De axiella och radiella styrkorna hos transformatorlindningar är viktiga för att säkerställa mekanisk stabilitet underkortslutningsförhållandenochtermisk expansionunder drift. Nedan följer de viktigaste kriterierna som används vid design och analys av dessa styrkor:
1. Radiella styrka kriterier
Radial Forces Actutåt eller inåtLängs den lindande omkretsen, försöker utvidga eller komprimera lindningen under kortslutningar. Om den radiella styrkan är otillräcklig kan det leda tillknäckningav lindningarna. Designkriterierna inkluderar:
Tål kortslutningens radiella krafter
Krafter beräknas baserat på den högsta kortslutningsströmmen.
Radiell kraft FRF_RFR beror på magnetfältstyrka och ström:
Fr∝i2 × μ0 × nf_r \\ propo i^2 \\ gånger \\ mu_0 \\ gånger nfr ∝i2 × μ0 × n
Där III är aktuellt är μ0 \\ mu_0μ0 permeabiliteten för ledigt utrymme, och NNN är antalet varv.
Knäckning och bågsstressanalys
Lindningarna bör motstå tryckstress (bågsstress) under kortslutningsförhållanden.
Materialutbytesstyrka, Youngs modul och Poissons förhållande mellan ledaren (t.ex. koppar eller aluminium) beaktas.
Distansdesign och stödringar
Rätt isoleringsavstånd används för att förhindra deformation genom jämnt fördelande krafter över lindningarna.
Termisk expansionskompensation
Material måste ha kompatibla värmeutvidgningshastigheter för att förhindra radiell förskjutning på grund av värmeuppbyggnad.
2. Axiella styrka kriterier
Axial Forces Actlängs längdenav lindningen, vilket får den att antingen komprimera eller sträcka sig. Otillräcklig axiell styrka kan leda tillteleskopisk deformationeller rörelse av lindningsskikt. Följande faktorer beaktas:
Axiella krafter
Krafter beräknas för felströmmar, som genererar både attraktiva och avvisande krafter mellan slingrande skikt.
Kraften FAF_AFA är proportionell mot produkten av felström och magnetisk flödesdensitet:
Fa∝i × bf_a \\ propo i \\ gånger bfa ∝i × b
Förekommande av lindningar
Lindningar är förkomprimerade under montering för att minimera rörelsen under drift. Detta minskar också risken för skiktseparation.
Klämtryck
Tillräckligt klämtrycket bibehålls för att förhindra axiell förskjutning under kortslutningar. Klämsystem med kalibrerade bultar eller pressplattor säkerställer jämn kraftfördelning.
Mekanisk styrka av isolering och stödstrukturer
Isolerande material som används mellan lager (t.ex. pressbräda eller Nomex) måste ha hög tryckhållfasthet för att motstå axiella krafter utan deformation.
3. Materialegenskaper för styrka design
Koppar och aluminium: Måste ha hög draghållfasthet och låg deformation under höga magnetiska krafter.
Pressbräda isolering: Ger mekaniskt stöd och isolering, med hög tryckhållfasthet.
Ok- och kärnklämmor: Används för att förhindra axiell rörelse av lindningarna, utformade för att bära mekanisk stress.
4. Branschstandarder och säkerhetsmarginaler
IEC 60076-5: Anger krav på kortslutning för krafttransformatorer.
IEEE C57.12.00: Ger riktlinjer för kortslutningsstyrka för distributionstransformatorer.
Säkerhetsfaktor: En marginal (vanligtvis 1,1 till 1,5) tillämpas över beräknade spänningar för att redogöra för osäkerheter.
Dessa kriterier säkerställer att lindningarna tål bådamekaniska och termiska spänningarunder transformatorns livslängd, särskilt under felförhållanden.
4o
