67733

Проект трехфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой следующей ступени с более низким...

Русский

2014-09-14

859.74 KB

15 чел.

Содержание

Введение………………………………………..…………………………………….3

Задание на курсовой проект…………....………………...…………………………5   

1 Расчет основных электрических величин трансформатора……………….……6

2 Определение основных размеров трансформатора………………..…………….7

3 Выбор конструкции обмоток трансформатора……………………..…………..10

4 Расчет обмотки низкого напряжения………………………………...…………11

5 Расчет обмотки высокого напряжения……………………………….…………13

6 Определение потерь короткого замыкания…………………………..…………16

7 Определение напряжения короткого замыкания……………………...……….18

8 Определение механических сил в обмотках……………………………………19

9 Расчет магнитной системы трансформатора…………………………...………22

9.1 Определение размеров магнитной системы………………………………22

9.2 Расчет массы магнитной системы…………………………………………23

10 Потери холостого хода трансформатора………………………………………25

11 Ток холостого хода…………………………………………………………….29

12 Тепловой расчет трансформатора………………………………………...……31

12.1 Поверочный тепловой расчет обмоток……….…………………………. 31

12.2 Тепловой расчет бака……………………………………………………. 34

12.3 Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла… 38

12.4 Приближенное определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора…………………………………………………………………….39Список литературы………………………………………………………................40

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

В различных отраслях используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВ·А и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВ·А и ниже для однофазных и 5 кВ·А и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВ·А и более для трехфазных и от 5 кВ·А и более для однофазных сетей.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а также для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов — преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.  К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п.

Централизованное производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Реальное использование дешевой электрической энергии непосредственно у потребителей, находящихся на значительном удалении, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточенных на территории страны, требует при этом создания сложных разветвленных электрических сетей.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти- шести- кратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Так, при напряжении на шинах электростанции 15, 75 кВ в современной сети при удалении потребителей от электростанции, питающей сеть, около 1000 км часто применяется такая последовательность шести трансформаций напряжения с учетом падения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 на 242 кВ;

230 на 121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 кВ на 0,4 или 0,69 кВ.

Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой следующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения.

Таким образом трансформатор является неотъемлемой частью при передаче энергии. В курсовой работе рассмотрен трехфазный силовой масляный двухобмоточный трансформатор ТМ-100.

Задание на курсовой проект

Необходимо спроектировать трехфазный силовой масляный двухобмоточный трансформатор с параметрами, удовлетворяющими ГОСТ 11677- 85 и ГОСТ 11920- 73, которые должны быть получены с заданной точностью.

В задании на курсовой проект двухобмоточного трансформатора указаны следующие данные.

1. Полная мощность трансформатора S=100 кВА;

2. Номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения U=400 В;

3. Номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения

   U=10000 В;

4. Потери короткого замыкания PK=1970 Вт;

5. Потери холостого хода P0=330 Вт;

6. Напряжение короткого замыкания UK=4,5 %;

7. Ток холостого хода I0=2,6 %;

8. Схема и группа соединения обмоток  (числитель — схема обмотки ВН,

    знаменатель — схема обмотки НН); Y/∆ - 11;

9. материал обмоток – медь;

   Частота 50 Гц.

1 Расчет основных электрических величин трансформатора

        1. Мощность одной фазы, кВA

                                  кВА,

где m- число фаз, m = 3.

2. Мощность на один стержень, кВA

                                   кВА,

где с - число активных стержней, несущих обмотки трансформатора. Для силовых масляных трехфазных трансформаторов с = m = 3.

3. Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения, А

 A,

        4. Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения, А

 A,

         5. Номинальные фазные токи и напряжения обмотки низкого напряжения:

5.1 При соединении обмотки в треугольник

В,

А,

        6. Номинальные фазные токи и напряжения обмотки высокого напряжения:

6.1 При соединении обмотки в звезду

А,

В,

        7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания,  %

%,

        8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания,  %

%,


2 Определение основных размеров трансформатора

 

Диаметр окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, является первым основным размером трансформатора и рассчитывается по формуле

                                    

Расчет и выбор величин, входящих в формулу:

1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВ·А

кВ·А

2. Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, см

,

см

Размер канала между обмотками ВН и НН определяется, как изоляционный промежуток и может быть выбран из таблице 8 [1].

Суммарный приведенный размер обмоток ВН и НН может быть приближенно определен по формуле

см

см.

 3. Значение приближенно равно отношению средней длины витка обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора.

 4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять

5. Частота .

6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

%

7. Индукция в стержне магнитной системы.

Тл

8. - коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описывающего сечение стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции и рассчитывается по формуле:

,

,

,

где - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры;

       -  коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и не плотность запрессовки листов.

см

Полученное значение диаметра стержня округляем до ближайшего нормализованного диаметра см.

Второй основной размер трансформатора — средний диаметр канала между обмотками может быть предварительно приближенно определен по формуле

см.

Радиальный размер обмотки НН а1, см, можно приблизительно сосчитать по формуле:

где k1 = 1,1 – для трансформаторов мощностью 25 – 630 кВА.

Радиальные размеры осевых каналов между стержнем и обмоткой НН и между обмотками НН и ВН

см,

см.

      Третий основной размер трансформатора — высота обмоток определяется по формуле

см,

где - коэффициент, зависящий от материала обмоток и габарита  трансформатора.

После расчета основных размеров трансформатора определяется активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали,

,

Электродвижущая сила одного витка, В

В.


3 Выбор конструкции обмоток трансформатора

Основные критерии выбора типа обмотки — номинальный фазный ток, мощность трансформатора на одну фазу обмотки и номинальное фазное напряжение , а также поперечное сечение витка .

Для расчета поперечного сечения витков обмотки ВН и НН необходимо определить среднюю плотность тока в обмотках, А / обеспечивающую получение заданных потерь короткого замыкания для этого можно воспользоваться формулой

для медных обмоток:

,

где - коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в    отводах, в стенках бака, = 0,97

Предварительное сечение витка

обмотки НН                         ,

обмотки ВН                        ,

После определения предварительного сечения витка нужно выбрать тип обмотки НН и ВН. Следует отметить, что в случае, когда возможно применение двух различных типов обмотки, следует отдавать предпочтение типу более простому и дешевому.

Обмотку НН выбираем цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного провода, обмотку ВН – цилиндрическую многослойную обмотку из провода круглого сечения.

Проверяем обмотки по их максимальному размеру

где q ≤ 1200 – 1400 Вт/м2 – плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности обмотки.


4 Расчет обмоток низкого напряжения трансформатора

  

            Число витков на фазу обмотки

.

 Полученное значение округляем до целого числа и уточняем значение  .

В.

Действительная индукция в стержне, Тл

Тл,

где -  уточненное значение ЭДС одного витка.

Выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.

По предварительному сечению из сортамента круглого обмоточного провода подбираем провод подходящего сечения.

,

где ПБ – марка провода;

     2- число параллельных проводов;

     4,25 – размеры провода без изоляции;

     4,65 – размеры провода с изоляцией.  

Полное сечение нитка,

мм2

где - сечение одного провода.

Уточненная плотность тока обмотки ВН, значения которой применяется в дальнейших расчетах,

Число витков в слое

,

Причем обмотки ВН и НН имеют одинаковую высоту l2 = l1 = l.

Число слоев обмотки

Рабочее напряжение двух соседних слоев

В.

По рабочему напряжению двух слоев выбирают число слоев кабельной бумаги и общую толщину изоляции между двумя слоями обмотки - мсл, мм.

Число слоев кабельной бумаги для напряжения двух соседних слоев равному 254,21 В получаем nмсл = 2.

Тогда общая толщина изоляции между двумя слоями:

мсл = 2·0,12 = 0,24 мм.

Радиальный размер обмотки, см

см

см.

Наружный диаметр обмотки, см,

см.

Поверхность охлаждения обмотки, м2

где n = 1; D1 = 0; k = 0,88 – для одной катушки.


5 Расчет обмоток высокого напряжения трансформатора

В масляных трансформатора мощностью от 25 до 200 000 кВА ПБВ (регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки после отключения обмоток трансформатора от сети) предусмотрено выполнение в обмотке ВН четырех ответвлений на +5%; +2,5%; -2,5%;-5% номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

Выбираем схему размещения регулировочных ответвлений в трансформаторе с ПБВ показанную на рисунке 5.1.


Рисунок 5.1- Схема регулирования напряжения

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении определяется по формуле                           

Число витков для одной ступени регулирования

Число витков обмотки на отводах:

а) верхние ступени напряжения

б) при номинальном напряжении

в) нижние ступени напряжения

Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по формуле,

          Предварительное сечение витка обмотки ВН, мм2

мм2

Выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.

По предварительному сечению из сортамента круглого обмоточного провода подбираем провод подходящего сечения.

,

где ПБ – марка провода;

     1- число параллельных проводов;

      – размеры провода без изоляции;

      – размеры провода с изоляцией.  

Полное сечение нитка,

мм2

где - сечение одного провода.

Уточненная плотность тока обмотки ВН, значения которой применяется в дальнейших расчетах,

Число витков в слое

,

Причем обмотки ВН и НН имеют одинаковую высоту l2 = l1 = l.

Число слоев обмотки

Рабочее напряжение двух соседних слоев

В.

По рабочему напряжению двух слоев выбирают число слоев кабельной бумаги и общую толщину изоляции между двумя слоями обмотки - мсл, мм.

Число слоев кабельной бумаги для напряжения двух соседних слоев равному 1189 В получаем nмсл = 3.

Тогда общая толщина изоляции между двумя слоями:

мсл = 3·0,12 = 0,36 мм.

Радиальный размер обмотки, см

см,

где а22’=5 мм – ширина масляного канала между катушками.

см.

Наружный диаметр обмотки, см,

см.

Расстояние между осями соседних стержней

см,

где а22 = 8 мм – минимально допустимое изоляционное расстояние между  обмотками ВН соседних стержней.

Поверхность охлаждения обмотки, м2

где n = 1,5; D2 = 0; k = 0,83 – для двух катушек.

По испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора определяем по таблице 8 [1]:

а) размеры канала между обмотками НН и ВН см;

б) толщину цилиндра  между обмотками см;

в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки см;

г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней см;

д) расстояние обмотки ВН от ярма см.


6 Определение потерь короткого замыкания

Потери в обмотках и отводах рассчитываются для рабочей температуры обмоток +75 С. Отклонение расчетных потерь короткого замыкания от заданных не следует допускать более +5%

1. Масса обмотки НН, кг,

кг

2. Масса обмотки ВН, кг,

кг

3. Коэффициент добавочных потерь, который зависит от геометрических размеров проводников обмоток и их расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора, выбирается для каждой обмотки:

Для круглого сечения:

Коэффициент добавочных потерь обмотки НН:

где n – число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном к направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

m – число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению магнитной индукции поля рассеяния;

a – размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния;

d – диаметр круглого провода;

l – общий размер обмотки (высота).

Коэффициент добавочных потерь обмотки ВН

,

4. Электрические потери в обмотках низкого напряжения с учетом добавочных потерь, Вт,

Вт

5. Электрические потери в обмотке высокого напряжения с учетом добавочных потерь, Вт,

Вт

6. Плотность теплового потока обмотки НН (потери в обмотке НН, отнесенные к единице охлаждаемой поверхности),

7. Плотность теплового потока обмотки ВН,

8. Расчет электрических потерь в отводах сводится к определению длины проводников и массы металла в отводах:

а) сечение отвода принимается равным сечению витка

;

б) длина проводов отводов ,см,

при соединении НН – ∆:   см

при соединении ВН – Y: см

в) масса металла проводов отводов, кг

НН:           кг

ВН:            кг,

где vМ = 8900 кг/м3.

г) электрические потери в отводах

Вт

Вт,

где k - коэффициент, зависящий от материала обмоток, медь – k = 2,4.

9. Потери в стенках бака и других стальных деталях — потери на гистерезис и вихревые токи от полей рассеяния обмоток и отводов трансформатора.

Вт,

где k = (0,015 - 0,02)  - коэффициент для мощности до 1000 кВА.

10. Полные потери короткого замыкания, Вт,

Вт.

Погрешность:  0,7%


7 Определение напряжения короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания Uk% может отличаться от заданного значения не более 5%.

1. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %

2. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

3. Напряжение короткого замыкания трансформатора, %

Погрешность: -0,17%


8 Определение механических сил в обмотках

Механические силы возникают в результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем рассеяния, создают механические напряжения в обмотках и частично передаются на элементы конструкции трансформатора.

При нормальной работе трансформатора эти силы не велики, однако в режиме короткого замыкания, которое сопровождается увеличением токов в обмотках в десятки раз по сравнению с номинальными токами, эти силы возрастают в сотни раз и способны привести к разрушению обмотки, к деформации или разрыву витков или к разрушению опорных конструкций.

Силы, действующие на обмотки трансформатора, как показано на рисунке 6, можно разделить на радиальные и осевые. Радиальные силы возникают в результате взаимодействия различных обмоток. Эти силы внешнюю обмотку растягивают, а внутреннюю — сжимают. Осевые силы возникают в результате взаимодействия элементов одной обмотки и сжимают обмотку в одном направлении. Как видно из рисунка 8.1, осевые силы зависят от взаимного расположения обмоток. Осевые силы оказывают давление на межкатушечную, межвитковую и опорную изоляцию обмотки, для которой должна быть обеспечена прочность на сжатие. Прочность металла проводов при сжатии в этом случае считается достаточной.

а) при одинаковой высоте обмоток; б) при укороченной наружной обмотке;

в) радиальных сил на катушки обмотки

Рисунок 8.1 - Действие осевых и радиальных сил на обмотку двухобмоточного трансформатора

Радиальные силы, как уже отмечалось, оказывают различное воздействие на наружную и внутреннюю обмотки трансформатора. Они наиболее опасны для проводов внутренней обмотки, испытывающих сжатие и изгибающихся под действием радиальных сил в пролетах между рейками, на которых намотана обмотка.

Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает:

а) определение наибольшего установившегося и наибольшего ударного тока;

б) определение механических сил взаимодействия между обмотками и их частями;

в) определение механических напряжений в изоляционных опорных и междукатушечных конструкциях и в проводах обмоток;

г) определение температуры обмоток при КЗ.

1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания для трансформаторов мощностью менее 1 МВА определяется по приближенной формуле, А,

А

А

2. Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания, А,

А,

А,

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания:

.

3. Радиальная сила, действующая на обмотки НН, Н

Радиальная сила, действующая на обмотки ВН, Н

4. Напряжение сжатия от радиальной силы во внутренней обмотке НН

Мпа

Для обеспечения стойкости обмотки не должна быть в медных обмотках более 30, алюминиевых более 15 МПа.

           5. Осевая сила, Н,

Н,

 Н.

6. Конечная температура обмотки °С, через время с, после возникновения короткого замыкания:

НН:         0С

ВН:         0С

где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах

              масляного трансформатора, принимаемая при коротком замыкании на

              сторонах с номинальном напряжением 35 кВ и ниже 4 с;

      - плотность тока при номинальной нагрузке,

      - начальная температура обмотки, обычно принимаемая за 90°С.

Предельно допустимая температура обмоток при КЗ, установленная ГОСТ 11677-85, составляет для меди 250°С.

7. Время, в течение которого медная обмотка достигает температуры 250 С

НН:                       с

ВН:                       с


9 Расчет магнитной системы трансформатора

9. 1 Определение магнитной системы

Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня, см

см2

Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения ярма, см

см2

После определения площади ступенчатых фигур необходимо рассчитать активные сечения стержня и ярма .

Активное сечение стержня,

см2

Активное сечение ярма,

см2

где - коэффициент заполнения стали

             После определения полных и активных сечений стержня и ярма для плоской шихтованной магнитной системы находят её основные размеры - длину стержня и расстояние между осями стержней  (рисунок 9.1).

см,

Расстояние между осями соседних стержней, см,

см,

где- внешний диаметр обмотки ВН, см;

      - расстояние между обмотками соседних стрежней,   определяемое классом изоляции обмотки ВН, мм.

Значение С округляем до 0,5 см. см.

9.2 Расчет массы магнитной системы

Масса стали в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнитной системы определяется путем суммирования масс прямых участков и углов. Углом магнитной системы называется её часть, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых призматических поверхностей одного из ярм и одного из стержней (рисунок 9.2).

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг

кг,

где - плотность холоднокатаной стали,

Vу = 1194 см3 – объем одного угла магнитной системы.

           Масса стали ярм может быть определена как сумма двух слагаемых:

- массы частей ярм, заключенных между осями крайних стержней

- массы стали в частях ярм, заштрихованных на рисунке 9.1.

кг.

кг.

Полная масса двух ярм, кг,

кг

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется как сумма двух слагаемых

кг,

где - масса стали стержней в пределах окна магнитной системы;

- масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма (места, заштрихованные на рисунке 9.2), кг.          

Величины и определяются соотношениями:

кг,

кг,

где - ширина пластины первого пакета ярма (рисунок 9.2).

Полная масса стали плоской магнитной системы, кг

кг.


10 Потери холостого хода трансформатора

Режим работы трансформатора при питании одной из его обмоток от источника переменного напряжения при разомкнутой второй обмотке называется режимом холостого хода. Потери, возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном напряжении на первичной обмотке и номинальной частоте, называются потерями холостого хода. Основную часть потерь холостого хода составляют магнитные потери - потери в активной стали магнитной системы, которые могут бить разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов.

           В трансформаторах трехстержневой конструкции с взаимным расположением стержней и ярм  плоская трехфазная шихтованная магнитная система собирается (шихтуется) из пластин холоднокатаной анизотропной стали с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой или бандажами, а ярм - ярмовыми балками или балками с полубандажами. Варианты плана шихтовки магнитной системы приведены на рисунке 10.1.

а) косые стыки в шести углах;

б) косые стыки в четырех и прямые – в двух углах.

Рисунок 10.1 - Варианты плана шихтовки магнитной системы.

Для варианта шихтовки на рисунке 10.1(б) с магнитной системой, имеющей четыре косых угла на крайних и два прямых угла на средних стержнях, потери холостого хода могут быть рассчитаны по формуле.

Выбираем сталь 3404 с толщиной листа 0,3 мм.

,

где и - удельные потери в 1 кг стали стержня и ярма, зависящие от                          индукции и , марки и толщины стали, =1,15 Вт/кг,       =1,07 Вт/кг,

- удельные потери в зоне шихтованного стыка, =375 Вт/м2,

и - коэффициенты, учитывающие влияние технологических факторов на  потери холостого хода, =1,05, =1;

- коэффициент увеличения потерь в углах магнитопровода, =10,45;

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, =1;

, - коэффициенты, учитывающие влияние прессовки стержня и                         перешихтовку верхнего ярма на увеличение потерь, =1,03,   =1,01

- число стыков различной формы;

- площади зазора для прямых и косых стыков,

Удельные потери , и для значений индукции от 1,3 до 1,8 Тл приведены в таблице 5 [2].

Для определения величины и необходимо рассчитать реальные значения индукции в стержне и ярме :

Тл,

Тл,

где - напряжение одного нитка после уточнения числа витков обмотки НН и - активные сечения стержня и ярма.

Общее увеличение удельных потерь по всему объему заштрихованных частей во всех углах магнитной системы определяется коэффициентом

где - коэффициент увеличения потерь для крайних стержней,

      - коэффициент увеличения потерь для средних стержней.

Рисунок 10.2- Части магнитной системы

Для диапазона индукции 0,9 - 1,9 Тл коэффициент , для прямых и косых стыков может быть принят по таблице 6 [2].

           Величина удельных потерь Рз для холоднокатаной стали приведена в таблице 5 [2]. Индукция для определения Рз при прямых стыках принимается равной индукции в стержне для стыков, перпендикулярных оси стержня, и индукции в ярме для стыков, перпендикулярных оси ярма для косых стыков следует принимать:

Тл,

Площадь зазора (стыка) принимается для прямых стыков равной активному сечению стержня или ярма для косых стыков:

Форма сечения ярма может влиять на распределение индукции по сечению ярма и стержня. Если число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну- две ступени от числа ступеней в сечении, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, = 1,0.

Для прессовки стержней и ярм при сборке остова трансформатора используются различные конструктивные детали. Способ прессовки может быть выбран в соответствии с рекомендациями таблицы 7 [2] в зависимости от мощности трансформатора.

Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Продольная резка полосы рулона стали на ленты и поперечная резка ленты на пластины приводят к возникновению внутренних механических напряжений в пластинах и увеличению удельных потерь в стали.

Это увеличение может быть учтено введением коэффициента который для отожженной стали марки 3404 принимаем равной 1,05.

При нарезке пластин из полосы рулона на линии среза образуются заусенцы. Удаление этих заусенцев при помощи ножей приводит к повышению удельных потерь, которое может быть учтено коэффициентом для отожженных пластин.          

Перешихтовка верхнего ярма остова при установке обмоток приводит к увеличению потерь, учитываемому коэффициентом .При мощности трансформатора до 250 кВА = 1,01.

Выражение определяет потери в зоне стыков пластин магнитной системы с учетом числа стыков различной формы, площади зазора Пз для прямых стыков, индукции в зазоре Вз и удельных потерь рз при этой индукции таблица 5 [2].

Погрешность: -0,67%


11 Ток холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода обусловлена наличием потерь холостого хода.

%,

Для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы современной трехстержневой конструкции, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой или бандажами, а ярм - ярмовыми балками с полубандажами, полная намагничивающая мощность может быть рассчитана по формуле

,

где , , - масса стали стержней и отдельных частей ярм, определяемых так же, как и при расчете потерь холостого хода, кг =92,94 =88,13  =8,81;

, - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм по таблице 10 [2]; =1,511 , =1,36

- удельная намагничивающая мощность для зазоров, определяемая по таблице 10 [2]     для различных значений индукции прямых и косых стыков, вычисленных при расчете потерь холостого хода, =7400;

- площадь зазора, определенная при расчете потерь холостого хода;

- коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины; для стали марки = 1,18;

- коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев; для отожженных пластин = 1;

- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке магнитной системы, определяется по таблице 7 [2]  =1,045;

- коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма при сборке равный 1,01 при мощности до 250 кВА.

- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности во всех углах магнитной системы, его величину можно определить по таблице 8 [2] в зависимости от формы стыков =42,45.

где и  - коэффициенты, зависящие от формы стыков в крайних и средних стержнях.

         Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода в процентах от номинального тока

%

Ток холостого хода

%

Погрешность -9,58%


12 Тепловой расчет трансформатора

12.1 Проверочный тепловой расчет обмоток

        Прежде всего, необходимо определить внутренний перепад температуры в обмотке. Расчетная формула для определения внутреннего перепада температуры зависит от типа обмотки.

Рисунок 12.1 – К расчёту внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного провода

        Внутренний перепад температуры обмотки НН,

0С,

где а – радиальный размер катушки,

р – потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки.

Потери

Вт/м3,

где kр – коэффициент, зависящий от материала обмотки: для медного провода

kр =1,68.

Средняя теплопроводность обмотки

Теплопроводность   междуслойной   изоляции  λмс   находится  по  таблице 11[2].   

Средняя условная теплопроводность обмотки без учёта междуслойной изоляции

,

где λиз – теплопроводность материала изоляции витков.

        Внутренний перепад температуры обмотки ВН,

0С,

где а – радиальный размер катушки,

р – потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки.

Потери

Вт/м3,

где kр – коэффициент, зависящий от материала обмотки: для медного провода

kр =1,68.

Средняя теплопроводность обмотки

Теплопроводность   междуслойной   изоляции  λмс   находится  по  таблице 11[2].   

Средняя условная теплопроводность обмотки без учёта междуслойной изоляции

,

где λиз – теплопроводность материала изоляции витков.

Средний перепад температуры составляет 2/3 полного перепада

НН:                       

ВН:                      

Перепад температуры на поверхности обмотки

НН:               

ВН:               ,

Коэффициент k1 учитывает затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН и может быть принят равным:

Для наружных обмоток ВН     k1 = 1,0;

Для внутренних обмоток НН    k1 = 1,1.

Коэффициент k2 учитывает влияние на конвекцию масла относительной ширины горизонтальных масляных каналов и может быть определен по таблице 13[2]  в зависимости от отношения высоты к глубине канала (ширине обмотки).   

Среднее превышение температуры над средней температурой масла

НН:                      

ВН:                     


12.2 Тепловой расчет бака

Для определения требуемой величины поверхности конвекции бака со всей системой охлаждения необходимо рассчитать среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом

где- перепад температуры между маслом и стенкой бака, составляет 5-6 ,

- среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки.

Величина среднего превышения температуры масла, омывающего обмотки, определяется выражением

Полученное выше значение должно удовлетворять неравенству, вытекающему из требования ГОСТ - превышение температуры верхних слоев масла над воздухом не должно превышать 60°С для трансформаторов с расширителем.

Для определения размеров бака необходимо выбрать следующие минимальные расстояния:

- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние этого отвода до стенки бака;

- диаметр изолированного отвода обмотки ВН, при классах напряжения 10 и 35 кВ и мощности до 10000 кВА;

- изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН;

- изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака;

- диаметр изолированного отвода от обмотки НН, или размер неизолированного отвода НН.

        

Минимальные внутренние размеры бака определяются по рисунку 12.2.

Минимальная ширина, см,

см

Принимаем В=40 см.

Рисунок 12.2- К определению основных размеров бака

         

 Минимальная длина бака, см,

см

см

Принимаем А=91см.

Глубина бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма до крышки бака, обеспечивающим размещение внутренних частей проходных изоляторов, отводов и переключателей, если переключатели крепятся под крышкой бака.

Высота активной части, см,

см,

где n - толщина подкладки под нижнее ярмо.

Общая минимальная глубина бака, см,

см,

см.

Принимаем Н=81 см.

           Поверхность излучения, м2

м2,

где - коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкого бака, =1,5.

После приближенного расчета поверхности излучения бака рассчитывается поверхность конвекции бака , необходимая для получения найденного выше значения среднего превышения температуры стенки бака над воздухом

м2

          По данным таблицы 20 [2] подбираем соответствующее число и размеры одинарных или двойных трубчатых радиаторов.

          Выбираем радиатор с прямыми трубами в два ряда.

12.3 Окончательный расчет превышений температуры             обмоток и масла

          

После окончательного установления размеров бака и определения поверхностей излучения и конвекции необходимо подсчитать действительные превышения температуры обмоток и масла над температурой воздуха. Подсчет производится для потерь, повышенных на 5%.

В этом случае среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха определяется выражением

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака

,

где - сумма поверхностей конвекции гладкой части, труб, крышки без учёта  ухудшения конвекции;

– коэффициент, равный 1 при естественном масляном охлаждении.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха,

           Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывается для обмоток ВН и НН отдельно

НН:                   

ВН:                   

12.4 Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора

Масса активных материалов трансформатора с достаточной точностью определяется при его расчете. Точные массы конструктивных материалов и масла трансформатора могут быть найдены только после подробной разработки его конструкции. Однако в процессе расчета для оценки экономичности различных вариантов необходимо приблизительно определить эти массы.

Масса конструктивной стали остова может быть приближенно принята 0,1 суммарной массы провода обмоток и стали магнитной системы. Масса картона в изоляции обмоток зависит от мощности и класса напряжения трансформатора. С ростом мощности относительная масса картона уменьшается. Для трансформатора с медными обмотками можно принять массу картона 0,12 - 0,15 массы провода при классах напряжения 6, 10, 35 кВ.

Масса картона

кг

кг

Масса активной части

кг

кг

Определение массы масла

м3

Объём активной части

м3

Масса масла

кг

Список литературы

1. Григорьев, В.Ф. и др. Расчет трехфазного силового масленого трансформатора. – Екатеринбург: Издательство УрГУПС, 2001. – Ч.1. – 57с.

2. Григорьев, В.Ф. и др. Расчет трехфазного силового масленого трансформатора – Екатеринбург: Издательство УрГУПС, 2001. – Ч.2. – 52с.

3. Сапожников, Л.В. Конструирование трансформаторов - М.: Госэнергоиздат, 1959. –360с.

4. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с.: ил.  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84860. Письмовий твір на основі власних спостережень «Перші кроки весни» 42.5 KB
  Мета: Вчити дітей спостерігати за змінами в природі навесні, встановлювати причинно – наслідкові залежності між явищами живої і неживої природи, писати зв’язні висловлювання. озвивати вміння викладати свої думки, збагачувати словниковий запас учнів.
84861. Текст-опис весняної квітки 154 KB
  Мета: вчити учнів самостійно складати текст-опис за поданими запитаннями, малюнком та власними спостереженнями; збагачувати словниковий запас; розвивати зв’язне мовлення, спостережливість, мислення; виховувати бережне ставлення до природи.
84862. Закріплення та узагальнення знань про слова, які означають назви предметів 145 KB
  Повторити і поглибити знання учнів про слова, які є назвами предметів. Удосконалювати вміння розпізнавати їх серед інших слів, будувати з ними речення. Закріплювати навички написання слів з великої літери. Розширювати словниковий запас учнів, розвивати творчу уяву, навички діалогічного і монологічного мовлення.
84863. Позначення буквами я, ю, є, ї двох звуків. Спостереження за позначення сполучення йо 395.5 KB
  Мета уроку: закріпити знання учнів про букви я ю є ї; зосередити увагу на випадках коли вони позначають два звуки; вчити учнів на слух розрізняти слова в яких букви я ю є ї позначають два звуки; спостерігати за позначенням буквосполучення йо вчити правильно переносити слова з цим буквосполученням...
84864. Узагальнення знань про розповідні, питальні і спонукальні речення 59.5 KB
  Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів про речення; закріпити навички правильного інтонування речень та вміння перебудовувати речення одного виду в речення іншого виду за метою висловлювання; формувати вміння переключатися з одного виду роботи на інший засередженно слухати вчителя...
84865. Слова, які означають назви предметів. Складання речень 59.5 KB
  Мета: ознайомити дітей зі словами, які означають назви предметів, розширити й поглибити знання учнів про слова – назви предметів, вчити розпізнавати ці слова у мовленні, складати з ними речення; розвивати вміння групувати слова, класифікувати предмети.
84866. Наголос. Наголошені й ненаголошені склади і звуки 47.5 KB
  Мета: Вчити вмінню розпізнавати наголошені і ненаголошені склади. Закріпити вміння учнів ділити слова на склади. Оголошення теми уроку Ми з вами сьогодні на уроці будемо вчитися виділяти наголошені і ненаголошені звуки та склади в словах а також повправляємось у визначенні наголосу слів.
84867. Моя країна – Україна 76.5 KB
  Мета: удосконалення знань учнів про красу української мови її милозвучність і мелодійність; формування навичок виразного читання уміння аналізувати зміст прослуханого робити висновок; виховання любові до України рідної мови українського народу національної свідомості у дітей.
84868. Уявлення про слова-назви предметів 49 KB
  Уявлення про слованазви предметів. Ознайомити дітей зі словами які означають назви предметів розвивати вміння класифікувати предмети та ставити питання до назв конкретних предметів і назв істот; збагачувати словниковий запас учнів; розвивати спостережливість зв’язне мовлення...