Kurzschlusskräfte in Transformatoren

Das Streufeld der Wicklungen beim Stoßkurzschlussstrom, die Radial- und Axialkräfte auf jede Wicklung und die Nachweise nach IEC 60076-5: Ringspannung, Beulen, Kippen der Leiter, Pressung von Distanzstücken und Endringen, Temperatur.

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EINGABEein Strang · mm · MPa

1 · Bemessungsdaten vom Leistungsschild

Bemessungsleistung [MVA] Frequenz [Hz]

OS-Spannung [kV] Leiter US-Spannung [kV] Leiter

OS-Schaltung US-Schaltung

Kurzschlussimpedanz [%] auf der Nennanzapfung X/R von Transformator und Netz zusammen

Kurzschlussleistung des Netzes [MVA] IEC 60076-5 Tabelle 2

2 · Kernfenster ein Schenkel

Kernschenkeldurchmesser [mm] Fensterhöhe [mm] von Joch zu Joch

3 · Wicklungen vom Kern nach außen

Höhen ab dem unteren Joch. Eine Anzapfungslücke führt keine Windungen (Nennanzapfung bei ausgeschalteten Anzapfwindungen). Übereinander angeordnete Wicklungen haben beide Durchmesser gemeinsam.

4 · Kurzschluss IEC 60076-5

Dauer [s] thermisch, 2 s sofern nicht vereinbart Wicklungstemperatur vorher [°C] Umgebung + Erwärmung

Isolation

Beispielwerte, kein reales Gerät. Die Ergebnisse werden bei der Eingabe aktualisiert.

SPITZENSTROM î27.8 × I_r

SPALTFLUSS2.58 T

STREUFELD · r–z, EIN SCHENKEL

AXIALE DRUCKKRAFT ÜBER DIE HÖHE

KRAFT ÜBER DER ZEIT · ERSTE 100 msF ∝ i²

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SO WIRD GERECHNET · MIT IHREN ZAHLEN

Schritt für Schritt, mit Ihren Zahlen

01
Gleichgewicht████ ██ ███████ · ██████ = ██.██
02
Auflagerkräfte████ ██ ███████ · ██████ = ██.██
03
Querkraft████ ██ ███████ · ██████ = ██.██
04
Biegemoment████ ██ ███████ · ██████ = ██.██
05
Durchbiegung████ ██ ███████ · ██████ = ██.██
06
Spannung████ ██ ███████ · ██████ = ██.██

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Quellen: Rabins, AIEE Trans. 1956 — Streufeld konzentrischer Wicklungen; IEC 60076-5:2006 — Kurzschlussstrom, Kurzschlussfestigkeitsnachweise nach Anhang A, Temperatur; Kulkarni & Khaparde, Transformer Engineering (2012) — Beulen und ein veröffentlichter FEM-Fall.

ANNAHMEN & GRENZEN

Kerntransformator mit konzentrischen Zylinderwicklungen auf einem Schenkel. Das Feld ist rotationssymmetrisch: Außenschenkel, Kessel, Ableitungen und Pressstruktur sind darin nicht enthalten.
Kern und Joche unendlich permeabel; der Wicklungsstrom ist gleichmäßig über den Querschnitt verteilt (Windungsdetails und Leiterisolation werden nicht abgebildet).
Die Anzapfungslücke führt keine Windungen (Nennanzapfung bei ausgeschalteten Anzapfwindungen); andere Stufenstellungen verschieben die Amperewindungen und erfordern eine eigene Berechnung.
Spitzenkräfte beim ersten, vollständig verlagerten Stromscheitel (k√2 nach IEC 60076-5 Tabelle 4). Die Axialkraft wird von dem Ende aufgenommen, zu dem die Wicklung gedrückt wird; Pressvorspannung und dynamisches Verhalten des Pressspans sind nicht enthalten.
Mittlere Ringspannung = Radialkraft/(2π × Leiterquerschnitt). Biegung zwischen den Stützstellen: beidseitig eingespannter Balken unter der örtlichen Kraftdichte J·B. Beulen: elastische Ringtheorie mit dem Elastizitätsmodul des Leiters; kaltverfestigte oder vorgedehnte Leiter beulen früher.

HAFTUNGSAUSSCHLUSS · Nur für Ausbildung und Vorbemessung. Die Ergebnisse müssen vor der Verwendung in der Bemessung von einem qualifizierten Ingenieur geprüft werden.

ÜBER DAS 2D-FENSTER HINAUS

Außenschenkel, Ableitungen, Pressstruktur und das dynamische Verhalten des Pressspans — wir führen die Wicklung in eine vollständige elektromagnetische und strukturmechanische 3D-Untersuchung.

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