86268

Расчёт трёхфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора

Курсовая

Энергетика

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и тому подобное, а также для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов – преобразование электрической энергии в электрических сетях...

Русский

2015-04-05

7.69 MB

24 чел.

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра: “электрические машины”

Расчёт трёхфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора

пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине: “электрические машины и электрический привод”

Проверил                      Выполнил

к.т.н., профессор                     студент гр. Т-328

Григорьев В.Ф.                     Вандышев К.В.

     

       Екатеринбург

2011

Задание на курсовую работу

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=160 кВА;

2. Номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения  (далее – НН) =400 В;

3. Номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения  (далее – ВН) =10000 В;

4. Потери короткого замыкания =2650 Вт;

5. Потери холостого хода =510 Вт;

6. Ток холостого хода =2,4 %;

7. Напряжение короткого замыкания =4,5 %;

8. Схема и группа соединения обмоток (числитель – схема обмотки ВН, знаменатель – схема обмотки НН) Y/Y-0;

9. Материал обмоток – медь.


Содержание

Введение

1. Расчёт основных электрических величин трансформатора

2. Определение основных размеров трансформатора

3. Изоляция

4. Выбор конструкции обмоток трансформатора

5. Расчёт обмотки низкого напряжения трансформатора

6. Расчёт обмотки высокого напряжения трансформатора

7. Определение потерь короткого замыкания

8. Определение напряжения короткого замыкания

9. Определение механических сил в обмотках

10. Расчёт магнитной системы

10.1 Определение размеров магнитной системы

10.2 Расчёт массы магнитной системы

10.3 Потери холостого хода трансформатора

10.4 Ток холостого хода

11. Тепловой расчёт трансформатора

11.1 Тепловые процессы в трансформаторе

11.2 Нормы предельных превышений температуры

11.3 Поверочный тепловой расчёт обмоток

11.4 Тепловой расчёт бака

11.5 Окончательный расчёт превышений температуры обмоток и масла

Список использованных источников


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 другую систему переменного тока.

Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных; 5 кВА и ниже для трёхфазных сетей; трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВА и более для трёхфазных; от 5 кВА и более для однофазных сетей.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и тому подобное, а также для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов – преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места её производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Коэффициент полезного действия трансформаторов очень велик и для большинства их  составляет 98 – 99 % и более, однако необходимость многократной трансформации энергии и установки в сетях трансформаторов с общей мощностью, в несколько раз превышающей мощность генераторов, приводит к тому, что общие потери энергии во всём парке трансформаторов достигают существенных значений.


1. Расчёт основных электрических величин трансформатора

Мощность одной фазы , кВА определяем по формуле

, (1.1)

где  - число фаз.

кВА.

Мощность на один стержень , кВА определяем по формуле

, (1.2)

где  - число активных стержней, несущих обмотки трансформатора.

кВА.

Номинальный линейный ток обмотки НН , А определяем по формуле

. (1.3)

А.

Номинальный линейный ток обмотки ВН , А определяем по формуле

. (1.4)

А.

Номинальный фазный ток обмотки НН , А определяем по формуле

. (1.5)

А.

Номинальное фазное напряжение обмотки НН , В определяем по формуле

. (1.6)

В.

Номинальный фазный ток обмотки ВН , А определяем по формуле

. (1.7)

А.

Номинальное фазное напряжение обмотки ВН , В определяем по формуле

. (1.8)

В.

Активную составляющую напряжения короткого замыкания , % определяем по формуле

. (1.9)

%.

Реактивную составляющую напряжения короткого замыкания , % определяем по формуле

. (1.10)

%.


2. Определение основных размеров трансформатора

Основой конструкции трансформатора является его магнитная система, размеры которой вместе с размерами обмоток определяют его габариты. В проектируемых трансформаторах рассматривается плоская трёхстержневая магнитная система, поперечное сечение стержней имеет вид симметричной многоступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Поперечное сечение стержня в виде ступенчатой фигуры выполняется для наибольшего заполнения сталью площади круга, а также для изготовления технологичных цилиндрических обмоток. Обмотки на стержнях расположены концентрично по отношению друг к другу, причём для уменьшения расхода материалов внутренней всегда является обмотка НН. Магнитная система такого трёхфазного трансформатора с обмотками схематически изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Основные размеры трансформатора.

Суммарный приведённый размер обмоток ВН и НН , см определяем по формуле

, (2.1)

где  - коэффициент, зависящий от мощности трансформатора, металла обмоток и напряжения обмотки НН, =0,63 [1].

см.

Ширина приведённого канала рассеяния , см определяем по формуле

, (2.2)

где  - изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, =27 мм [1].

см.

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга  определяем по формуле

, (2.3)

где  - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры, =0,913 [1];

- коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, =0,955 [1].

.

Диаметр окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня , см определяем по формуле

, (2.4)

где  - отношение средней длины витка обмоток трансформатора к их высоте, =1,8 [1];

- коэффициент Роговского, =0,95 [1];

- частота питающей сети, =50 Гц [1];

- индукция в стержне, =1,55 Тл [1].

см.

Принимаем =16 см.

Радиальный размер обмотки НН , см определяем по формуле

, (2.5)

где  - коэффициент, =1,1 [1].

см.

Средний диаметр канала между обмотками , см определяем по формуле

, (2.6)

где  - радиальный размер осевого канала между стержнем и обмоткой НН, =4 мм [1].

см.

Высоту обмоток , см определяем по формуле

. (2.7)

см.

Активное сечение стержня , см определяем по формуле

. (2.8)

см.

Электродвижущую силу одного витка , В определяем по формуле

. (2.9)

В.


3. Изоляция

Изоляция трансформатора должна выдерживать без повреждений электрические, тепловые, механические и физико-химические воздействия, которым она подвергается при эксплуатации трансформатора.

Стоимость изоляции составляет существенную долю стоимости трансформатора. Для трансформаторов классов напряжений 220-550 кВ стоимость изоляции, включая масло, достигает 15-20 % стоимости всего трансформатора.

Главными задачами при проектировании изоляции трансформатора являются: определение тех воздействий, прежде всего электрических, которым изоляция подвергается в процессе эксплуатации; выбор принципиальной конструкции изоляции и форм изоляционных деталей; выбор изоляционных материалов, заполняющих изоляционные промежутки, и размеров изоляционных промежутков.

В эксплуатации силовой трансформатор постоянно находится во включенном состоянии, а его изоляция – под длительным воздействием рабочего напряжения, которое она должна выдерживать без каких-либо повреждений неограниченно долгое время.

Главная изоляция обмоток определяется в основном электрической прочностью при 50 Гц и соответствующими испытательными напряжениями. Конструкция главной изоляции представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Главная изоляция обмоток.

Продольная изоляция обмоток.

Под продольной изоляцией обмоток понимается изоляция между витками, между слоями витков и между катушками. Эта изоляция может определяться как электрической прочностью при 50 Гц, так и прочностью при импульсах.

Изоляция между витками обычно обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Дополнительная изоляция между витками применяется обычно на входных катушках обмоток фаз.

Междукатушечная изоляция обычно осуществляется радиальными масляными каналами, а также простыми или угловыми шайбами.

Для того чтобы обезопасить катушки и витки от пробоя при перенапряжении, их изоляция усиливается. В качестве усиленной изоляции применяется увеличенная изоляция между слоями, изоляция целых катушек лакотканью или кабельной бумагой. Усиленная изоляция несколько увеличивает внутренний перепад температуры во входных катушках.


4. Выбор конструкции обмоток трансформатора

Среднюю плотность тока , А/мм определяем по формуле

, (4.1)

где  - коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, в стенках бака, =0,93 [1].

А/мм.

Предварительное сечение витка , мм обмотки НН и ВН определяем по формуле

. (4.2)

Для обмотки НН

мм.

Для обмотки ВН

мм.


5. Расчёт обмотки низкого напряжения трансформатора

Число витков на фазу обмотки

. (5.1)

Принимаем ,

Уточняем значение

. (5.2)

В.

Действительная индукция в стержне, Тл

, (5.3)

где -  уточненное значение ЭДС одного витка.

Тл.

Выбираем винтовую параллельную обмотку.

Предварительная высота витка

. (5.4)

см.

Выбираем одноходовую обмотку.

По полученным значениям  из таблицы 18 [1] из сортамента прямоугольного обмоточного провода подбираем провод подходящего сечения:

,

где ПБ – марка провода;

     8 – число параллельных проводов;

      - размеры провода без изоляции;

      - размеры провода с изоляцией.

Толщина изоляции мм. Намотку провода производим плашмя.

Полное сечение витка, мм2

. (5.5)

мм2.

где  - сечение одного провода(=9,72).

Уточненная плотность тока обмотки НН, значение которой применяется в дальнейших расчетах,

. (5.6)

А/мм2

Окончательная высота обмотки НН

    (5.7)

см.

Коэффициент  учитывает усадку межкатушечных прокладок после опрессовки обмотки и принимаем равным 0,94.

Радиальный размер обмотки, см

. (5.8)

см.

Внутренний диаметр обмотки, см,

.     (5.9)

см.

Наружный диаметр обмотки, см,

. (5.10)

см.

Поверхность охлаждения обмотки, м2

                                             (5.11)

м2

6. Расчёт обмотки высокого напряжения трансформатора

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении  определяем по формуле

. (6.1)

.

Принимаем =975 витка.

Число витков для одной ступени регулирования  определяем по формуле

. (6.2)

.

Принимаем =25 витков.

Число витков обмотки на отводах для верхних ступеней напряжения определяем по выражениям

. (6.3)

. (6.4)

.

.

Число витков обмотки на отводах при номинальном напряжении равно числу витков обмотки.

Число витков обмотки на отводах для нижних ступеней напряжения определяем по выражениям

. (6.5)

. (6.6)

.

.

Предварительная плотность тока в обмотке ВН , А/мм определяем по формуле

. (6.7)

А/мм.

Предварительное сечение витка обмотки ВН , мм определяем по формуле

. (6.8)

мм.

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода,

которая представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Многослойная цилиндрическая обмотка.

Изоляция многослойной цилиндрической обмотки представлена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Изоляция многослойной цилиндрической обмотки:

1 – экран; 2 – междуслойная изоляция; 3 – бортики из электрокартона; 4 – витковая изоляция.

По предварительному сечению витка обмотки ВН из сортамента подбираем провод подходящего сечения .

Полное сечение витка, мм2

, (6.9)

где  - сечение одного провода(=3,14).

мм.

Уточнённая плотность тока

. (6.10)

А/мм.

Число витков в слое

. (6.11)

Принимаем =171 витков.

Число слоёв обмотки

. (6.12)

.

Принимаем = 6 слоёв.

(6.13)

В.

Число слоёв кабельной бумаги 4, общая толщина изоляции между двумя слоями обмотки  мм.

По испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора определяем по табл. 8 следующие значения (см):

; ; ; ; ; ;

Радиальный размер обмотки ВН без экрана с двумя катушками с масляными каналами определяем по формуле

(6.14)

см.

Внутренний диаметр обмотки ВН , см определяем по формуле

. (6.15)

см.

Наружный диаметр обмотки ВН определяем по формуле

                                                                                              (6.16)

см.

Расстояние между осями соседних стержней определяем по формуле

                                         (6.17)

см.

Поверхность охлаждения обмотки определяем по формуле

, (6.18)

где =0,8; =2; с=3.

м.


7. Определение потерь короткого замыкания

Массу обмотки НН , кг определяем по формуле

. (7.1)

кг.

Массу обмотки ВН , кг определяем по формуле

. (7.2)

кг.

Коэффициент приведения реального поля рассеяния  к идеальному параллельному полю рассеяния определяем по формуле

. (7.3)

.

Коэффициент  определяем по формуле

, (7.4)

где  - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния.

Для обмотки НН

.

Для обмотки ВН

.

Коэффициент добавочных потерь  определяем по формулам,

где  - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном к направлению линии магнитной индукции поля рассеяния.

Для обмотки НН

                                                                                    (7.5)

.

Для обмотки ВН

                                                                                  (7.6)

.

Электрические потери в обмотке НН , Вт с учётом добавочных потерь определяем по формуле

. (7.7)

Вт.

Электрические потери в обмотке ВН , Вт с учётом добавочных потерь определяем по формуле

. (7.8)

Вт.

Плотность теплового потока в обмотке НН , Вт/м определяем по формуле

. (7.9)

Вт/м.

Плотность теплового потока в обмотке ВН , Вт/м определяем по формуле

. (7.10)

Вт/м.

Сечение отводов принимается равным сечению витка.

Длину проводов отводов обмотки НН ,см определяем по формуле

. (7.11)

см.

Длину проводов отводов обмотки ВН ,см определяем по формуле

. (7.12)

см.

Массу металла проводов отводов , кг определяем по формуле

, (7.13)

где =8900 кг/м [1].

Для обмотки НН

кг.

Для обмотки ВН

кг.

Электрические потери в отводах , Вт определяем по формуле

, (7.14)

где  - коэффициент, зависящий от материала обмоток, =2,4 [1].

Для обмотки НН

Вт.

Для обмотки ВН

Вт.

Добавочными потерями в отводах пренебрегаем.

Потери в стальных деталях , Вт определяем по формуле

, (7.15)

где  - коэффициент, =0,015 [1].

Вт.

Полные потери короткого замыкания , Вт определяем по формуле

. (7.16)

Вт.


8. Определение напряжения короткого замыкания

Активную составляющую напряжения короткого замыкания , % определяем по формуле

, (8.1)

где  - полные расчётные потери трансформатора.

%.

Отношение средней длины витка трансформатора к их высоте  определяем по формуле

. (8.2)

.

Ширину приведённого канала рассеяния , см определяем по формуле

. (8.3)

см.

Коэффициент приведения реального поля рассеяния  определяем по формуле

. (8.4)

.

Реактивную составляющую напряжения короткого замыкания , % определяем по формуле

. (8.5)

%.

Напряжение короткого замыкания , % определяем по формуле

. (8.6)

%.


9. 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 невелики, 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.

Действие осевых и радиальных сил на обмотки двухобмоточного трансформатора представлено на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 – Действие осевых и радиальных сил на обмотки двухобмоточного трансформатора:

а – при одинаковой высоте обмоток; б – при укороченной наружной обмотке; в – радиальных сил на катушки обмоток.

Силы, действующие на обмотки трансформатора, как показано на рисунке 9.1, 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 обмотки в одном направлении. Как видно из рисунка 9.1, 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.

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания , А определяем по формуле

. (9.1)

Для обмотки НН

А.

Для обмотки ВН

А.

Коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания , определяем по формуле

. (9.2)

.

Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания , А определяем по формуле

. (9.3)

Для обмотки НН

А.

Для обмотки ВН

А.

Радиальную силу, действующую на обмотки , Н определяем по формуле

. (9.4)

Для обмотки НН

Н.

Для обмотки ВН

Н.

Напряжение сжатия от радиальной силы во внутренней обмотке ВН , МПа определяем по формуле

. (9.5)

МПа.

Осевую силу , Н определяем по формуле

. (9.6)

Для обмотки НН

Н.

Для обмотки ВН

Н.

Напряжение сжатия на опорных поверхностях , МПа определяем по формуле

, (9.7)

где  - число прокладок по окружности, =8 [1];

- ширина прокладки, =4 см [1].

Для обмотки НН

МПа.

Для обмотки ВН

МПа.

Конечная температура обмотки , С через время , с после возникновения короткого замыкания определяем по формуле

, (9.8)

где  - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, =4 с [1];

- начальная температура обмотки, =90 С [1].

Для обмотки НН

С.

Для обмотки ВН

С.

Время в течение которого обмотка достигнет температуры 250 С , с определяем по формуле

. (9.9)

Для обмотки НН

с.

Для обмотки ВН

с.


10. Расчёт магнитной системы трансформатора

10.1 Определение размеров магнитной системы

Сечение стержня представляет собой ступенчатой фигуру, симметричную относительно взаимноперпендикулярных осей. Форма сечения ярма повторяет форму сечения стержня, за исключением нескольких крайних пакетов, которые объединяются в один пакет для увеличения опорной поверхности ярмовых балок. Прямоугольная форма сечения ярма не рекомендуется для плоских магнитных систем, собираемых из пластин холоднокатаной анизотропной стали, так как приводит к увеличению расхода стали и возрастанию добавочных магнитных потерь.

Выбор числа и размеров пакетов в сечении стержня плоской магнитной системы должен быть сделан так, чтобы площадь ступенчатой фигуры его поперечного сечения, вписанного в окружность, была максимально возможной.

Ширина пакетов (пластин), образующих ступенчатую фигуру стержня и ярма магнитной системы, должна выбираться так, чтобы при ширине полосы рулона 650, 750, 800, 860 или 1000 мм с учётом обрезки кромки с двух сторон 3-7 мм можно было получить раскрой стали с минимальными отходами.

Площадь ступенчатой фигуры , см определяем по формуле

, (10.1.1)

где  - ширина пластин, =155, 135, 120, 105, 85, 55 мм [2];

- толщина пакетов, =20, 23, 10, 7, 7, 7 мм [2].

см.

Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения ярма , см определяем по формуле

. (10.1.2)

см.

Активное сечение стержня , см определяем по формуле

. (10.1.3)

см.

Активное сечение ярма , см определяем по формуле

. (10.1.4)

см.

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, которые изображены на рисунке 10.1.1.

Рисунок 10.1.1 – К определению размеров плоской магнитной системы.

Длину стержня , см определяем по формуле

, (10.1.5)

где  и  - расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма.

см.

Расстояние между осями соседних стержней , см определяем по формуле

. (10.1.6)

см.

Принимаем =33 см.


10.2 Расчёт 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.

Массу стали угла , кг определяем по формуле

, (10.2.1)

где  - объём угла, =2470 см [2];

- плотность холоднокатаной стали,  кг/см [2].

кг.

Массу частей ярм, заключённых между осями крайних стержней , кг определяем по формуле

. (10.2.2)

кг.

Массу стали в частях ярм , кг определяем по формуле

. (10.2.3)

кг.

Полную массу двух ярм , кг определяем по формуле

. (10.2.4)

кг.

Массу стали стержней в пределах окна магнитной системы , кг определяем по формуле

. (10.2.5)

кг.

Массу стали в местах стыка пакетов стержня и ярма , кг определяем по формуле

, (10.2.6)

где  - ширина пластины первого пакета ярма.

кг.

Массу стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма , кг определяем по формуле

. (10.2.7)

кг.

Полную массу плоской магнитной системы , кг определяем по формуле

. (10.2.8)

кг.

10.3 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 быть разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов.

В практике при частоте 50 Гц обычно определяют магнитные потери, не разделяя их, и пользуются экспериментальными зависимостями удельных потерь в стали от величины индукции. Данные экспериментальных исследований потерь в стали обычно сводятся в таблицы.

Потери холостого хода трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, собранной из пластин, определяются ее конструкцией, массой стали отдельных участков системы, индукцией на каждом из этих участков, качеством стали, толщиной пластин и технологией изготовления и обработки пластин.

Реальную индукцию в стержне , Тл определяем по формуле

. (10.3.1)

Тл.

Реальную индукцию в ярме , Тл определяем по формуле

. (10.3.2)

Тл.

Индукцию для косых стыков , Тл определяем по формуле

. (10.3.3)

Тл.

Коэффициент удельных потерь  определяем по формуле

.   (10.3.4)

.

,        (10.3.5)

где  - удельные потери в 1 кг стали стержня, =0,97 Вт/м [2];

- удельные потери в 1 кг стали ярма, =0,943 Вт [2];

- удельные потери в зоне шихтованного стыка, =323,75 Вт/м, =570 Вт/м, =592,5 Вт/м [2];

и  - коэффициенты, учитывающие влияние технологических факторов, =1,05, =1 [2];

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, =1 [2];

- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержня, =1,03 [2];

- коэффициент, учитывающий влияние перешихтовки верхнего ярма на увеличение потерь, =1,01 [2];

- число стыков различной формы, =2, =4 [2];

- площади зазора для прямых и косых стыков, =0,015 м, =0,0217 м [2].

 Вт.

10.4 Ток холостого хода

Ток первичной обмотки трансформатора при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте называется током холостого хода. При расчете тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и реактивную составляющие. Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора iо, iоа i -, выражая в процентах от номинального тока. Активная составляющая тока холостого хода обусловлена наличием потерь холостого хода. Активную составляющую тока холостого хода , % определяем по формуле

. (10.4.1)

%.

, (10.4.2)

где  и  - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм, =1,292 ВА/кг, =1,205 ВА/кг [2];

- удельная намагничивающая мощность зазоров, =2080 ВА/кг, =13800 ВА/кг, =15240 ВА/кг [2];

- коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины, =1,18 [2];

- коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев, =1 [2];

- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности во всех углах магнитной системы, =41,7 [2];

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

- коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма при сборке, =1,01 [2].

ВА.

Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода , % определяем по формуле

. (10.4.3)

А.

Ток холостого хода , % определяем по формуле

. (10.4.4)

%.


11. Тепловой расчёт трансформатора

11.1 Тепловые процессы в трансформаторе

Во время работы трансформатора в его активных материалах – металле обмоток и стали магнитной системы, а также в элементах металлических конструкций возникают потери энергии, выделяющиеся в виде тепла. При выделении тепла трансформатор нагревается, и температура отдельных его частей может значительно превысить температуру окружающей среды. Нагрев трансформатора – основная причина, ограничивающая его мощность при нагрузке.

Бумажная изоляция, находясь длительное время под воздействием высокой температуры, теряет эластичность, становится хрупкой и разрушается даже от незначительных механических усилий, возникающих при эксплуатации, что приводит к потере электрической прочности и выходу трансформатора из строя. Чем выше температура обмоток, тем интенсивнее происходит старение её изоляции.

Для более эффективного отвода тепла в трансформаторах используется минеральное (трансформатора) масло, сочетающее свойства теплоотводящего и изолирующего материала. Трансформатор, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит трансформаторное масло, называют масляным.

Частицы масла, заполняющего масляный трансформатор, соприкасаются с горячими поверхностями, нагреваются, поднимаются вверх и отдают своё тепло через стенки и крышку бака окружающему воздуху. Охлаждаясь у стенок, частицы масла опускаются вниз, уступая место другим, более горячим. Такой способ теплопередачи называют естественной конвекцией.

11.2 Нормы предельных превышений температуры

В тепловом отношении трансформатор должен быть рассчитан так, чтобы превышение температуры его обмоток, магнитной системы и масла над окружающим воздухом при номинальной нагрузке не превосходили значений, допускаемых ГОСТ 11677-85. Нормы этого ГОСТ установлены с таким расчётом, чтобы предельная средняя температура обмоток в наиболее жаркое время года не превосходила 105-110 С при среднегодовой температуре около 75  С. При соблюдении этих условий изоляция трансформатора не подвергнется ускоренному старению и может надёжно работать в течение 25 лет и более.

11.3 Поверочный тепловой расчёт обмоток

Для обмотки НН

                                                                                           (11.3.1)

С.

Величину  определяем по формуле

. (11.3.2)

Для обмотки ВН

.

Средняя условная теплопроводность обмотки , Вт/(мС) без учёта междуслойной изоляции определяем по формуле

, (11.3.3)

где  - теплопроводность материала изоляции витков, =0,17 Вт/(мС) [2].

Для обмотки ВН

Вт/(мС).

Средняя теплопроводность обмотки , Вт/(мС) определяем по формуле

, (11.3.4)

где  - теплопроводность междуслойной изоляции, =0,17 Вт/(мС) [2].

Для обмотки ВН

Вт/(мС).

Элемент объёма обмотки представлен на рисунке 11.3.1.

Рисунок 11.3.1 – Элемент объёма обмотки – провод и междуслойная изоляция.

Потери, выделяющиеся в 1 м общего объёма , Вт/м определяем в соответствии с рисунком 11.3.1 по формуле

, (11.3.5)

где  - коэффициент, зависящий от свойств материала обмотки, =1,68 [2].

Для обмотки ВН

Вт/м.

Полный внутренний перепад , С определяем по формуле

                                      .                                              (11.3.6)    

Для обмотки ВН

С.

Средний перепад температуры , С определяем по формуле

. (11.3.7)

Для обмотки НН

С.

Для обмотки ВН

С.

Перепад температуры на поверхности обмотки масляного трансформатора , С определяем по формуле

. (11.3.8)

Для обмотки НН

С.

Для обмотки ВН

 С.

Среднее превышение температуры обмоток над температурой масла , С определяем по формуле

. (11.3.9)

Для обмотки НН

С.

Для обмотки ВН

С.

11.4 Тепловой расчёт бака

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки , С определяем по формуле

. (11.4.1)

С.

Среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом , С определяем по формуле

, (11.4.2)

где  - перепад температуры между маслом и стенкой бака, =5 С [2].

С.

Полученное выше значение должно удовлетворять неравенству, вытекающему из требования ГОСТ - превышение температуры верхних слоев масла над воздухом не должно превышать 6О°С для трансформаторов с расширителем.

, (11.4.3)

где  - коэффициент, определяющий отношение максимального и среднего превышений температуры масла, =1,2 [2].

.

.

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.

Минимальную ширину бака , см определяем по формуле

. (11.4.4)

см.

Расстояние , см определяем по формуле

. (11.4.5)

см.

Минимальную длину бака , см определяем по формуле

.

см.

Высоту активной части , см определяем по формуле

, (11.4.6)

где  - толщина прокладки под нижнее ярмо, =5 см [2].

см.

Общая глубина бака , см определяем по формуле

, (11.4.7)

где  - расстояние от верхнего ярма до крышки бака, =16 см [2].

см.

Предварительная поверхность излучения , м определяем по формуле

, (11.4.8)

где  - коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака, =2 [2].

м.

Поверхность конвекции бака , м определяем по формуле

, (11.4.9)

где  - суммарные расчётные потери, Вт.

м.

Выбираем радиатор с навесными трубами в два ряда, который представлен на рисунке 11.4.1.

Рисунок 11.4.1 – Трубчатый радиатор с прямыми трубами.

Основные размеры радиатора следующие:

A=900мм; Пк,тр=2,733м2; Пк,к=0,34м2.

Минимальные расстояния осей фланцев радиаторов от нижнего и верхнего срезов стенки бака с1 и с2 равны соответственно 0,085 м и 0,19 м.

Поверхность конвекции гладкого бака , м определяем по формуле

. (11.4.10)

м.

Поверхность конвекции крышки , м определяем по формуле

. (11.4.11)

м.

Глубину бака , см определяем по формуле

. (11.4.12)

 см.

Поверхность конвекции радиаторов , м определяем по формуле

. (11.4.13)

 м.

Поверхность конвекции радиатора, приведённая к поверхности гладкой стенки , м определяем по формуле

. (11.4.14)

м.

Необходимое число радиаторов  определяем по формуле

. (11.4.16)

.

Принимаем =1 радиаторов.

Полная поверхность бака с радиаторами , м определяем по формуле

. (11.4.17)

 м.

11.5 Окончательный расчёт превышений температуры обмоток и бака

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%.

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха  , С определяем по формуле

. (11.5.1)

С.

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака , С определяем по формуле

, (11.5.2)

где  - коэффициент, равный 1 при естественном масляном охлаждении.

 С.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха , С определяем по формуле

. (11.5.3)

 С.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха , С определяем по формуле

. (11.5.4)

Для обмотки НН

 С.

Для обмотки ВН

С.


Список использованных источников

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.1. – 52с.

3. 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

27951. Структура и свойства темперамента. Коучинг как вид индивидуального консультирования. Отличие коучинга от психотерапевтической работы с клиентом 21.4 KB
  Структура и свойства темперамента Темперамент лат. Анализ внутренней структуры темперамента представляет значительные трудности обусловленные отсутствием у темперамента в его обычных психологических характеристиках единого содержания и единой системы внешних проявлений. Попытки такого анализа приводят к выделению трех главных ведущих компонентов темперамента относящихся к сферам общей активности индивида его моторики и его эмоциональности.
27952. Определение и структура характера. Типологии характера. Стратегии поведения в ситуации конфликта (концепция Блейка – Моутона) 33.66 KB
  Типологии характера. Типологии характера. Характер – индивидуальное сочетание устойчивых психических особенностей человека обусловливающее типичный для данной личности способ поведения в определенных жизненных условиях и обстоятельствах. Немов В характере выражаются наиболее типичные существенные особенности человека знание которых позволяет в какойто мере предвидеть как человек будет поступать в тех или иных ситуациях.
27953. Роль механизмов идентификации в процессе становления личности. Психология индивидуальных различий по Майерс-Бригс 53.89 KB
  Что касается другого типа взаимодействия конкуренции то здесь чаще всего анализ сконцентрирован на наиболее яркой ее форме а именно на конфликте. Эти элементы ведут себя различно в зависимости от типа конфликта. Межличностные отношения также даны во взии: они определяют как тип взя который возникает при данных конкретных условиях так и степень выраженности этого типа. Описание типологии MBTI ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА Основой тестирования служит классификация Карла Юнга разделившего в 1920 г различные группы людей по основным архетипам...
27954. Задатки, одаренность и талант. Психологические особенности одаренных 39.64 KB
  Психологические особенности одаренных Задатки генетические программы определяющие развитие функциональных систем в структуре мозга и человека в целом как индивида. Способности это такие индивидуальнопсихологические особенности человека которые содействуют успешному выполнению им той или иной деятельности и не сводятся к имеющимся у него знаниям умениям навыкам. Они тесно связаны с общей направленностью личности с мерой устойчивости склонностей человека некоторой деятельности. Способности это индивидуальнопсихологические...
27955. Гетерохронность развития человека в биологическом, психологическом и социальном планах 30.1 KB
  И в связи с этим изменяется содержание средств методов и форм организации занятий физическими упражнениями. Определение психологомпрактиком собственной позиции при взаимодействии с другими участниками взаимодействия – одна из важнейших задач и она должна непременно решаться в процессе организации собственной деятельности. Клиент бунтует против принятия непривычных для него форм поведения и организации действий преимущественно на бессознательном уровне а это требует особых способов и подходов. Аким образом Учитель занят передачей...
27956. Самооценка и уровень притязаний как структурные элементы личности 18.81 KB
  Самооценка и уровень притязаний как структурные элементы личности. САМООЦЕНКА ценность значимость которой индивид наделяет себя в целом и отдельные стороны своей личности деятельности поведения. Самооценка выполняет регуляторную и защитную функции влияя на поведение деятельность и развитие личности ее взаимоотношения с другими людьми.
27957. Бихевиоризм и его значение в изучении поведения. Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации 26.75 KB
  Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации. Тогда здесь справедливы все требования предъявляемые к психологу работающему в области развития организации: психолог проектирует ситуацию в школе с целью обеспечить оптимальное выполнение ею своих функций. Самообучающаяся и саморазвивающаяся организация как альтернатива традиционной модели организации. САМООБУЧАЮЩАЯСЯ ОРГАНИЗАЦИЯ термин используемый в организационной теории для обозначения: 1 одной из моделей организации...
27958. Целостный подход в психологии. Основные направления современных социально-психологических прикладных исследований 21.38 KB
  ЦЕЛОСТНЫЙ ПОДХОД в психологии — совокупность принципов изучения психики, сознания и поведения как целостных феноменов. Разрабатывался с начала XX в., главным образом в школах целостной психологии, как антитеза господствовавшему ранее в психологической науке элементаристскому подходу (признает первичность элементов (частей) над целым, источник развития объектов
27959. Наблюдение и эксперимент. Классификация видов наблюдения и эксперимента 30.91 KB
  Эмпирические и теоретические предпосылки возникновения социальной психологии. Так в дифференциальной психологии и психологии личности эмпирические зависимости большей частью имеют статус корреляций т. в психологии заключается в том что исследователь зачастую оказывается включенным в ситуацию общения с обследуемым лицом испытуемым и может невольно повлиять на его поведение. Эмпирические и теоретические предпосылки возникновения социальной психологии.