға жұмсалатын материалдар болып бөлінеді.

Трансформатордың екә негізгі активті материалдардың бірі болып электртехникалық болат таспасы болып табылады. Бірнеше жыл көлемінде қалыңдығы 0,5 -0,35 мм болатын болат таспасы пайдаланылып келеді. Бұл болат сапасы уақыт келе жоғарылағанымен, салыстырмалы шығыны жоғары еді.

40-жылдардың аяғында суытылған күйінде жазылатын (басылатын), кристалдары белгілі ретпен орналастырылған салыстырмалы шығыны өте төмен және магниттік өткізгіштігі өте жоғары болат таспасының пайда болуы магниттік жүйедегі индукцияны 1,4-1,45 Тл-дан 1,6-1,65 Тл-ға дейін көтеруге мүмкіндік берді.

Суық күйінде жазылған болаттың жазылым бағытымен сәйкес келетін бағыт бойынша магниттік өтімділігі (ыстық күйінде жазылған болатқа қарағанда) жоғары, ал жазылым бағытында көлденең бағытта біршама төмен болады. Сондықтан суық күйінде жазылған болаттан магниттік өткізгіштерді магниттік сызықтары болат жазылымының бағытымен тұйықталатындай етіп жасайды.

Қуаты аз трансформаторлардың магниттік жүйесі суық күйінде жазылған болат таспасынан жасалады. Қуаты үлкен трансформаторлардың магниттік жүйесі болат тілімдерінен жасалады.

Ыстық күйінде жазылған болаттың магниттік өтімділігі барлық бағытта бірдей болады. Қуаты аз трансформаторлардың магниттік жүйелері болат табақшаларынан штамп арқылы жасалынған ІІІ немесе ІІ тәріздес кеспелерден жиналады.

Трансформатордың келесі актифті материалы орауыштар металы болып табылады. Оның меншікті кедергісі төмен дайындалуы оңай, коррозияға шыдамды және электролиттің, мыстың механикалық беріктігі таптымайтын қасиеттері болып табылатындықтан, жылдар бойы оған ешқандай өзгерістер қажет болмаған. Бірақ жер қойнауында мыстың табиғи қорының жеткіліксіз болуынан басқа металл іздестіруге тура келді, осы кезде алдымыздан табиғатта кең тараған алюминий шықты. Орауыштардағы мыс орамдардың алюминий орамдарға ауыстылылуы ең алдымен алюминидің меншікті кедергісінің үлкендігінен байқалатын (мыспен салыстырғанда шамамен 1,6 есе). Мыс пен алюминийдің негізгі физикалық қасиеттері 1-кстеде көрсетілген.

1-кесте. Мыс және алюминийден жасалған орамдық

сымдардың негізгі физикалық қасиеттері

Металл	Электрлік кедергісі мкОм∙м	меншікті	Тығыздығы кг/м3	Беріктік шегі Мпа	Меншікті жылу сыйымдылығы Дж/(кг∙С)
	20 С	75 С
Электролиттік мыс	0,01724	0,02135
Алюминий	0,0280	0,0344		80-90

 

Күштік трансформаторларда негізгі изоляциялық материал – трансформаторлық май – жоғары изоляциялық қасиеттерге ие сұйық диэлектрик. Трансформаторлық майдың арқасында 500, 750 және 1150 кВ-тық трансформаторларды ойлап табуға мүмкіндік болды.Бірде-бір сұйық немесе газ тәріздес диэлектрик оның орнын баса алмайды.

Басқа изоляциялық материалдарға қарағанда трансформатор қызыметінің кезінде майдың бір көлемі қолданылмайды.Трансформаторды жабдықтау басрыснда температураның көтерілуінен қышқылданып майдың сапасы өзгеруі мүмкін,сол себепті ол майды кептіріп,тазартып немесе ауыстырып отыру керек.

Ауа майымен салыстырғанда жетілдірілген оқшауланғыш және суытылатын орта болып табылады.Сол себепті құрғақ трансформаторларда оқшаулағыш аралықтар мен суытқыш каналдарды кең қылып,ал активті материалдардың электромагниттік жүктемесін азайту керек.

Құйынды тоқтар әсерінен болатын шығынды азайту үшін магниттік жүйедегі таспалар бір-біріне оқшаулануы керек.

Қазігі таңда қызығу төзімді лакпен қаптастырылған болат таспалар берік және сенімді оқшауланады.

Стержень қимасы ауданының таза болатпен толтыру коэффиценті (коэффицент заполнения) болаттың таза ауданының сатылы пішін ауданына қатынасына тең.

Толтыру коэффиценті болат таспалардың қалыңдықтарына – 0,35; 0,30; немесе 0,27 мм; таспалардың оқшаулануына, таспалардың сығылту кушіне және жазық беттен ауытқуына байланысты.Суытылған күйінде жазылған рулондық болат үшін қалыңдығы 0,35; 0,30; немесе 0,27 мм жазық беттен биіктігі бойынша ауытқуы 2 мм, ұзындығы бойынша ауытқуы 1% рұқсат етілген.МЕСТ21427.1-83 талаптарына сай келетін толтыру коэффиценттері К, 2-кестеде көрсетілген.

2 - кесте

Болат маркасы	Қалыңдығы	Оқшауландырылған түрі	Kз
3404, 3405, 3406,3407, 3408	0,35	қыздыруға төзімді	0,97
0,30	0,96
3405, 3406,3407, 3408	0,27	0,95
3404, 3405, 3406,3407, 3408	0,35	қыздыруға төзімді және лакпен қаптастырылған	0,965
0,30	0,955
3405, 3406,3407, 3408	0,27	0,945

 

Күштік трансформатордың магнит жүйесіне болат маркасын және қалыңдығын таңдау барысында магниттік қасиеттері жоғары болаттардың бағасы да жоғары болатынын ескерген жөн. Ал қалыңдығы аз магниттік қасиеттері жоғары болаттардың толтырылу коэффициенті де аз болады. Пластиналардың қалыңдығы неғұрлым аз болса, сатылы пішінде болат таспалардың саны соғұрлым көп болады.

Әдетте күштік трансформатордың жеке технологиялық операциялардың жұмыс ауқымдылығын, магниттік қасиеттерін және пайдаланылатын болат шынжырды еске ала отырып, қалыңдығы 0,35 немесе 0,30 мм болатын 3404 немесе 3405 маркалы болаттар жиі қолданылады.

3 – кестеде қалыңдықтары әр түрлі болат таспалардың салыстырмалы өлшемдері көрсетілген.

3-кесте

Қалыңдығы, мм	Болат маркасы	Меншікті салыстырмалы шығыны, %	Салыстырмалы бағасы, %	Пакеттегі Пластиналы ар саны	Kз
0,35			104,1		0,97
0,30		87,5	104,1 108,2		0,96
0,27		86,5 81,3	109,6 112,7		0,95

 

Трансформаторды есептеу барысында магнит жүйесі стерженіндегі индукция мәнін қабылдаудың да мәні зор. Магнит жүйесіндегі болаттар санын, орауыш металл массасын, активті бөлік құнын азайту үшін индукция мәнін үлкендеу етіп алуға тырысу керек, бұл қысқа тұйықталу кезіндегі тоқтың аз мөлшерде көбеюіне де ықпалын тигізеді.

Майлы және құрғақ трансформаторларға ұсынылатын стерженьдердегі есептік индукция мәндері 4-кестеде көрсетілген.

4-кесте. Трансформатор стерженьдеріне ұсынылған индукция мәндері, Тл есебімен

Болат маркасы	Трансформатор қуаты, кВА
16-ға дейін	25-100	160 және жоғары
Майлы трансформаторлар
3411, 3412, 3413	1,45-1,50	1,50-1,55	1,55-1,60
3404, 3405, 3406, 3407, 3408	1,50-1,55	1,55-1,60	1,55-1,65
	Құрғақ трансформаторлар
3411, 3412, 3413	1,35-1,40	1,40-1,45	1,45-1,55
3404, 3405, 3406, 3407, 3408	1,40-1,45	1,50-1,55	1,50-1,60

 

IV. Қуаты 25-630 кВА күштік трансформатор магнит жүйесінің құрылымы

Күштік трансформатордың магнит жүйесін жобалау барысында оның құрылымыдық схемасын таңдау керек. Жазық магниттік жүйені кез-келген трансформатор зауытында қабылдауға болады. Кеңістіктік магниттік жүйелер электротехникалық болатты үнемдеп, бос жүріс шығынын азайтуға мүмкіндік береді, бірақ оларды дайындау үшін арнайы құрылымдар қажет етіледі. Ұсынылып отырған курстық жұмыста магниттік жүйені қабылдайық.

Салқын күйінде жазылған рулондық болатты магнит жүйесін есептемес бұрын магнит өткізгіштік пластинаның сызбасын таңдау керек. Ең қарапайым және жиі қолданылатын пластина сызбасы –сурете көрсетілген.

1-сурет. Екі бұрышы тік, төрт бұрышы қиғаш түйіскен магнит жүйесі пластинасының сызбасы.

Магниттік жүйе сонымен қатар трансформатордың механикалық негізі ретінде қызмет атқарады. Бірнеше магнит таспадан құрастырылған магниттік жүйе қысқа тұйықталу кезінде орамдар арасында пайда болатын механикалық күштерге төзе білу және актив бөлікті көрегенде шашылып қалмау үшін стерженьдер мен ярмолар өзара өте берік байланысуы керек. Бұл байланысты іске асыру үшін жоғарғы кернеулі орауыштан тыс орналастырылған вертикаль шпилькалар пайдаланылады. Майлы трансформаторларда мұндай шпилькалар жоғарғы кернеуі 10, 35 және 110 кВ болғанда, ал құрғақ трансформаторларда 10 кВ-қа дейін қолданылады.

Магниттік жүйедегі стерженьнің көлденең қимасы шеңбермен қоршалған сатылы пішінде болады. Осы шеңбердің диаметрі трансформатор стерженінің диаметрі d деп аталады, жіне ол негізгі өлшемдер қатарына жатқызылады. Стержень немесе ярмо сатылы қимасы пластина пакеттерінің қималары арқылы анықталады. Ал мұндағы пакет дегеніміз бір өлшем бірлік пластинаның табаны. Стержень немесе ярмоның көлденең қимасы болаттың таза қимасы немесе стержень немесе ярмоның активті қимасы деп аталады.

Жарты шеңбер ішіндегі пакеттер саны арқылы анықталатын сатылар саны әртүрлі болуы мүмкін. Сатылар санының көбеюі шеңберді сатылы пішінмен толтыру коэффициентін (К_кр) арттырады, бірақ ол өлшемдері әртүрлі пластиналар санын көбейтіп, пластиналардың дайындалуы мен магниттік жүйенің жиналуын қиындатады.

5-кестеде қуаттары әртүрлі үшфазалы трансформаторлар стерженьдеріндегі сатылар саны мен сатылы пішінмен толтыру коэффициенттері көрсетілген.

5-кесте.

Көрсеткіштер	Есептік мәндер
Трансформатор қуаты, кВА		40-100	160-630
Шамамен алынған стержень диаметрі, м	0,09	0,10-0,14	0,16-0,18	0,20	0,22
Сатылар саны
Коэффициент	0,890	0,91-0,92	0,913	0,918	0,928

 

Стержень қимасындағы пакеттердің ені мен қалыңдығын анықтайтын пластина ені стерженьнің максимал көлденең қимасын алуға және рулондық немесе жазықтық болаттың минимал шығыны болуына сәйкестендіріліп алынады. Пластиналар ені үшін 6-кестеде қалыпты өлшемдер шкаласы келтірілген.

Күштік трансформаторлардың стержень диаметрлері де стандарт қатардан алыну керек. Яғни алдын-ала есептелген стержень диаметрлері мәндерін төменде көрсетілген стандартты стержень диаметрлеріне ең жақын мәндерін қабылдаймыз d, м. 0,08; 0,085; 0,09; 0,092; 0,095; 0,10; 0,105; 0,11; 0,115; 0,124 0,125; 0,13; 0,14; 0,15; 0,16; 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,225; 0,23; 0,24; 0,245; 0,25; 0.26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30; 0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37; 0,38; 0,39; 0.40; 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0,60; 0,63; 0,57; 0,71; 0,75:

К_кр=4П_ф._с/(pd²); П_ф._с=К_крpd²/4; К_з=4П_с/(К_крpd²);

 

П_с=К_крК_зpd²/4; П_с=К_сpd²/4; К_с=К_крК_з

 

 

Стерженьнің диаметрі d бар шеңбер ауданында стерженьнің активті қимасын, яғни болаттың таза қимасын пластина пакеттерінің өлшемдері қабылданбай тұрып, алдын-ала есептеу кезінде әдетте болатпен толтыру коэффициентін К_с пайдаланылады, ол стерженьнің активті қимасының П_с диаметрі бар d шеңбер ауданына қатынасына тең. Бұл коэффициент екі коэффициенттің көбейтіндісінен тұрады – шеңбер ауданын сатылы пішінмен толтыру коэффициенті К_кр мен сатылы пішінді таза болатпен коэффициенті К_кз.

Алдын-ала есептеу кезінде К_кр коэффициентін 5-кестеден алу керек, ал қорытындылай есептеген кезде К_кр мәнін 6-кестеден алу керек. К_кз коэффициентін болаттың түріне және оқшаулауына байланысты 2 –кестеден аламыз.

Суытылған күйінде жазылған магниттік жүйеде ярмоның көлденең қимасының өлшемін және формасын дұрыс таңдау ерекше роль атқарады. Сатылар саны стерженьнің сатылар санына тең ярмо қимасының көпсатылы пішіні ең көп тараған нұсқа болып табылады. Ярмо бірқалыпты сығылу үшін әдетте соңғы екі немесе үш пакеттің ортақ қимасын үлкейту мақсатында оларды біріктіреді. Мұндай жағдайда магниттік ағын (индукция) стержень бойымен де, ярмо бойымен де бірқалыпты тарайды, ал ярмоның активті қимасы стерженьнің активті қимасынан үлкенірек болады, осы себептен де ярмоны күшейту коэффициентін ескеру керек.

Кя= Пя/Пс

6-кестедегі пластина пакеттері үшін К_я =1,02-1,03 деп қабылдауға болады.

6-кесте. Пакеттердің ені “а” мен қалыңдықтары “в”,мм, n_с және n_я стержень мен ярмо қимасындағы сатылар саны, a_я – ярмадағы ең шеткі пакеттің ені К_кр – шеңберді сатылы пішінмен толтыру коэффициенті

 

Стержень диам етрі	n   с	Ккр	n   я	а (я), мм	Стерженьдегі пакет өлшемдері axb мм,
0,080		0,863			75x14	65x9	55x6	40x5	-	-
0,085		0,895			80x14	70x10	60x6	50x4	40x4	-
0,090		0,891			85x15	75x10	65x6	55x4	40x5	-
0,095		0,887			90x15	80x10	65x9	50x5	40x4	-
0,100		0,917			95x16	85x10	75x7	65x5	55x4	40x4
0,105		0,912			100x16	90x11	80x7	65x7	50x4	40x4
0,110		0,905			105x16	95x11	85x7	75x6	65x4	40x7
0,115		0,903			105x25	95x9	85x6	65x9	40x3	-
0,120		0,928			115x18	105x11	90x10	75x8	60x6	40x4
0,125		0,915			120x18	105x16	95x6	85x6	65x7	40x6
0,130		0,918			125x18	110x16	100x8	80x9	65x5	40x6
0,140		0,919			135x19	120x17	105x10	85x9	65x7	40x5
0,150		0,915			145x19	135x13	120x13	105x9	85x8	55x7
0,160		0,913			155x20	135x23	120x10	105x7	85x7	55x7
0,170		0,927			160x28	145x17	130x10	110x10	85x8	50x8
0,180		0,915			175x21	155x25	135x13	120x8	95x9	65x8
0,190		0,927			180x30	165x17	145x14	130x8	115x7	100x5

 

Стерженьнің көлденең қимасындағы сатылы пішін ауданы:

П_ф._с.=åа_п.с.× в_{п.с. × 10}

Стерженьнің активті қимасы

П_с=К_з×П_ф.с..

Дәл осылай ярмо үшін:

П_ф._я.=åа_п.я.×в_п.я.×10^-6,

П_я=К_з×П_ф._с.

 

Трансформатордың негізгі электрлік өлшемдерін есептеу.

Трансформаторды есептеу оның негізгі электрлік өлшемдерін – бір фазаның және бір стерженьдегі қуат, ЖК және ТК – лердегі номинал тоқ, фазалық тоқ пен кернеу т.б. анықтаумен басталады.

Трансформатордың бір фазасындағы қуат, кВА,

S_ф=S/m.

Бір стерженьдегі қуат, кВА,

S¢=S/C,

Мұндағы С-трансформатордағы стерженьдер саны, ал S-трансформатордың номиналды қуаты.

Үш фазалы трансформаторлардың ЖК және ТК орамдарындағы номиналды (сызықтық) тоқтары, А,

 

I=S×10³/( U_жк) I=S×10³/( U_тк)

 

Үшфазалы трансформатордың бір стерженіндегі орауыштың фазалық тоғы, А:

жұлдызша болып жалғанғандағы

I_ф=I,

орауыштардың ұшбұрышша жалғануындағы

I_ф=I/

 

Үшфазалы трансформатордың фазалық кернеуі, В:

жұлдызша болып жалғанғандағы

U_Ф=U/ ,

орауыштардың ұшбұрышша жалғануындағы

U_ф=U;

Жалпылай тағайындалатын күштік трансформаторлардағы орауыштардың екі бөлігінде де әр стерженьдердегі орамдар саны бірдей болады.

2 сур. Зигзаг қосылу тізбегі

Мұндай жағдайда фазалық кернеу 60 градусқа жылжытылған орауыштың екі бөлігіндегі кернеулер қосындысынан тұрады. Орауыштың бір бөлігіндегі фазалық кернеу былай анықталады.

U¢=U_Ф/ .

Мұндай орауыштың бір стерженіндегі орамдардың жалпы саны орауыштардың жұлдызша болып жалғанғандағыдай емес (U_ф), 2 U_ф/√3 формуласымен анықталады, яғни 1,155 есе көбейеді деп түсіну керек.

Трансформатордың орауыштары арасындағы және басқа тоқ өткізгіш бөлшектер мен жерлестірілген детальдардың оөшаулағыштық ара қашықтығын есептеп, оқшаулаудың электрлік беріктігін тексеру үшін сынау кернеуін білу керек. Бұл сынау кернеулерін әр орауыш үшін кернеу класына байланысты 7 және 8-кестелерден алуға болады.

7-кесте. Майлы күштік трансформаторлар үшін өндірістік жиіліктегі (50 Гц) сынау кернеулері.

Кернеу класы, кВ
Ең үлкен жұмыс кернеуі	3,6	7,2	12,0	17,5		40,5
Сынау кернеуі, кВ

 

8-кесте. Құрғақ күштік трансформаторлар үшін өндірістік жиіліктегі (50 Гц) сынау кернеулері

Кернеу класы, кВ	До 1,0
Сынау кернеуі, кВ

 

Тапсырмада берілген қысқа тұйықталу шығыны арқылы қысқа тұйықталу кезіндегі кернеудің активті шығынын анықтауға мүмкіндік береді, %

U_a=P_k\ 10S,

Берілген Uk боынша қысқа тұйықталу кернеуінің реактивті құраушысын анықтаймыз.

U_p=

 

Трансформатордың негізгі өлщемдерін анықтау.

Магниттік жүйе трансформатор құрылымның негізі болып табылады. Орауыштардың негізгі өлшемдерімен қатар магниттік жүйенің негізгі өлшемдерін таңдау арқылы трансформатордың активті бөлшектерінің бастапқы өлшемдерін анықтаймыз.

Орауыштары концентрлі орналасқан, қимасы шеңбермен қоршалған сатылы пішін тәріздес стерженьі және жазық магниттік жүйесі бар екіорауышты трансформаторды қарастырайық. Мұндай үшфазалы трансформатордың магниттік жүйесі 3-суреттегідей болады.

 

 

3-сур. Трансформатордың негізгі өлшемдері

Стерженнің сатылы пішіні қоршалған шеңбер диаметрі d негізгі өлшемдердің бірі болып саналады. Трансформатордың екінші негізгі өлшемі орауыштардың осьтік өлшемі L (биіктігі) болып табылады. Әдетте трансформатордың екі үшінші негізгі өлшем екі орауыш орамының орташа диаметрі немесе орауыштар арасындағы осьтік канал диаметрі, ол стержень диаметрін рауыштардың радиалды өлшемдері (a₁ және a₂) мен олардың арасындағы осьтік каналмен байланыстырады (a₁₂).

Егер осы негізгі үш өлшем таңдалған немесе белгілі болса, магниттік жүйе мен орауыштардың пішіні мен көлемін анықтайтын, мысалы стержень биіктігін, көршілес стерженьдердің осьтік ара қашықтығын т.б. өлшемдерді анықтауға болады.

Орауыштарға қатысты екі негізгі өлшемдер(d₁₂, L) орауыштар арасындағы канал шеңберінің орташа ұзындығының орауыштың биіктігіне қатынасы арқылы байланысады.

b=pd₁₂/ L

b өлшемі орауыштың диаметрі мен биіктігі арасындағы қатынасты анықтайды. b мәні майлы және құрғақ трансформаторларда өте кең ауқымда 1- 3,5 арасында өзгеруі мүмкін. b мәні неғұрлым аз болса трансформаторлар соғұрлым биік және жіңішке болады, керісінше неғұрлым көп болса трансформаторлар жалпақ және кішкентай болады.

Сонымен қатар b мәні активті материалдар, яғни магниттік жүйе болаты мен орауыштар металы массаларының ара қатынасын анықтайды. b аз болса болат массасы аз болса,орауыштың металы ауыр болады. Сәйкесінше болат массасы ұлғайса, орауыш металл массасы азаяды. Сонымен b мәні тек трансформатор өлшемдерінің қатынасы мен оның массасына емес, трансформатор бағасына да әсер етеді.

Сонымен қатар b мәні трансформатордың техникалық параметрлеріне ықпалын тигізеді: қысқа тұйықталу тоғы мен шығынына, орауыштардың механикалық беріктігі мен қыздыруға төзімділігіне т.б.

Трансформатор стерженінің диаметрін оның қуатымен байланыстыратын формуланы алғаш рет Г.Н.Петров ұсынған болатын.

 

 

Мына өрнектегі түбір астындағы мәндерді үш топқа бөлуге болады:

Тапсырмада берілген мәндер- трансформатордың бір стерженіндегі орауыштар қуаты S, кВА, желі жиілігі Гц, қысқа тұйықталу кернеуінің реактивті құраушысы, %;

Есептеу барысында таңдалынып алынатын мәндер- орауыштар арасындағы канал шеңберінің орташа ұзындығының орауыштың биіктігіне қатынасы β, стерженьдегі максимал индукция Вс,Тл, стержень қимасы шеңберінің активті болатпе толтыру коэффициеті К_с;

3) Алдын-ала есептеуді қажет ететін мәндер. Оларға жайылу каналының ені а_р, м, және идеалдандырылған жайылу өрісін реальді өріске келтіру коэффициенті К_р (Роговский коэффициенті) жатады.

Сонымен (1) өрнекті есептелетін жіне таңдалынатын мәндер арқылы шешу мынадай ретпен жүру керек.

Бір стерженьдегі қуат, кВА,

 

S¢=S/C,

 

Мұндағы S – трансформатордың номиналды қуаты, ал

С – трансформатордың номиналды қуаты.

Трансформатордың келтірілген жазылу каналының ені

Стержень диаметрін анықтау кезінде бізге белгісіз. Мұндағы а₁₂ ЖК және ТК орауыштарының арасындағы канал өлшемі, ол оқшаулағыш аралық ретінде ЖК орауышының сынау кереуі бойынша 9 және 10-кестелерден алуға болады.

 

9-кесте. Басты оқшаулағыш. Майлы трансформаторлардың ЖК орауыштарының минималды оқшаулағыштық ара қашықтықтары.

Трансформаторқуаты S, кВА	ЖК үшін Uисп, кВ	Ярмо мен ЖК арасы, мм L02,	ЖК мен ТК арасы, мм а12,	ЖК мен ТК арасы, а22, мм
25-100	18,25 және35
160-630	18,25 және35
160-630

 

 

10-кесте. Құрғақ трансформаторлар үшін ЖК және ТК орауыштарының оқшаулануы, мм.

ЖК үшін Uисп , кВ	ярмо мен ЖК арасы, мм L01	Ярмо мен ТК арасы, мм L02	ЖК мен ТК арасы, мм а12	ЖК мен ЖК арасы, мм а22	ТК мен стержень арасы, мм а01

ЖК және ТК орауыштардың радиалды өлшемдерінің қосындысы стержень диаметрін анықтау кезінде шамамен мына өрнекпен анықталуы мүмкін:

 

 

Мұндағы К – трансформатордың қуатына, орауыштар металына, ЖК орауыштарының кернеуіне, қысқа тұйықталу шығынына байланыста 11-кестеден алынады.

 

11-кесте. Мыс орамды екіорауыштыды үшфазалы трансформаторлар үшін К мәндері

Трансформатор қуаты, кВА	Кернеу класы, кВ
250-ге дейін	0,63	0,65-0,58
400-630	0,53	0,58-0,52

 

11-кестеге ескертулер:

Алюминий орамдары бар орауыштар үшін кестеден алынған мәндерді 1,25-ке көбеюту керек..

Мыс орауыштары бар құрғақ трансформаторлардың қуаты 10 –

160 кВА болса К=0,8÷0,74; ал қуаты 160-1600 кВА, кернеу класы 10 кВ болса К =0,58÷0,48 деп қабылдау керек.

 

Β мәнін таңдау кезінде оның қасиеттерін ескеру керек. β мәнінің өзгеруі трансформатордың тек активті ғана емес, басқа да материалдарға әсерін тигізеді. b мәнінің өсуімен бос жүріс шығыны мен суыту жүйесінің құны өседі, бак металының, трансформатор майының құны және трансформатордың жалпы массасы өседі. Осы себепті трансформаторға жұмсалатын барлық материалдарды үнемдеп, басқа да шарттардың орындалуы үшін b мәнін барынша аз етіп таңдауға тырысу керек. b мәнін 12-кестеден алу керек.

 

12-кесте. МЕСТ 21427-83 бойынша қалыңдығы 0,35 және 0,30 мм болат және индукциялары майлы трансформаторлар үшін В_с=1,6-1,65, құрғақ трансформаторлар үшін В_с=1,4-1,6 болатын 3404 және 3405маркалы болаттар үшін ұсынылып отырған b мәндері

а) майлы трансформаторлар үшін

Қуат, кВА	Алюминий	Мыс
6 және 10 кВ	35 кВ	6 және 10 кВ	35 кВ
25-100	1,2-1,6	1,2-1,5	1,8-2,4	1,8-2,4
160-630	1,2-1,6	1,2-1,5	1,8-2,4	1,8-2,4

б) құрғақ трансформаторлар үшін

Қуат, кВА	Алюминий	Мыс
1кВ-ға дейін	6 және10кВ	1кВ-ға дейін	6 және 10кВ
10-160	1,1-1,5	1,1-1,5	1,6-2,2	1,7-2,3
160-630	1,1-1,5	1,2-1,6	1,6-2,2	1,8-2,4

 

4.Идеалдандырылған жайылу өрісін реальді өріске келтіру коэффициентін К_р (Роговский коэффициенті) негізгі өлшемдерді анықтау К_р»0,95 деп қабылдауға болады.

5.Жиілік f, Гц трансформаторды есептеу тапсырмасында берілген.

6.Қысқа тұйықталу кернеуінің реактивті құраушысын мына формула арқылы анықтаймыз

 

 

7.Стерженьдегі индукция В_с 4-кестеден алынады. Бос жүріс тоғының үлкен болмауы үшін әдетте индукция мәнін кішірек етіп алуға тырысу керек. Аз индукция бос жүріс шығыны мен тоғын азайтқанымен, орауыштардың металы мен болат массасының үлкейіп, бағасының қымбаттауына әсерін тигізеді.

8.Стержень қимасы қоршалған шеңбер ауданын активті болатпен толтыру коэффициенті К_с, стержень қимасындағы сатылар және таспааралық оқшауланудың түріне байланысты.

 

К_с=K_кр×K_з

 

Өз кезегінде К_кр, К_з мәндері 2,5,13-кестелерден анықталады.

13-кесте. Құрғақ үшфазалы трансформаторлардың стержнель қимасындағы сатылар саны.

Трансформатордың қуаты, кВА	100-160	160-400	630-1000
Стержень диаметрі, мм	0,09-0,14	0,16-0,22	0,24-0,26
Сатылар саны
Коэффициент Кр	0,915	0,920	0,930	0,935	0,800	0,820

 

(1) формуладағы барлық мәндер қолда болғандықтан, стержень диаметрін есептейміз. Егер анықталған диаметр d стандартталған диаметрлер d_н қатарында болмаса, онда сол қатарда бар ең жақын мәнге жуықтап аламыз.

 

β_н =β (d_н/d)⁴

 

β мәнін 12-кестеден анықтай отырып, β_н қатанасын анықтаймыз. Мұндағы d есептелген диаметр, ал d^н қабылданған диаметр.

Трансформатордың екінші негізгі өлщемі орауыштар арасындағы каналдың орташа диаметрі d¹² жуық шамамен мына формуладан анықталады.

 

d₁₂=d +2a₀₁+2a₁+a₁₂ (5) немесе d₁₂ ≈ad

 

Көптеген трансформаторларды зерттей келе, екі орауыш орамының орташа диаметрінің d₁₂ трансформатор стерженінің диаметріне d қатысы өте аз мәнде өзгеретініне көз жеткіздік. Демек кез-келген трансформатор үшін а мәні тұрақты деп қабылдауға болады.

 

d₁₂ = ad (6)

 

а мәні трансформатордың қуатына, кернеу класына қысқа тұйықталу шығынының деңгейіне, орауыштар металына байланысты. Мысқа қарағанда алюминий орауыштардың а мәні үлкенірек болады. 14- кестеден а мәндерін алуға болады.

 

 

14-кесте. Майлы трансформаторлар үшін а мәндері

Трансформатордың қуаты, кВА	Қысқа тұйықталу шығынының деңгейі	ЖК орауышындағы кернеуге байланысты а мәні
630-ға дейін	МЕСТ бойынша Рк 1,2 МЕСТ бойынша Рк МЕСТ бойынша Рк 0,8	1,33	1,37
1,36	1,40
1,40	1,44

 

Ескертулер:

● алюминий орамдар үшін кестеден алынған мәндері 1,06-ға көбейтіңіз.

● қуаты 10-160 кВА, кернеу класы 10кВ мыс орауыштары бар трансформаторлар үшін a≈1,7-1,6; ал алюминий орауыштары бар трансформаторлар үшін a≈1,8-1.7 деп қабылдауға болады.

(5) формулада d₁₂ анықтау кезінде стерженьдер арасындағы осьтік каналдарының a₀₁ мен ЖК және ТК орауыштарының a₁₂ радиалды өлшемдері 9 және 15 кестелерден алынады.

15-кесте. ТК орауыштарының оқшаулану аралықтары

Қуат, кВА	ТК орауыш үшін Uсын , кВ	ТК мен ярмо арасы L01, мм	Стержень мен ТК арасы, a01 , мм
25-250
400-630		ЖК орауышының Uсын арқылы анықталған мәндерге тең
630-1600	18; 25 және 35

 

Ескерту: кестеде алынған мәндер мм есебімен берілген, (5) формуласына м есебімен қою керек.

ТК орауышының радиалды өлшемі былай анықталады.

 

a₁≈К₁ (а₁+а₂ )/ 3 (7)

 

Мұндағы (а₁+а₂ )/ 3 мәні (2) өрнекпен аныөталады, ал К₁ коэффициенті қуаты 25-630 кВА болатын трансформаторлар үшін К₁ =1,10 деп қабылдаймыз.

Трансформатордың үшінші негізгі өлшемі-орауыштардың биіктігі, ол былай анықталады

 

L=πd₁₂/β_н (8)

 

Трансформатордың негізгі өлшемдерін анықтап болғаннан кейін стерженнің активті қимасын немесе таза болат қимасын анықтау керек.

 

П_с=К_с П_фс= К_з К_кр πd²/4 (9)

 

Бір орамның электр қозғаушы күші, В,

 

U_в=4,44 f В_с П_с (10)

 

Есептеу басында анықталып отырған орауыштар мен стержень өлшемдері нақты мәндер емес, тек алдын-ала есептеу мәндері болып табылады. Бұл мәндер нақтылы есептеу барысында өажет болады және алдын-ала есептелген мәндер нақтылы есептелген мәндерден 0,5-1%-ға өзгеруі мүмкін.

 

Орауыштарды есептеу

Төменгі кернеулі (ТК) орауышты есептеу

 

Тәртіп бойынша орауыштарды есептеу ТК орауышты есептеуден басталады, ол стержень мен ЖК орауыш арасында орналасқан.

ТК орауыштың бір фазасындағы оорам саны

 

W₂=U_ф2/(4,44 f В_с П_с) (11)

 

Анықталған орамдар санын W₂ ең жақын бүтін санға дейін жуықтап алу керек, бұл сан тақ та, жұп та болуы мүмкін.

Үшфазалы немесе орауыштары параллель қосылған бірфазалы трансформаторлар үшін W₂ бір стерженьдегі орамдар саны болып табылады. Орамдар санын жуықтап алғаннан кейін бір орамдағы кердеуді

 

U_в=U_ф2/W₂

 

және стерженьдегі нақты индукция мәнін анықтау керек.

 

В_с=U_в/(4,44 f П_с)

 

Әр орауыштағы орам қимасы мына формуладан анықталады.

 

П=I_с/j_орт

 

мұндағы I_с – қарастырылып отырған орауыш тоғы, j_орт – ЖК және ТК орауыштарындағы орташа тоқ тығыздығы.

Орташа тоқ тығыздығы мыс орауыштар үшін

 

j_ср=0,746 К_д (Р_кU_в)/Sd₁₂·10⁴ (12)

Алюминий орауыштар үшін

 

j_ср =0,463 К_д (Р_кU_в)/Sd₁₂·10⁴ (13)

 

Мұндағы К_д мәнін 16- кестеден алуға болады

16-кесте а) майлы трансформаторлар үшін

Трансформатор қуаты, кВа	100-ге дейін	160-630
Кд	0,97	0,96-0,93

 

б) құрғақ трансформаторлар үшін

Трансформатор қуаты, кВА	10-160	250-1600
Кд	0,99-0,96	0,92-0,86

 

(12) және (13) формулалардан анықталған орташа тоқ тығыздығын 17- кестеде көрсетілген мәндермен салыстыру керек, және олардың бір-біріне сай келуі абзал. Бұл бізге алда дөрекі қателердің болмауына кепілдік береді.

17- кесте трансформатор орауыштарындағы орташа тоқ тығыздықтары.

а) майлы трансформаторлар үшін

Трансформатор қуаты, кВА	25-40	63-630
Мыс	1,8-2,2	2,2-3,5
Алюминий	1,1-1,8	1,2-2,5

б) құрғақ трансформаторлар үшін

Трансформатор қуаты, кВА	10-160; 0,5кВ	160-1600; 10кВ
	ТК	ЖК	ТК	ЖК
Мыс	2,0-1,4	2,2-2,8	2,0-1,2	2,0-2,8
Алюминий	1,3-0,9	1,3-1,8	1,4-1,8	1,4-2,0

 

17-кестеде орташа тоқ тығыздығының жуықтап алынған мәндері көрсетілген, бірақ олар 10% ға ауытқулары мүмкін.

Орауыштарды есептеу барысында орташа тоқ тығыздығы бойынша анықталған көлденең қима ауданы арқылы дөңгелек сым өлшемдерін дұрыс таңдау керек. Кей кезде орташа тоқ тығыздығы бойынша анықталған көлденең қима ауданы тым улкен болса екі сым таңдалынуы мүмкін. Бастысы осы таңдалынған екі сымның көлденең қимасының аудандарының қосындысы тоқ тығыздығы бойынша анықталған көлденең қима ауданына тең болу керек. Сым өлшемдері 18-кестеде келтірілген.

18-кесте ПБ және АПБ маркалы мыс және алюминий дөңгелек сымдардың көлденең қимасы мен оқшаулану өлшемдері. Екі жағының оқшаулану қалыңдығы 2_б=0,30мм.

 

Диаметр,мм	қимасы	Масса ұлғаюы,%	Диаметр,мм	қимасы	Масса ұлғаюы,%	Диаметр,мм	қимасы	Масса ұлғаюы,%
ПБ-мыс маркасы	1,90	2,805	3,5	4,00	12,55	1,5
2,00	3,14	3,0	4,10	13,2	1,5
1,18	1,094	6,0	2,12	3,53	3,0	4,25	14,2	1,5
1,25	1,23	5,5	2,24	3,94	3,0	4,50	15,9	1,5
ПБ-мыс маркасы АПБ-алюминий маркасы	2,36	4,375	2,5	5,00	19,63	1,5
2,50	4,91	2,5	5,20	21,22	1,5
	2,65	5,515	2,5
1,32	1,37	5,0	2,80	6,16	2,5	АПБ- алюминий маркасы
1,40	1,51	5,0	3,00	7,07	2,5
1,50	1,77	4,5	3,15	7,795	2,0
1,60	2,051	4,0	3,35	8,81	2,0	5,30	22,06	1,5
1,70	2,27	4,0	3,55	9,895	2,0	6,00	28,26	1,5
1,80	2,545	3,5	3,75	11,05	1,5	8,00	50,24	1,0

 

Орамның толық қимасы параллель сымдар санымен анықталады, метр квадрат есебімен.

 

П₂= n_в2 П₂^П*10^-6

 

Мұндағы- П₂^П бір орамның қимасы, мм кв. Есебімен. Тоқтығыздығын нақтылай түссек:

 

J_орт =I₂/ П₂

 

ТК орауышының бір қатардағы орамдар саны

 

n_в2 = l болса W_2ряд = l d_2из, немесе n_ф2 ≠ 0 болса W_2ряд =l n_в2*в,

 

Мұндағы:

L- орауыш биіктігі, мм;

d_2из -оқшауланған дөңгеленген сымның диаметрі немесе төртбұрышты оқшауланған сымның үлкен жағы, мм;

в- төртбұрышты оқшауланған сымның үлкен жағы, мм;

W_2ряд -ең жақын кіші бүтін санға жуықталады.

 

ТК орауыштағы қатарлар саны:

V₂ = W₁ /W_2ряд

 

V₂ ең жақын үлкен бүтін санға дейін жуықталады

ТК орауыштың радиалды өлшемі а₂,м немесе ТК орауышының қалыңдығы

а₂= [V₂ d_2из+ δ_мел V2-1]*10^-3

 

Мұндағы d_2из оқшауланғын дөңгелек сымның диаметрі немесе төртбұрышты оқшауланған сымның кіші жағы, мм,

δ_мел орауыштың қатарлары арасындағы оқшаулағыш кабельдік қағаздың жалпы қалыңдығы.

 

Екі қабаттың жұмыстық кернеуі, В

 

U_мел= 2W_2қатар * U_ф

 

Анықталған екі қабаттың жұмыстық кернеуі бойынша 20-кестеден δ_мел мәні алынады.

20-кесте. Көпқатты цилиндрлік орауыштардағы нормальді қабатаралық оқшаулану

 

Орауыштың екі қабатының жұмыстық кернеуі, В	Кабельдік қағаздың қабат саны мен таспа қалыңдығы, мм
150-ге дейін	2 х 0,05
151-200	1 х 0,2
201-300	2 х 0,12
300-1000	2 х 0,12
1001-2000	3 х 0,12
2001-3000	4 х 0.12
3001-3500	5 х 0,12
3501-4000	6 х 0,12
4001-4500	7 х 0,12
4501-5000	8 х 0,12
5001-5500	9 х 0,12

 

ТК орауыштың ішкі диаметрі, м

 

Д_2в= d+2_a01*10^-3

 

ТК орауыштың сыртқы диаметрі, м

 

Д_2н = Д_2в+ 2_а2

 

Бұл өрнектердегі стержень мен ТК орауыш арасындағы канал ені а₀₁ 15-кестеден алынады.

 

Орауыш металл массасы, кг,

G_δ= CπД_орт W П_γо

Мұндағы: С-активті стерженьдер саны, W-орауыштардағы орамдар саны, П- орам қимасы, γ_о –сым материалының меншікті салмағы, Д_орт –орташа диаметр, м орташа диаметр былай анықталады.

Мыс сым үшін γ_м =8900 кг/м, куб, алюминий сымдар үшін

 

Д_ср= Д_2в+Д_2н / 2

 

γ_a = 2700кг/м.куб. Өрнекке π және γ_о мәндерін қойып, мыс сымдар үшін

 

G_м= 28*10^-3 Д_ср WП; (14)

 

Алюминий сым үшін

G_А= 8,47*10³с Д_ср WП; (15)