90125

СИЛОВОЙ МАСЛЯНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТРДН-80000/110

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В данном курсовом проекте спроектирован силовой масляный трансформатор ТРДН-80000/110. В процессе проектирования трансформатора был осуществлён расчёт оптимального варианта, отвечающего условиям минимума приведённых затрат.

Русский

2015-05-30

1.38 MB

4 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра “Электрооборудование автомобилей и электромеханика”

СИЛОВОЙ МАСЛЯНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

ТРДН-80000 / 110

Пояснительная записка  к курсовой работе

по курсу: “Электрические машины”

Студент группы ЭЭТб-1103                                                      Илларионов В.М.

Руководитель:                                                                            Третьякова М.Н.

г. Тольятти

2013 год

АННОТАЦИЯ

 В данном курсовом проекте спроектирован силовой масляный трансформатор ТРДН-80000/110.В процессе проектирования трансформатора  был осуществлён расчёт оптимального варианта, отвечающего условиям  минимума приведённых затрат. Это позволило выявить основные размеры и параметры данного трансформатора, а именно диаметр стержня, высоту окна магнитопровода, потери холостого хода и короткого замыкания, минимальную цену трансформатора. При проектировании выполнены построения и расчёт активного сечения стержня магнитопровода, произведён выбор типа  и расчёт параметров  обмоток трансформатора, определены потери и напряжение короткого замыкания, потери и ток холостого хода. Кроме того, в ходе расчёта произведена компоновка активной части трансформатора в баке, выбор размеров бака, произведён тепловой расчёт, целью которого было определение числа радиаторов и типа радиаторов. Помимо этого пояснительная записка включает в себя расчёт динамической стойкости трансформатора при коротком замыкании, выбор расширителя, термосифонных фильтров. Курсовой проект состоит из пояснительной записки объёмом 51 листа, дополняемой 6 рисунками и содержащей 6 таблиц и графической части, включающей в себя 1 чертеж на формате А1 .           

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….

1.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА…………………………………………………………….

2.

ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЕТ АКТИВНОГО СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЯ МАГНИТОПРОВОДА…………………………………………………

3.

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ОДНОГО ВИТКА, КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ, НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ НА ВСЕХ ОТВЕТВЛЕНИЯХ ОБМОТКИ………………………………………..

4.

ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОБМОТОК……………

5.

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ…………………….

6.

РАСЧЕТ ДОБАВОЧНЫ ПОТЕРЬ В ОБМОТКАХ ВН И НН………..

7.

РАСЧЕТ ДОБАВОЧНЫХ ПОТЕРЬ В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА…………………………………………………..

8.

РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ……………

9.

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА……………………

10.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА………………………

11.

РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ…………

12.

КОМПОНОВКА АКТИВНОЙ ЧАСТИ ТРАНСФОРМАТОРА В БАКЕ……………………………………………………………………

13.

ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИЛОВЫХ МАСЛЯНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ………………………………..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………….……………………….

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 одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера  до 1 млн кВА широко используются в народном хозяйстве.

Назначение силовых трансформаторов - преобразование электрической энергии  в электрических сетях и установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на трансформаторы общего назначения, которые предназначены для включения в сеть, не отличающиеся особыми условиями работы, характером нагрузки и режимом работы, и трансформаторы специального назначения, которые предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приёмников электрической энергии.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, энергетики страны.

Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

Хотя  КПД трансформаторов очень велик и для большинства составляет 98-99%, общие потери во всём трансформаторном парке достигают существенных значений ввиду многократной трансформации энергии. Поэтому одной из главных задач в настоящее время  является задача существенного уменьшения потерь в трансформаторах, то есть потерь холостого хода и потерь короткого замыкания.

Уменьшение потерь холостого хода достигается, главным образом, путём всё более широкого применения холоднокатаной рулонной электрической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Применение этой стали, обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительной к механическим воздействиям при обработке - продольной и поперечной резке рулона на пластины, сочетаются с существенным изменением конструкции магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин, сборки магнитной системы.

Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек. Эти новые конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода. Существенное уменьшение потерь короткого замыкания достигается понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотке.

В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВА.

Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов, может быть достигнуто путём снижения  испытательных напряжений и уменьшением изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции.

Цель проекта

Освоение предложенной методики расчета силовых трансформаторов, расчет и разработка конструкции, отвечающей исходным данным.

  1.  ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА

Целью технико-экономического расчёта является выбор среди нескольких технически возможных вариантов конструкции трансформатора такого, который имеет оптимальное соотношение между уровнем затрат на изготовление и уровнем затрат при эксплуатации.

Критерием при выборе оптимального варианта считается минимум приведённых затрат для различных значений коэффициента β, определяющего соотношение основных размеров в трансформаторе где  ДН-В  – средний диаметр канала между обмотками НН и ВН; Нобм – высота обмоток.

Минимум приведённых затрат Зприв определяется в результате расчёта нескольких вариантов с различными значениями β. Результаты расчёта сводим в таблицу 1. Выбор оптимального варианта проводим по графику Зприв=f(β), показанный на рисунке 1. Для выбранного оптимального значения коэффициента βопт проводим подробный расчёт. Все формулы соответствуют методическому указанию [1].

1.1. Предварительная ширина обмотки НН

м,      (1.1)

где kВ1, kВ2, αВ  – коэффициенты, определяемые на основе анализа геометрических соотношений в изготавливаемых трансформаторах и могут быть приняты равными следующим значениям kВ1=0,12 , kВ2=0,4, αВ=0,0577.

1.2. Предварительная ширина обмотки ВН

м.      (1.2)

1.3. Приведенная ширина главного канала рассеяния (между обмотками ВН и НН)

м,                   (1.3)

          Где  - ширина канала между обмотками ВН и НН.

1.4. Диаметр стержня магнитопровода

м,   (1.4)

где βопт=1,27 по графику Зприв=f(β), показанного на рисунке 1;

- коэффициент заполнения площадки круга стержня магнитопровода активной сталью;

- коэффициент осевого поля рассеяния;

Тл – индукция в стержне.

1.5. Средний диаметр канала между обмотками

         (1.5)

Где  - коэффициент, учитывающий толщину бандажей, прессующих стержень магнитопровода;

- изоляционное расстояние от стержня до обмотки НН.

1.6 Межосевое расстояние между центрами разных фаз

       (1.6)

Где - ширина регулировочной обмотки, м;

- межфазное расстояние, м;

- ширина канала между ВН и РО, м.

1.7. Высота обмотки

м.                                                 (1.7)

1.8. Высота окна магнитопровода

м, (1.8)

Где м – высота емкостного кольца обмотки ВН совместно с прилагающим к обмотки каналом;

и  - изоляционный промежуток от обмотки до верхнего и нижнего ярма магнитопровода;

м – высота, необходимая для размещения устройств, прессующих обмотки.

1.9. Масс электротехнической стали магнитопровода

 (1.9)

Где  кг/м3 – плотность электротехнической стали;

- коэффициент увеличения площади сечения ярма по сравнению с площадью сечения стержня.

1.10. Удельные потери в стали магнитопровода

Вт/кг,                             (1.10)

Где ,  - коэффициенты, определенные для стали марки 3407 толщиной 0.3 мм для диапазона индукции в стали.

1.11. Активные потери холостого хода трансформатора (полные потери в стали   магнитопровода)

Вт,                      (1.11)

где Кув.р=1.4 – коэффициент, учитывающий увеличение активных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода.

1.12. Удельная намагничивающая мощность в стали

ВАР/кг,                         (1.12)

где    Кq=0.137 ,  Квq=5.06.

1.13. Удельная намагничивающая мощность в стыках

ВАР/м2,                    (1.13)

где   Кстык = 2620 ; Кв.стык = 5.

1.14. Реактивные потери холостого хода трансформатора (полная намагничивающая мощность)

       (1.14)

где  Кув.Q = 1.2 – коэффициент, учитывающий увеличение реактивных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода;

 nстык = 8 – количество стыков в схеме шихтовки трехфазных трансформаторов плоской стержневой конструкции с косым стыком.

1.15. Ток холостого хода трансформатора

%.                                       (1.15)

1.16. Средняя плотность тока в обмотках

                             (1.16)

где    пр  = 2.1310-8 Омм – удельное сопротивление провода при 75 0 C;

Кдоб = 1.25 – коэффициент, учитывающий добавочные потери короткого замыкания, создаваемые магнитным полем рассеяния трансформатора.

1.17. Масса обмоточного провода

кг,                (1.17)

где пр = 8.89103 кг/м3  – плотность обмоточного провода;

Крег = 1.05 – коэффициент, учитывающий увеличение массы обмоточного провода за счет регулировочной обмотки (РО).

1.18. Экономически приведенная к стали масса активных материалов

кг,      (1.18)

где   Цпр=1.11руб/кг – оптовая цена провода;

Киз=1.065 – коэффициент увеличения массы обмоточного провода за счет изоляции.

1.19. Удельная оптовая цена трансформатора

руб/кг,           (1.19)

1.20. Цена трансформатора

Цтр= С0  Gприв=1.73·63100=109614 руб.                    (1.20)

1.21. Приведенные затраты

(1.21)

Где  - нормативный коэффициент эффективности дополнительных капиталовложений, 1/год.

Таблица 1 – Результаты расчета Зприв=f(β)

β

0,63

1

1,6

2,5

4

β опт

1,271106

Д с-т

0,562180417

0,631016297

0,709693081

0,793461

0,892391805

0,670017

Д н-в

0,788663206

0,859564163

0,940601251

1,026882

1,128780937

0,899735

L м-о

1,225897961

1,296798918

1,377836006

1,464117

1,566015691

1,33697

H обм

3,930797568

2,699031472

1,845929955

1,289764

0,886093035

2,222607

H окн

4,200797568

2,969031472

2,115929955

1,559764

1,156093035

2,492607

G ст

31457,6926

32716,50281

35838,96325

40954,37

49275,18655

34052,76

P xx

45084,09594

46888,17995

51363,18413

58694,41

70619,52272

48803,25

Q xx

123821,2726

143736,1136

171982,0866

208161

258821,7628

157029,7

I xx

0,154776591

0,179670142

0,214977608

0,260201

0,323527204

0,196287

j

2298637,092

2657133,747

3071469,132

3516747

4046802,832

2861989

G пр

20569,43282

15393,46211

11520,48671

8787,816

6636,499209

13268,67

G прив

76487,60928

66415,35695

61059,22874

60192,36

63803,5894

63100,08

Ц тр

132871,1955

115374,0843

106069,6339

104563,7

110837,0268

109614,9

З прив

54883,89154

54575,13127

57742,91074

64269,78

75455,75623

55741,96

Βопт=1.27

ДСТ=670 мм

Нобм=2,22 м

J=2,86·106 А/м2

Рисунок 1 – Определение минимума приведенных затрат

  1.  ПОСТРОЕНИЕ  И  РАСЧЕТ  АКТИВНОГО  СЕЧЕНИЯ  СТЕРЖНЯ МАГНИТОПРОВОДА

Поперечное сечение стержня имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность диаметром Дст , показано на рисунке 2.

Расчёт геометрического сечения стержня представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Расчет геометрического сечения стержня

№ пакета

Ширина пакета Вк,м

Толщина пакета tк,м

Площадь пакета,м^2

1

0,65

0,06233

0,0392673

2

0,63

0,02772

0,0174630

3

0,615

0,02694

0,0165693

4

0,6

0,02137

0,0128232

5

0,58

0,01800

0,0104388

6

0,56

0,01575

0,0088189

7

0,54

0,01072

0,0057866

8

0,52

0,01231

0,0064017

9

0,505

0,01149

0,0057999

10

0,485

0,01292

0,0062638

11

0,465

0,00708

0,0032936

12

0,44

0,00664

0,0029207

13

0,425

0,01017

0,0043227

14

0,41

0,00634

0,0025982

15

0,385

0,00624

0,0024032

16

0,368

0,00793

0,0029197

17

0,35

0,00434

0,0015180

18

0,325

0,00629

0,0020456

2.1. Геометрическое сечение стержня, равное площади многоступенчатой фигуры

                                                                             (2.1)

2.2. Активное сечение стержня

Fст = kзап.Fст.геом=0.96·0.325=0.312м2,                            (2.2)

где  kзап=0,96. – коэффициент заполнения пакета сталью, зависящий от толщины изоляционного покрытия стали.

2.3. Коэффициент заполнения площади круга

Кзап.КР.=                              (2.3)

Кзап.КР ≥ 0,885 – сечение стержня спроектировано рационально.

Рисунок 2 - Многоступенчатое сечение стержня магнитопровода

3. РАСЧЕТ  НАПРЯЖЕНИЯ  ОДНОГО  ВИТКА,  КОЛИЧЕСТВА  ВИТКОВ, НАПРЯЖЕНИЙ  И  ТОКОВ  НА  ВСЕХ  ОТВЕТВЛЕНИЯХ  ОБМОТКИ РО

3.1. Предварительное значение напряжения одного витка

Uв0 = 4.44  f  Bст 0  Fст =4.44·50·1.6·0.312 =111 В,          (3.1)

где  Вст 0 =1.6 Тл – предварительное значение индукции в стержне.

3.2. Количество витков в обмотке НН

WНН = ,                           (3.2)

где UНН ф = UНН л  при соединении фаз обмоток НН в треугольник.

3.3. Уточненное значение напряжения одного витка

UВ = В.                            (3.3)

3.4. Уточненное значение индукции в стержне

Вст = .                      (3.4)

3.5. Количество витков обмотки ВН на основном ответвлении

WВН_ном = ,              (3.5)

где    UВН_ф_ном = .

3.6.  Количество витков в одной ступени регулирования

Wступ = ,                        (3.6)

где    Uступ_ВН_ф = UВН_ф_ном,

Uступ = 1.78 % .

3.7.  Количество витков на любой ступени регулирования

WВН_N_ступ = WВН_ном   Nступ Wcтуп=604 ± Nступ·11,       (3.7)

где  Nступ – номер ступени регулирования, принимающий положительные и отрицательные  значения Nступ = 9, для номинального ответвления Nступ = 0.

3.8.  Фактическое значение напряжения на любой ступени регулирования

U*ВН_ф_N cтуп = UВWВН_N ступ=111· WВН_N ступ В.          (3.8)

3.9.  Расчетное значение напряжения на любой ступени регулирования

UВН_ф_N ступ = UВН_ф_ном  NступUступ_ВН_ф=6.972·104± Nступ1.182·103 В. (3.9)

3.10.  Отклонение расчетного и фактического значений напряжений на любой ступени регулирования

U = UВН_ф_N  ступ – U*ВН_ф_N  ступ В.                     (3.10)

3.11. Относительное отклонение расчетных и фактических значений напряжений на любой ступени регулирования обеспечивает  нормирующий ГОСТ 11788-85 допуск на коэффициент трансформации

.                          (3.11)

Условие выполняется.

3.12.  Номинальный фазный ток обмотки ВН

IВН_ф_ном =  А. (3.12)

3.13.  Фазный ток обмотки ВН на любой ступени регулирования

IВН_ф_ N ступ = А. (3.13)

3.14.  Номинальный фазный ток обмотки НН

IНН_ф_ном =  А. (3.14)

Расчёт числа витков, напряжений и токов и отклонений напряжений на всех ступенях регулирования сведён в таблицу 3.

Таблица 3 - Расчет числа витков и значений отклонений напряжений и токов  на всех ступенях регулирования

703,0934715

77948,23484

77701,64675

-246,588

-0,003173525

171,5965

4. ВЫБОР  ТИПА  И  РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ  ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Wвн Nступ

 

U* вн ф ступ

Uвн фNступ

дельта U

дU/UвнфN

Iвн ф Nступ

-9

505,0934715

55997,02761

56243,6157

246,5881

0,004384286

237,0639

-8

516,0934715

57216,53912

57435,72854

219,1894

0,003816256

232,1435

-7

527,0934715

58436,05063

58627,84138

191,7907

0,003271325

227,4232

-6

538,0934715

59655,56215

59819,95421

164,3921

0,002748114

222,8911

-5

549,0934715

60875,07366

61012,06705

136,9934

0,002245349

218,536

-4

560,0934715

62094,58517

62204,17988

109,5947

0,001761854

214,3479

-3

571,0934715

63314,09669

63396,29272

82,19603

0,001296543

210,3172

-2

582,0934715

64533,6082

64588,40555

54,79735

0,000848409

206,4354

-1

593,0934715

65753,11971

65780,51839

27,39868

0,000416517

202,6943

0

604,0934715

66972,63123

66972,63123

0

-0,00000891

199,0863

1

615,0934715

68192,14274

68164,74406

-27,3987

-0,000401948

195,6045

2

626,0934715

69411,65425

69356,8569

-54,7974

-0,000790078

192,2425

3

637,0934715

70631,16577

70548,96973

-82,196

-0,001165092

188,994

4

648,0934715

71850,67728

71741,08257

-109,595

-0,001527642

185,8535

5

659,0934715

73070,18879

72933,19541

-136,993

-0,001878341

182,8157

6

670,0934715

74289,7003

74125,30824

-164,392

-0,002217759

179,8756

7

681,0934715

75509,21182

75317,42108

-191,791

-0,002546433

177,0285

8

692,0934715

76728,72333

76509,53391

-219,189

-0,002864864

174,2702

9

4.1.  Выбор типа обмотки НН

Критерием при выборе типа обмотки является соотношение

(4.1)

Где м – высота минимального радиального канала;

- коэффициент усадки обмоток при сушке;

м – толщина изоляции провода на две стороны.

Выбираем однозаходную винтовую обмотку НН.

4.2.  Расчёт параметров обмотки

4.2.1.  Число прокладок

                  (4.15)

где -число параллельных ветвей обмотки;

nзах=1-число заходов для винтовой  обмотки.

4.2.2.  Сечение обмотки (предварительно)

м2.                               (4.16)

4.2.3.  Ширина провода

(4.17)

4.2.4.  Отношение высоты провода к его ширине

                                        (4.18)

соответствует допустимому.

4.2.5.  Сечение провода

м2           (4.19)

4.2.6.  Сечение обмотки

  м2                       (4.20)

4.2.7.  Плотность тока

А/м2                                (4.21)

4.2.8.  Индукция осевого поля рассеяния

                            Тл                              (4.22)

4.2.9.  Добавочные потери от осевого поля рассеяния

        (4.23)

4.2.10.  Высота обмотки

м.                        (4.24)

4.2.11.  Число катушек

                  (4.25)

4.2.12.  Ширина обмотки

                          (4.26)

4.2.13.  Средняя высота канала

                (4.27)

4.3. Выбор типа обмотки ВН

     (4.14)

Выбираем  непрерывную обмотку.

4.4.  Расчёт параметров обмотки ВН

4.4.1.  Число прокладок

                  (4.15)

где -кратность количества катушек в одной параллельной ветви непрерывной обмотки;

Iпол=0.12м-растояние между соседними прокладками, рассчитываемое по окружности среднего диаметра обмотки.

4.4.2.  Сечение обмотки (предварительно)

м2.                               (4.16)

4.4.3.  Ширина провода

(4.17)

4.4.4.  Отношение высоты провода к его ширине

                                        (4.18)

соответствует допустимому.

4.4.5.  Сечение провода

м2           (4.19)

4.4.6.  Сечение обмотки

  м2                       (4.20)

4.4.7.  Плотность тока

А/м2                                (4.21)

4.4.8.  Индукция осевого поля рассеяния

                              Тл                              (4.22)

4.4.9.  Добавочные потери от осевого поля рассеяния

        (4.23)

4.4.10.  Высота обмотки

м.                        (4.24)

4.4.11.  Число катушек

                  (4.25)

4.4.12.  Число витков в катушке

                          (4.26)

4.4.13.  Ширина обмотки

                (4.27)

4.5.  Проверка уровня отклонения расчётного значения UКЗ.р от заданного (UКЗ = 10,5 %)

4.5.1.  Средний диаметр между обмотками НН и ВН

(4.28)

4.5.2.  Средний диаметр обмотки НН

м,                                (4.29)

4.5.3.  Средний диаметр обмотки ВН

м,                                  (4.30)

4.5.4.  “Приведённый диаметр” бака

м,                  (4.31)

4.5.5.  Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

%                          (4.32)

4.5.6.  Отклонение расчётного значения напряжения короткого замыкания от заданного

,                           (4.33)

ГОСТ  разрешает отклонение до 10%.

4.6.  Расчёт параметров регулировочной обмотки

В качестве регулировочной обмотки была выбрана слоевая многовинтовая обмотка без осевых каналов с числом заходов mзах = nступ.РО = 10, числом параллельных проводов nпар = 2 и числом слоёв nсл = 1

4.6.1. Высота обмотки

                       (4.34)

4.6.2. Высота провода

   (4.35)

где   mВ.РО = 1 – число параллельных ветвей обмотки РО;

 tВ.сл = 2,95∙10-3 м – толщина изоляции провода на две стороны.

4.6.3. Сечение обмотки (предварительно)

       (4.36)

4.6.4. Ширина провода

       (4.37)

4.6.5. Отношение высоты провода к его ширине

                                   (4.38)

4.6.6. Сечение провода

  (4.39)

4.6.7. Сечение обмотки

          (4.40)

4.6.8. Плотность тока в регулировочной обмотке

          (4.41)

4.6.9. Толщина слоя обмотки

(4.42)

4.6.10. Толщина обмотки

 (4.43)

Полученные данные сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Основные параметры обмоток

%

9.57

5.93

-

bН = 0.055 м;      bН-В =0.05 м;    bВ = 0.090 м;     bВ-Р =0.05 м;      ДН.СР. = 0.841м;

bР  =0.0159 м;      bО-Н =0.018 м;     ДН-В =0.956 м;    Нобм =2.22 м;    ДВ.СР. =1.095 м.

Рисунок 3 - Разрез обмоток в окне магнитопровода трансформатора с расщеплением обмоток.

5 РАСЧЕТ  ПОТЕРЬ  КОРОТКОГО  ЗАМЫКАНИЯ

Параметр

Ед.

изм.

Непрерыв-

ная ВН

Однозаходная винтоая НН

Регулиро-

вочная РО

Высота обмотки , Нобм

м

2.22

2.22

2.04

Номинальный ток,  Iф ном

А

398

2539

398

Плотность тока, j

А/м2

2.72·106

2.86·106

2.69·106

Число витков в катушке, Wкат

-

11

6.71

-

Число параллельных проводов, nпар

-

4

5

2

Число катушек, nкат

-

55

188

-

Высота провода, hпр

м

0.014

0.010

0.015

Ширина провода, bпр

м

0.0026

0.0025

0.005

Отношение hпр/bпр

-

5.28

4

3.03

Сечение обмотки, Fобм

м2

14.6·10-5

8.8·10-4

14.7·10-5

Ширина обмотки, bкат

м

0.0906

0.0556

0.0159

Добавочные потери от осевого поля рассеяния, Рдоб.ос.

5.1  Разомкнутая длина одного провода на номинальном ответвлении

         (5.1)

       (5.2)

5.2  Активное сопротивление обмоток при температуре 75º С

    (5.3)

    (5.4)

5.3  Масса обмоточного провода катушек обмоток НН ВН, через которые проходит ток при работе на номинальном напряжении

(5.5)

(5.6)

5.4 Основные потери в функции тока и сопротивления

   (5.7)

       (5.8)

5.5  Основные потери в функции плотности тока и массы провода

(5.9)

(5.10)

5.6 Сумма основных потерь в обмотках

  (5.11)

  (5.12)

Результаты расчётов заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Результаты расчета основных потерь в обмотках НН и ВН

116·103

144·103

6 РАСЧЁТ ДОБАВОЧНЫХ ПОТЕРЬ В ОБМОТКАХ ВН И НН

Параметры

Обмотка

НН

ВН

Lпар, м

251

2082

Rобм, Ом

0.006

0.303

Gпр, кг

5949

8119

Росн=f(I,R), Вт

116·103

144·103

Росн=f(j,Gпр), Вт

Добавочные потери в обмотках НН и ВН

6.1 Индукция  осевого поля рассеяния

(6.1)

(6.2)

где       

6.2 Удельные потери от осевой составляющей поля рассеяния в обмотках

(6.3)

(6.4)

6.3 Полные потери от осевой составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН

                     (6.5)

                    (6.6)

6.4 Радиальные составляющие поля рассеяния на разных участках показаны на рисунке 4

                            (6.7)

                       (6.8)

         (6.9)

                               (6.10)

6.5 Удельные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН на участке 1-2    

   (6.11)

     (6.12)

6.6 Удельные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН на участке 2-3

          (6.13)

        (6.14)

Рисунок 4 – Распределение индукции радиального поля вдоль высоты обмотки.

6.7 Оставляющие массы провода обмоток НН и ВН на участках 1-2 и 2-3

                  (6.15)

                (6.16)

                  (6.17)

                 (6.18)

6.8  Полные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН на участке 1-2

        (6.19)

        (6.20)

6.9 Полные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН на участке 2-3

       (6.21)

      (6.22)

6.10 Потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН

                                                       (6.23)

                                                       (6.24)

Результаты расчётов сводим в таблицу 6.

6.11 Расчет добавочных потерь от циркулирующих токов, вызванных осевым полем рассеяния

(6.25)

где  функция типа транспозиции и числа параллельных проводов

 

Таблица 6 - Результаты расчётов добавочных потерь от вихревых токов

Ррад

ПАРАМЕТР

Ед.

изм.

Обмотка

НН

ВН

Вос

Тл

0,179

0,180

рос

Вт/кг

1.455

1,659

Рос

Вт

8657

13476

Врад

1

Тл

0,071

0,072

2

15·10-3

15·10-3

1-2

0,067

0,067

2-3

0,0179

0,0180

ррад

1-2

Вт/кг

4.889

9.728

2-3

0.232

0.463

Gпр

1-2

кг

297,45

405,95

2-3

2677

3653

Ррад

1-2

Вт

1454

3949

2-3

623

1692

Вт

4155

11284

7 РАСЧЁТ ДОБАВОЧНЫХ ПОТЕРЬ В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯХ ТРАНСФОРМАТОРА

7.1 Межосевое расстояние

       (7.1)

7.2 Средний диаметр между обмотками ВН и РО

          (7.2)

7.3 Наружный диаметр обмоток

    (7.3)

7.4 Ширина бака

               (7.4)

где Вобм-Б = 0,365 м – усреднённое расстояние от наружной обмотки до стенки бака.

7.5 Длина бака

 (7.5)

7.6 Периметр бака

                  (7.6)

7.7 Средний радиус бака

      (7.7)

7.8 Поток одного стержня

                    (7.8)

7.9 Добавочные потери в металлоконструкциях

                 (7.9)

где к = 2.2 при UКЗ.р ≤ 11.5 %.

7.10 Общие потери короткого замыкания

(7.10)

7.11 Отклонение потерь короткого замыкания от заданных

                  (7.11)

8 РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

8.1 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

%

8.2 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

                       (8.2)

8.3 Полное напряжение короткого замыкания

              (8.3)

8.4 Отклонение напряжения КЗ от заданного

||[10%] по ГОСТ 11677-85

||= 6,1% < [10%]                                 (8.4)

Условие выполняется.

9. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ И ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА

9.1 Объём стержней

                   (9.1)

9.2 Масса стержней магнитопровода

                 (9.2)

Где  γСТ = 7650 кг/м3 – плотность электротехнической стали.

9.3 Объём углов

             (9.3)

9.4  Масса углов магнитопровода

                  (9.4)

9.5 Объём ярма

(9.5)

9.6  Масса ярм магнитопровода

                   (9.6)

9.7 Полная масса магнитопровода

      (9.7)

Потери холостого хода

9.8 Индукции на разных участках магнитопровода:

индукция в стержне  ВСТ  = 1,589  Тл,                                            (9.8)

индукция в ярме                                     (9.9)              
индукция в стыке                                  (9.10)

индукция в угле                    (9.11)

9.9 Удельные потери холостого хода, определённые для соответствующих индукций

9.10 Площадь стыка

                       (9.12)

9.11  Потери холостого хода

(9.13)

где nстык = 8 – число стыков магнитопровода;

Кр.отв , Кр.тех , Кр.прес , Кр.ф.яр , Кр.шихт.яр – коэффициенты увеличения потерь на соответствующих     участках магнитопровода вследствие конструкции и технологии изготовления магнитопровода.

9.12 Расчёт намагничивающей мощности

9.13 Удельные намагничивающие мощности, определённые на разных участках магнитопровода для соответствующих индукций

9.14 Намагничивающая мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе

(9.14)

9.15 Реактивная составляющая тока холостого хода

                    (9.15)

9.16 Активная составляющая тока холостого хода

                      (9.16)

9.17 Полный ток холостого хода

                 (9.17)

10 ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЁТ ТРАНСФОРМАТОРА

Расчёт превышения температуры катушек  обмоток НН и ВН над маслом

10.1 Коэффициент закрытия части поверхности катушки изоляционными прокладками

(10.1)

(10.2)

где bпрокл.НН = 0,04 м и bпрокл.ВН =0,05 м – ширина прокладок.

10.2 Коэффициент, учитывающий действие добавочных потерь

               (10.3)

            (10.4)

10.3 Удельная тепловая нагрузка теплоотдающей поверхности катушки

(10.5

(10.6)

10.4 Превышение температуры катушки над маслом

(10.7)

(10.8)

где Ккат = 0,7.

Расчёт превышения температуры масла над воздухом

10.5 Высота бака

(10.9)

где hБ-ня = 0,05 м и hБ-вя = 0,1 м – расстояния от нижнего ярма до дна бака и верхнего ярма магнитопровода до крышки бака.

10.6 Выбираем тип радиатора Мо-3000 с характеристиками: теплоотдающая поверхность одного радиатора Fрад = 52 м2, межосевое расстояние по высоте между присоединительными патрубками радиаторов Нмо = 3 м.

10.7 Коэффициент, выражающий отношение высоты центра потерь Нцп  к высоте центра охлаждения Нцо

         (10.10)

10.8 Коэффициент, учитывающий взаимное расположение тепловых центров

(10.11)

10.9 Превышение температуры масла над воздухом исходя из норм нагрева масла

С,                        (10.12)

где [Qв.сл.м] = 60 ˚С – нормализованное значение превышения температуры верхних слоёв масла над температурой окружающей среды.

10.10 Превышение температуры масла над воздухом исходя из норм нагрева обмоток

С,                  (10.13)

где [Qобм] = 65 ˚С – нормализованное значение превышения температуры обмоток над температурой окружающей среды;

В качестве расчётного значения Qмс.ср берётся меньшее.

Расчёт количества радиаторов

10.11 Расчётные потери трансформатора

Вт.       (10.14)

10.12 Удельная тепловая нагрузка поверхности бака

Вт/м2                    (10.15)

10.13 Тепловой поток, отводимый поверхностью бака

   (10.16)

10.14 Тепловой поток, отводимый радиатором

      (10.17)

10.15 Удельная тепловая нагрузка радиатора

С,             (10.18)

где Кохл = 0,22  для системы охлаждения Д.

10.16 Необходимое число радиаторов

                      (10.19)

принимаем .

hБ-ня = 0,05 м;

hБ-вя = 0,1 м;

НБ =0,15 м.

Рисунок 5 - Расчет высоты бака

11 РАСЧЁТ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

11.1 Кратность установившегося тока короткого замыкания

                             (11.1.)

11.2 Ударный коэффициент

    (11.2)

11.3 Кратность амплитуды ударного тока короткого замыкания по отношению к номинальному

                (11.3)

11.4 Ударные токи короткого замыкания, проходящие через каждый виток в катушках обмоток НН и ВН

            (11.4)

                (11.5)

Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных сил

11.5 Средний радиус обмоток

                                (11.6)            

                                (11.7)

11.6 Средняя алгебраическая величина индукции осевого поля рассеяния при коротком замыкании

          (11.8)

11.7 Напряжение сжатия в проводнике катушки НН

Н/м    (11.9)

11.8 Напряжение растяжения в проводнике катушки ВН

Н/м  (11.10)

Расчёт механических напряжений в обмотках от осевых сил

11.9 Длина расчётного пролёта

м,         (11.11)

м.         (11.12)

11.10 Средняя алгебраическая величина индукции радиального поля рассеяния при коротком замыкании

Тл  (11.13)

11.11 Напряжение изгиба в каждом проводнике обмоток НН и ВН

(11.14)

   (11.15)

Поверка механической прочности обмоток

11.12 Суммарные напряжения

    (11.16)

      (11.17)

Допустимое напряжение для медного  провода [G] = 1,18∙108 Н/м2

Проверка обмотки НН на устойчивость

11.13 Момент инерции сечения проводника обмотки

      (11.18)

11.14 Коэффициент устойчивости круговой арки

                            (11.19)

11.15 Критическая радиальная нагрузка

     (11.20)

где Епр = 0,648∙1011 Н/м2 – модуль упругости алюминиевого проводника.

11.16 Критическое напряжение в проводнике

   (11.21)

Критерием устойчивости является соотношение Gрад Gк  

(44,2∙106 ≤ 45,4∙106)  Обмотка устойчива

12 КОМПОНОВКА АКТИВНОЙ ЧАСТИ ТРАНСФОРМОТОРА В БАКЕ

12.1 Наносим концентры обмоток трансформатора на расстоянии LМО диаметром ДРО.нар и их оси, полки верхних ярмовых балок, элементы раскрепления активной части в баке. В плане активной части отводы обмотки ВН будем располагать вниз от концентров обмоток, отводы обмотки НН – вверх.

12.2 От обмотки РО откладываем изоляционное расстояние S1 = 170 мм до линейного отвода ВН, диаметр изолированного отвода обмотки ВН d1 = 25 мм. Через центр изолированного отвода проводим линию 1-1, которая будет местом установки вводов ВН

12.3 Откладываем изоляционное расстояние S2 = 190 мм от изолированного отвода ВН до изолированного отвода РО другой фазы и диаметр изолированного отвода РО d2 = 20 мм.

12.4 Откладываем изоляционное расстояние S3 = 100 мм от изолированного отвода РО до стенки бака с учётом размещения элементов крепления отводов РО на планках.

12.5 Для размещения переключающего устройства РПН от обмоток крайней фазы откладываем изоляционное расстояние S7 = 240 мм и прибавляем к нему размер 223 мм, равный радиусу окружности расположения контактов переключателя. Таким образом, получим точку лежащую на оси 3-3 переключающего устройства. Отложив от оси 3-3 размер (S7+223) мм, получим точку, расположенную на стенке бака, которая закругляется по радиусу, равному ВБ /2= 1,052 мм. Центр оси цилиндра контактов РПН располагается с таким условием, чтобы верхний фланец переключающего устройства разместился на крышке бака.

12.6 Правая боковая стенка бака располагается от торца ярмовых балок на расстоянии 60 мм. Эта стенка делается прямой с радиусами скруглений 350 мм. Длину бака определяем по чертежу LБ  = 5060 мм.

12.7 На расстоянии изоляционного промежутка S8 = 140 мм от правой стенки бака по линии 1-1 размещаем первый ввод ВН. Следующие вводы размещаем на расстоянии 840 мм. Диаметр проходного фланца нулевого ввода берём равным 0,75∙Д1 = 0,75∙350 = 262.5 мм, где Д1диаметр проходного фланца линейного ввода. Линейные вводы НН располагаем на линии 2-2. Расстояние между ними с учётом допуска принимаем 400 мм.

Компоновка бака изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Компоновка активной части трансформатора в баке


13 ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

13.1 Внутренний объём бака

                   (13.1)

13.2 Объём, занимаемый активной частью

 (13.2)

где γа.ч = 5000 кг/м3 – средняя плотность активной части трансформатора.

13.3 Масса масла в радиаторах

                                     (13.3)

где Gм.рад = 278 кг – масса масла в одном радиаторе.

13.4 Общая масса масла

 (13.4)

ГОСТ 8032-56 установил нормализованный ряд объемов расширителей. Диаметры расширителей определены в зависимости от выбранных объемов расширителей с учетом безотходного раскроя стандартного листа стали. Трансформаторные заводы изготавливают расширители семи диаметров, а на каждый диаметр приходится несколько длин. Отношение длины расширителей к их диаметру находится в пределах 1.5...4.

Расширитель снабжается указателем уровня масла и на нем наносятся три контрольные черты, соответствующие уровню масла в неработающем трансформаторе при температурах воздуха -45, +15 и +40 градусов С. Расстояния от нижней части расширителя до контрольных отметок зависят от диаметров расширителей.

В результате расчета выбираем расширитель со следующими параметрами:

- внутренний диаметр расширителя 1260 мм;

- толщина стенок 4,0 мм;

- длина расширителя 2820 мм;

- услов. проход маслопровода 80;

- объем расширителя 3550 л;

- масса масла в расширителе 1513кг;

- масса масла в трансформаторе 32930 кг;

- расстояние от нижней части расширителя до контрольных отметок:

h1 = 100 мм,

 h2 = 615 мм,

 h3 = 795 мм.

13.5 Необходимое количество селикагеля в зависимости от массы масла в трансформаторе принимаем 320 кг, берём  2 фильтра. Выбираем  термосифонные фильтры с размерами:  диаметр 585 мм, высота 1890 мм, расстояние между присоединительными патрубками 1560 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте был рассчитан трансформатор мощностью  80 МВА с приемлемыми потерями короткого замыкания  Ркз = 340 кВт, потерями холостого хода

Рхх = 36.3 кВт, напряжением короткого замыкания  Uкз = 11,14 %, током холостого хода iхх = 0,080 %, намагничивающей мощностью Qхх = 49.76 кВАр. Проведение теплового расчёта позволило выяснить среднее превышение температуры масла трансформатора над воздухом  Qмс.ср = 43.413 0С, а также необходимое число радиаторов nрад = 10. В результате расчёта динамической стойкости трансформатора при КЗ получили суммарное напряжение в проводнике от радиальных и осевых сил, не превышающее допустимое.

Таким образом, спроектирован трансформатор, который соответствует исходным данным и техническим требованиям из чего делаем вывод, что трансформатор  пригоден для эксплуатации.

Список использованных источников

  1.  Терентьева М.А., Борю Ю.Ц., Леунова Е.М. Расчет силовых масляных трансформаторов: Методическое указание к курсовому проектированию. – Тольятти: ТГУ, 2003-56с:ил.

  1.  Терентьева М.А., Леунова Е.М.Расчет силовых масляных трансформаторов: Практикум по дисциплинам «Электромеханика» и «Проектирование электромеханических преобразователей энергии».- Тольятти: ТГУ,2008-58с:ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65832. Анализ и формирование организационных структур 315.22 KB
  В теории организации и теории управления чаще используется понятие организационной структуры управления ОСУ. Организационная структура управления строится с учетом требований наиболее эффективного управления системой. Организационная структура управления одно из ключевых понятий менеджмента тесно связанное с целями функциями распределением полномочий между менеджерами.
65833. Решение систем линейных алгебраических уравнений 741 KB
  Задание 1 Условие: Решить СЛАУ методом итераций Якоби либо Зейделя: Ход работы: Итерационный метод Якоби: Достаточное условие сходимости: Чтобы выполнялось достаточное условие сходимости преобразуем систему: Блоксхема метода Якоби: Код программы: for i:=1 to 4 do x[i]:=1; e:=0.001; k:=0; while k=0 do begin dx:=0; for i:=1 to 4 do begin s:=0; for j:=1 to i1 do...
65834. Исследование модели шинной ЛВС cо случайным доступом 393 KB
  Цель работы: Исследование особенностей построения и функционирования шинной ЛВС со случайным методом доступа и определение основных характеристик сети. Определить основные характеристики ЛВС шинной топологии со случайным методом доступа на основе исследования аналитической модели сети.
65835. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ 20.63 KB
  Цель работы изучение основ разработки ОС принципов низкоуровневого взаимодействия с аппаратным обеспечением программирования системной функциональности и процесса загрузки системы. Результаты работы Таким образом ядро системы может оставаться нетронутым злоумышленником во время работы.
65837. Влияние кроссовой подготовки на развитие общей выносливости гиревиков 14-15 лет 352.5 KB
  Разработать методику воспитания общей выносливости с использованием кроссовой подготовки и внедрить ее в учебно-тренировочный процесс гиревиков 14 – 15 лет. Экспериментально проверить и обосновать эффективность кроссовой подготовки на развитие общей выносливости у гиревиков 14 – 15 лет.
65838. ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО РОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ 420 KB
  Перший закон Кірхгофа стверджує, що алгебраїчна сума струмів в електричному вузлі дорівнює нулю, згідно другого закону – алгебраїчна сума спадів напруг вздовж замкнутого контура дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил цього ж контура.
65839. ОСНОВЫ РАБОТЫ С ТЕКСТОВЫМ РЕДАКТОРОМ AWK И ЯЗЫКОМ ПРОГРАММИРОВАНИЯ PERL 38.48 KB
  Цель работы — изучение возможностей, предоставляемых интерактивным текстовым редактором AWK из состава ОС UNIX, а также ознакомление с языком программирования Perl. Использованные теоретические сведения В ходе выполнения лабораторной работы были использованы теоретические...
65840. Профілактичне обслуговування клавіатури та маніпуляторів типу «миша» 542 KB
  Мета: Набути вмінь та навиків при профілактичному обслуговуванні пристроїв вводу інформації Теоретичні відомості Часто зустрічається така ситуація коли кнопки при роботі починають гірше натискатися. Розглянемо порядок профілактики клавіатури. Повторюємо цю операцію 103 або більше разів залежно від типу клавіатури.