75791

Расчет электрической части силовых трансформаторов

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Силовыми трансформаторами называют трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей. Данные трансформаторы являются определяющими трансформаторами рассматриваемыми для данной специальности, то есть основными...

Русский

2015-01-26

379.5 KB

3 чел.

Липецкий государственный технический университет

Кафедра электрооборудования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электрические машины»

Расчет электрической части силовых трансформаторов

подстанций Вариант 4

Студент                                      ______________                       Иванищев Д.Л.

Группа ЭО-10-1

Руководитель

                                                   ______________                           Костина И.И.

Липецк 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Задание на курсовую работу 4

1. Определение основных электрических параметров 6

2. Определение основных размеров трансформатора 7

3. Расчёт обмоток низкого и высокого напряжения 10

3.1. Расчет   обмотки НН 10

3.2. Расчет  обмотки ВН 13

4. Определение  параметров  короткого  замыкания 16

5. Окончательный расчёт магнитной системы 21

6. Определение параметров холостого хода 23

7. Сравнение параметров, полученных в результате расчёта  

в п.п. 4, 5 и 6 с паспортными  данными 27  

Заключение 28

Библиографический  список 29


Введение

Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования (понижения или повышения) напряжения в сетях переменного тока. Трансформатором также называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока или несколько других систем переменного тока. При помощи трансформаторов  повышают или понижают напряжение, изменяют число фаз, и в некоторых случаях преобразуют частоту переменного тока. Трансформаторы представляют собой наиболее распространенный и наиболее важный тип электрических машин. Они широко используются для следующих целей: передача и распределение электрической энергии. Распределение электрической энергии между промышленными предприятиями, населенными пунктами, в городах и сельской местностях, а также внутри промышленных предприятий производится по воздушным и кабельным линиям. Следовательно во всех распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение.

Силовыми трансформаторами называют трансформаторы, служащие для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем и электропотребителей. Данные трансформаторы являются определяющими трансформаторами рассматриваемыми для данной специальности, то есть основными для электрооборудования крупных предприятий и сетей электроснабжения.


Задание  на  курсовую  работу

Для заданного трехфазного трансформатора паспортные данные которого приведены ниже (см. табл. 1) выполнить следующие расчетные действия.

1. Определить линейные, фазные токи и напряжения обмоток ВН и НН.  

2. Определить  главные  размеры  трансформатора.

2.1. Выбрать  конструкцию  магнитной  системы.

2.2. Выбрать  марку  стали и толщину  стальных листов, вид их изоляции, индукцию магнитной  системы.

2.3.  Выбрать  проводниковый материал обмоток.

2.4. Предварительно выбрать  конструкции обмоток.

2.5. Выбрать конструкцию и размеры основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.

2.6. Определить  диаметр  стержня,  высоту  обмотки и активное сечение стержня.

2.7. Провести предварительный  расчёт  магнитной  системы.

3. Рассчитать  обмотки  низкого  и  высокого  напряжения

3.1. Выбрать  тип  обмоток  НН  и   ВН.

3.2. Рассчитать  обмотки  НН.

3.3. Рассчитать  обмотки  ВН.

4. Определить  параметры  короткого  замыкания

4.1. Определить потери  короткого  замыкания.

4.2. Определить напряжение  короткого  замыкания.

4.3. Определить механические  силы  в  обмотках.

5.  Провести  окончательный  расчёт  магнитной  системы.  

5.1. Определить  размеры  пакетов  и  активных  сечений  стержня  и  ярма.

5.2. Определить  массы  стержней  и  ярма  к  общей  массе  активной  стали;

6. Определить  параметры  холостого  хода

6.1. Определить потери  холостого  хода;

6.2. Определить ток  холостого  хода;

7. Сравнить  параметры,  полученные  в  результате  расчёта  в  п.п. 4, 5, 6  с  паспортными  данными  трансформатора.

Таблица  1. Паспортные  данные  трансформатора  ТМ-100/10

Вариант

Тип трансформатора

Верхний

предел  UН,

кВ

UК %

IО %

Потери, кВт

Масса, т

Холостого  хода

Короткого замы - кания

Сталемагнитной  системы

Металла  обмотки

Масла

Всего трансформатора

ВН

НН

4

ТМ-100/10

Y/Y0 – 0

10

0,4

4,5

2,6

0,365

1,970

0,214

0,063

0,220

0,720

1 Определение основных электрических параметров

Обмотки высшего и низшего напряжений трансформатора соединены в «звезду» с выведенными нейтралями.

Номинальный линейный ток обмотки ВН равен:

.

Фазный ток обмотки ВН трансформатора равен линейному току:

IФ = I = 5,77, А.

Фазное напряжение обмотки ВН трансформатора равно:

.

Номинальный линейный ток обмотки НН равен:

.

Фазный ток обмотки НН трансформатора равен линейному току:

IФ = I = 144,34, А.

Фазное напряжение обмотки НН трансформатора равно:

.

2 Определение основных размеров трансформатора

Подавляющее  большинство  современных  трансформаторов  выполняется  с  плоской  магнитной  системой  (магнитопроводом)  стержневого  типа,  с  вертикально  расположенными  стержнями,  имеющими  поперечное  сечение  в  виде  ступенчатой  фигуры,  вписанной  в  окружность,  и  с  обмотками  в  виде  круговых  цилиндров.

Выберем  из  справочного  материала  число  ступеней  в  сечении  стержня,  ориентировочный  диаметр  стержня  d  и  коэффициент  заполнения  площади  круга  площадью  ступенчатой  фигуры  kКР для  масляных  трансформаторов: число  ступеней = 6,  d=0,14,  м,  kКР=0,92.

Так  как  d < 0,36, м,  то  охлаждающих  каналов  в  сечении  стержня  не  будет. Так  как  мощность  трансформатора  S < 630,  кВА,  и  d < 0,22, м,  то  прессовка  набора  пластин  стержня  осуществляется  путём  забивания  деревянных  стержней  и  планок  между  стержнями  магнитной  системы  и  обмоткой  НН.  

Выбираем  сталь  марки 3404  с  рекомендуемой  индукцией  ВС =1,55-1,60, Тл,  с  толщиной  стали  0,35, мм   и  с  электроизоляционным  термостойким  двусторонним  покрытием,  выдерживающим  отжиг  при  температуре  до  820С.  Выберем  коэффициент  заполнения  сечения  пакета  сечением  стали: kЗ=0,96. Определим  коэффициент  заполнения  сталью,  т.е.  отношение  активного  сечения  стержня  к  площади  круга  с  диаметром,  равным  диаметру  стержня  трансформатора:  kС = kКРkЗ=0,920,96=0,883.

Так как трансформатор меньше 16000 кВА, то его обмотки делаются из алюминиевого провода.

Ориентировочное сечение витка равно:

 

Обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 3,61 А цилиндрическая  многослойная из круглого провода. Выберем конструкцию обмотки низшего напряжения.

Средняя плотность также равна 1,6 А/мм2.

мм2.

Обмотка НН при напряжении 0,4 кВ и токе 144,34 А: двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода.

Выбор конструкции и размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.

Согласно классу напряжения обмоток трансформатора по ГОСТ 1516.1-76 и ГОСТ 2069.0-75 выбираем конструкцию и размеры основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток:

От НН до ярма  – ℓ01=15 мм;

От НН до стержня – a01 = 4 мм;

От ВН до ярма – ℓ02 =20 мм;

Между ВН и НН – а12=9 мм;

Междуфазное расстояние a22 – 10 мм.

Диаметр стержня предварительно определяется по формуле:

,

Мощность на один стержень:

кВА.

Ширина приведенного канала рассеяния определяется по формуле:

.

Размер  предварительно определяют по формуле:

Получаем:

Коэффициент соотношения размеров β приближенно равно 1,4.

Коэффициент Роговского равен kp = 0,95.

Частота f = 50, Гц.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания равна:

,%.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания равна:

%.

Индукция в стержне В = 1,6 Тл.

Коэффициент заполнения сталью kc = 0,883.

Подставляем значения в формулу диаметра стержня:

мм.

Полученный диаметр округляем до ближайшего по нормализованной шкале СЭВ, получаем диаметр D0=12,5 см.

Средний диаметр осевого канала  D12 равен:

D12 = aср·D0=1,47·12,5=18,4, см.

 

Высоту обмотки трансформатора определяем по формуле:

см.

 

Определим активное сечение стержня:

м2.

3 Расчёт обмоток низкого и высокого напряжения

3.1 Расчет цилиндрических обмоток НН, двухслойных и однослойных из прямоугольного провода.

Рассчитаем напряжение одного витка:

 

В.

Рассчитаем обмотку низшего напряжения. Определим сначала число витков, приходящихся на одну фазу обмотки НН трансформатора:

.

Число слоев обмотки выбирается обычно равным двум, в отдельных случаях обмотка может быть в один слой.

Для двухслойной обмотки:

.

Ориентировочный осевой размер витка обмотки h0 равен:

где H0 – ориентировочная высота обмотки, см.

Предварительная плотность тока в проводе обмоток  j равна:

Определим площадь сечения провода:

По сечению витка по справочнику выбираем проводов сечением мм2.

Полное сечение витка:

 

.

Полученная плотность тока:

Осевой размер витка:

.

Осевой размер обмотки:

Обмотка  НН  выполняется  из  двух  слоёв.  

Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  13,  мм.

         1  слой – 31  виток = 31

         1  слой – 31  виток = 31                       

         Найдём  радиальный  размер  обмотки  а1.

Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  числу  слоёв  и  межслойной  изоляции.  а1=0,0209,  м.

Масса металла обмотки:

где  с – число  активных  стержней:  с = 3;

w –  число  витков:   w = 62;

DСР – средний  диаметр  витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня,  изоляционным  расстоянием  между  стержнем  и  обмоткой,  размерам  сечения  провода  и  межслойной  изоляции:  DСР =0,154,  м.

Масса  металла  отводов,  кг:

Gотв1 = 2,77,5Н0Пв103 = 2,77,50,4198,110-6103 = 0,814, кг.

3.2 Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН из круглого провода.

Рассчитаем обмотку высшего напряжения. Определим сначала число витков, приходящихся на одну фазу обмотки ВН трансформатора:

Число витков на одной ступени регулирования:

Предварительная плотность тока:

Определим площадь сечения провода:

По справочнику подбираем провод сечением   П2"=4,01  мм2,

диаметрами d=2,24 мм, d’=2,26  мм:

Полное сечение витка:

.

Плотность тока:

.

Число витков в слое:

Для  обеспечения  крепления  крайних  витков  слоя  и  учёта  отклонений  изоляции  провода  расчётная  сумма  высот  проводов  в  слое  выдерживается  на  5 – 15,  мм  менее  высоты  обмотки.  Выдержим  14,  мм.

9  слоёв   по   159  витков = 1431

1  слой  – 117  витков = 117                                 

Найдём  радиальный  размер  обмотки  а2.

Радиальный  размер  обмотки  определяется  по  размерам  сечения  провода,  числу  слоёв  и  межслойной  изоляции.  а2=0,016,  м.

Определим  массу  металла  обмотки  ВН:

G = 8,47103сDСРwПВ,

где  с – число  активных  стержней: с = 3;

w – число  витков: w = 1548;

DСР – средний  диаметр  витка,  определяющийся  по  диаметру  стержня,  изоляционным  расстояниям  между  стержнем  и  обмотками,  размерам  сечения  провода  и  междуслойной  изоляции:  DСР =0,159,  м.

Масса металла обмотки:

Масса  металла  отводов,  кг:

Gотв2 = 2,77,5Н0Пв103 = 2,77,50,414,01 10-6103 = 0,008, кг.

4 Определение  параметров  короткого  замыкания

Потери короткого замыкания. Потери короткого замыкания определяются по формуле:

,

где  Рk – потери короткого замыкания; Росн.вн и Росн.нн – потери в обмотках НН и ВН соответственно; Ротв.нн и Ротв.вн – потери в отводах обмоток НН и ВН; Рб – потери при коротком замыкании в стенках масляного бака.

В силовых трансформаторах Pосн не должно превышать  (0,75-0,95)

Условие выполняется 983<1970(0,750,95)=(14781872)Вт.

Добавочные потери в обмотке НН:

Добавочные потери в обмотке ВН:

Длина отводов:

.

Масса отводов НН:

,

где =8900 кг/м3 – плотность,

.

Потери в отводах НН:

.

Масса отводов ВН:

.

Потери в отводах ВН:

.

Потери  в стенках бака и других элементах конструкции, где k=0,015:

.

Полные потери при коротком замыкании:

Напряжение короткого замыкания.

Активная составляющая UK3:

.

Реактивная составляющая UK3 :

Напряжение КЗ:

Расчет механических сил в обмотках.

Установившийся ток КЗ на обмотке ВН:

,

где  SK  = 500 МВА.

Мгновенное максимальное значение тока КЗ:

,

.

Радиальная сила (ВН):

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН:

Средние растягивающие напряжения в обмотке ВН:

Осевые силы в обмотках:

5 Окончательный расчет магнитной системы

Принята конструкция плоской трехфазной шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной, текстурованной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице 8.3 для стержня диаметром 0,125 м без прессующей пластины.

Таблица 2. Размеры пакетов для стержня диаметром 0,125 м

№ пакета

Стержень, мм

Ярмо, мм

1

406

2

657

6513

3

856

856

4

956

956

5

10516

10516

6

12018

12018

Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня, ярма:

Объем угла магнитной системы:

.

Активное сечение стержня:

.

Активное сечение ярма:

.

Объем стали угла магнитной системы:

.

Длина стержня  магнитной системы:

.

Расстояние между осями соседних стержней:

.

где  − расстояние между обмотками соседних стержней.

Масса стали угла магнитной системы:

.

Масса стали ярм:

 

Полная масса стали стержня:

Полная масса стали плоской магнитной системы:

6 Определение параметров холостого хода

Магнитная индукция в стержнях плоской шихтованной магнитной системы:

.

Магнитная индукция в ярмах плоской шихтованной магнитной системы:

.

Индукция на косом стыке:

.

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

.

Удельные    потери    в   стали    стержней,   ярм   и   стыков из справочника:

Коэффициенты:

Потери холостого хода:

Расчет тока XX:

По таблице из справочника находим удельные намагничивающие мощности:

Коэффициенты:

Намагничивающая мощность холостого хода:

Ток холостого хода:

Активная составляющая тока XX:

.

Реактивная составляющая тока XX:

КПД трансформатора:


7 Сравнение параметров, полученных в результате расчёта, с  

паспортными данными трансформатора

Сравним  расчётные  и  паспортные  данные  трансформатора.  Сравнение  приведено  в  табл. 3.

                                                                                                                                Таблица  3. Сравнение  расчётных  и  паспортных  данных  трансформатора

Данные

Потери  в  трансформаторе

Масса,  Т

UК,

%

IО,

%

РХ,

кВт

РК,

кВт

Стали  магнитной

системы

Металла

обмотки

Опытные

4,5

2,6

0,365

1,970

0,214

0,063

Расчётные

4,33

2,7

0,371

1,703

0,205

0,060


Заключение

В  данной  работе  был  проведён  расчёт  силового  трёхфазного  двуобмоточного  масляного  трансформатора.  Были  определены:  главные  размеры  трансформатора,  основные  электрические  величины,  параметры  холостого  хода  и  короткого  замыкания;  рассчитаны  обмотки   высшего  и  низшего  напряжений.  В  результате  проведённого  расчёта  были  получены  величины,  погрешность которых относительно паспортных не превышает 5%.  


Библиографический  список

1. Тихомиров  П.М. Расчёт  трансформаторов.–М.: Энергия, 1968. –358 с.

2. Шпиганович А. Н., Бойчевский В.И. Методические  указания  к  оформлению  учебно–технической  документации.–Липецк.: ЛГТУ,1997.–32

3. Петров Г.Н. Электрические машины. В 3-х частях. Ч.1. Введение. Трансформаторы. Учебник для вузов. - М., «Энергия», 1974. – 240 с. с ил.

4. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов: Учеб. для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1990 – 256 с., ил.


EMBED Equation.3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16991. Диференціальне і інтегральне числення функцій одного і декількох змінних в Maple 430.5 KB
  Практична робота №31. Тема: Диференціальне і інтегральне числення функцій одного і декількох змінних в Maple. Мета: Навчитися обчислювати межі часткову суму послідовностей похідні функцій і інтеграли в середовищі Maple. Обладнання: ПК зі встановленим математичним па
16992. Команди MS-DOS: cls, date, time, copy, del, dir, find, mem, mkdir, label, rd 72.5 KB
  Практична робота №1 Тема: Команди MSDOS: cls date time copy del dir find mem mkdir label rd. Мета: навчитися використовувати основні команди MSDOS при роботі з ОС. Устаткування: ПК. Операційна система MSDOS та Windows. Правила ТБ. Методичні рекомендації. Індивідуальне завда
16993. Профілі обладнання.Створення командних файлів 78.5 KB
  речка Ю.Г. Варіант 4 ВПЗ 2ПМС07 Практична робота №3 Тема: Профілі обладнання.Створення командних файлів. Мета: Навчитися створювати профілі обладнання та тривіальні команд
16994. Створення командних файлів. Створення файлів config.sys, autoexec.bat 36.5 KB
  Практична робота №3 Тема: Створення командних файлів. Створення файлів config.sys autoexec.bat. Мета: Навчитися створювати тривіальні командні файли; створювати файли config.sys autoexec.bat. Устаткування: ПК. Операційна система MSDOS та Windows. Хід роботи I. Слідуючи вказівкам напиш...
16995. Робота з файловими менеджерами для ОС MS-DOS. Настройка і створення меню користувача 294.5 KB
  Практична робота №2 Тема: Робота з файловими менеджерами для ОС MSDOS. Настройка і створення меню користувача. Мета: Навчитися працювати з каталогами файлами а також створювати і настроювати меню користувача. Устаткування: ПК. Файловий менеджер NC операційна система M...
16996. Робота з вікнами. Створення папок, текстових файлів. Копіювання, переміщення, перейменування, відновлення файлів. Створення ярликів 5.35 MB
  Практична робота №4 Тема: Робота з вікнами. Створення папок текстових файлів. Копіювання переміщення перейменування відновлення файлів. Створення ярликів. Мета: Навчитися виконувати основні операції над файлами. Устаткування: ПК. Операційна система Windows. ...
16997. Поняття і сутність менеджменту 6.35 MB
  ТЕМА 1. Поняття і сутність менеджменту Еволюція поглядів на сутність менеджменту Організація як об’єкт управління. Менеджмент як вид професійної діяльності. Для позначення діяльності з координації роботи людей на практиці використовують різні по...
16998. Розвиток науки управління 1.77 MB
  ТЕМА 2. Розвиток науки управління. Виникнення науки менеджменту. Ранні теорії менеджменту. 1. Еволюція управлінської думки Хоча організації як форма об’єднання людей для досягнення спільної мети існують не одне тисячоліття але до середини ХІХ столітт
16999. Прийняття управлінських рішень 6.78 MB
  ТЕМА 3. Прийняття управлінських рішень. Основи теорії прийняття рішень. Процес прийняття рішень. Методи творчого пошуку альтернатив. 1. Основи теорії прийняття рішень У науковій літературі зустрічається як розширене так і вузьке розуміння процесу