Силовой трёхфазный трансформатор

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Задание

Введение

Устройство силовых трансформаторов

Расчет исходных данных

Расчёт основных коэффициентов

Определение основных размеров

Расчёт обмоток НН

Расчёт обмоток ВН

Расчёт параметров короткого замыкания

Расчёт магнитной системы трансформатора

Расчёт потерь холостого хода

Расчёт тока холостого хода

Тепловой расчёт обмоток

Тепловой расчёт бака

Определение массы масла

Описание конструкции трансформатора

Вывод

Список литературы



ЗАДАНИЕ

Спроектировать силовой трёхфазный трансформатор по следующим техническим данным:

1. Тип трансформатора ТМН - 3000/35

2. Номинальная мощность Sн = 3000 кВА

3. Число фаз m = 3

4. Частота сети f = 50 Гц

5. Высокое напряжение 35±(4·2,5%) кВ

6. Материал обмотки ВН - Алюминий

7. Низкое напряжение 6,3 кВ

8. Материал обмотки НН - Алюминий

9. Схема и группа соединений обмоток Y/Y-0

10. Способ охлаждения - масляное

11. Установка - наружная

12. Напряжение короткого замыкания Uк= 10.5%

13. Потери короткого замыкания Pк= 45,5 кВт

14. Ток холостого хода Iо=0,8%

15. Потери холостого хода Pо= 7,6 кВт

16. Способ регулирования напряжения - РПН

17. Класс изоляции - В

18. Характер нагрузки - длительная

силовой трансформатор замыкание обмотка



ВВЕДЕНИЕ

Трансформаторы - это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка-вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной-индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.



УСТРОЙСТВО СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего - является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.



РАСЧЁТ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Расчёт проводим для трёхфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.

Мощность одной фазы и одного стержня:

Sф = S/m = 3000/3 =1000 кВА

S'= S/c= 3000/3 =1000 кВА

Где : m - число фаз,

с - число активных стержней трансформатора.

Номинальные (линейные) токи на сторонах:

ВН: I2== = 49.5 А

НН: I1= = = 274.9 А

Фазные токи обмоток (звезда/звезда-0):

ВН: Iф2 = I2 = 49.5 А

НН: Iф1 = I1=274.9 А

Фазные напряжения обмоток:

ВН: Uф2 = Uн2/= 35000/= 20207 В

НН: Uф1 = Uн1/ =6300/=3637 В

Испытательное напряжение обмоток смотрим по таблице 4.1 :



ВН: Uисп.2 = 85 кВ

НН: Uисп.1 = 25 кВ

По таблице 5.8 выбираем тип обмоток:

Обмотка ВН при напряжении 35 кВ и токе 49.5 А - цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.

Обмотка НН при напряжении 6.3 кВ и токе 274.9 А - цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.

Определение исходных данных расчёта:

Мощность обмоток одного стержня:

S'= 1000 кВА

Для испытательного напряжения обмотки ВН, Uисп.2 = 85 кВ по таблице 4.5 находим изоляционные расстояния:

a12 = 2,7 см; l02 = 7,5 см; a22 = 3,0 см

lц2=5,0 см; д12=0.5 см д22=0.3 см дш=0.2 см

Для обмотки НН, Uисп.1 = 25 кВ

a01 = 15 мм; aц1 = 0,6 см;

lц1=2,5 см; д01=0.4 см

Ширина приведённого канала рассеивания:

ap = a12 + (a1 +a2)/3

(a1 +a2)/3 = K, где K=1.25 (из табл. 3.3),

(a1 +a2)/3 =1.25 =7 см

ар = а12 + (a1+a2)/3 =3 + 7 = 10 см

Коэффициент приведения реального поля рассеяния к идеальному принимаем:

Kр=0.95

Частота: f=50 Гц

Активная составляющая напряжения короткого замыкания (по 3-9 ):

Uа = Pк/10S = 45500/103000 = 1.52%

Реактивная составляющая:

Uр= = = 10.39 %

Согласно параграфу 2.2 выбираем плоскую трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 1 Схема плоской магнитной системы трансформатора.

По таб.2.1 выбираем ориентировочный диаметр стержня d=26-28 см.

Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм стальными балками. Материал магнитной системы - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0.35 мм.

Индукция в стержне Вс = 1.63Тл. В сечении стержня 8 ступеней, коэффициент заполнения круга Ккр = 0.929, изоляция пластин - жаростойкое изоляционное покрытие плюс однократная лакировка, Кз = 0.97(по таб.2.6), коэффициент заполнения сталью

kc =Ккр Кз = 0.929 0.97 = 0.9.

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 6, коэффициент усиления ярма kя = 1.03 индукция в ярме:

Вя = Вс/Кя = 1.63/1.03= 1.57 Тл

Число зазоров магнитной системы на косом стыке = 4, на прямом = 3.

Индукция в зазоре на прямом стыке:

Вз`` = Вс = 1.63 Тл

на косом стыке:

Вз` = Вс/= 1.63/ = 1.14 Тл

Удельные потери в стали рс = 1.353 Вт/кг; ря = 1.242 Вт/кг.

Удельная намагничивающая мощность qc = 1.956 ВА/кг, qя = 1.66 ВА/кг,

Для зазоров прямых стыков q``з =2.5 ВА/см2,

для зазора косых стыков q`p = 0.32 ВА/см2 .

По таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, кд =0.9 и по таблице 3.4 и 3.5 находим постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток

a = 1.401.06=1.484

b = 0.281.25=0.36

Принимаем Кр 0.95.

Диапазон изменения от 1.2 до3.0 (по таб.12.1)

РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

По (3-30) находим:

А = 16 = 16 = 27.32

По (3-35):

A1=кг

По (3-36):

A2=кг

По (3-43):

l=0.411 для ярма с многоступенчатой формой поперечного сечения.

По (3-44):

кг

По (3-52) для частоты 50 Гц:

K0=1.2102

С1 = K0 ==361 кг

По (3-65):

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением (3-55):

по таблице (3-7) - Koc=2.65; Kпр=1.13 (для алюминиевого провода)

Получим:

X5+BX4-CX-D=0; X5+0.18X4-0.5X-0.63=0

Решением этого уравнения является: в=0.99

Находим предельные значения в по допустимым значениям плотности тока Д и растягивающим механическим напряжением ур:

По (3-611):

По (3-66):

Масса одного угла магнитной системы:

По (3-451):

Активное сечение стержня:

По (3-59):

Площадь зазора на прямом стыке:

на косом стыке:

Потери холостого хода по формуле (8-32):

где: Кпд=1.15 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)

Куп=10.18 (по таблице 8-6)

Кф=2(с-1)=2(3-1)=4 (для трехфазного трансформатора)

Намагничивающая мощность по формуле (8-44):

где: kтд'kтд”=1.2 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)

kтд'=1.07

kу=42.45

Предварительный расчет трансформатора ТМ-3000/35 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.

в	0,99	1,2	1,8	2,4	3,0
	0,997	1,047	1,16	1,245	1,31
	0,995	1,096	1,342	1,55	1,734
	0,992	1,147	1,55	1,93	2,29
A1/x=1534/x	1539	1465	1322	1232	1171
A2x2=181x2	180	198	243	281	314
Gc=A1/x+A2x2	1719	1663	1565	1513	1485
B1x3=1023x3	1015	1173	1586	1974	2343
B2x2=94.7x2	94.2	103.8	127.1	146.8	164.2
Gя=B1x3+B2x2	1109,2	1276,8	1713,1	2120,8	2507,2
Gст=Gc+Gя	2828	2940	3278	3634	3992
Gу=93.2x3	92,45	106,90	144,46	179,88	213,43
1.55Gc	2664.45	2577.65	2425.75	2345.15	2301.75
1.428GЯ	1584	1823	2446	3029	3580
6.47Gу	598	692	935	1164	1381
Px=1.55Gc+1.428Gя+6.47Gу	4846,45	5092,65	5806,75	6538,15	7262,75
Пc=527,3x2	524,66	577,92	707,64	817,32	914,34
3,84Gc	6601	6386	6010	5810	5702
2.87Gя	3183	3664	4917	6087	7196
106Gу	9800	11331	15313	19067	22624
5247x2	5221	5751	7041	8133	9098
Qx	24805	27132	33281	39097	44620
I0р=Qx/10S, %	0,83	0,90	1,11	1,30	1,49
G0=C1/x2=361/x2	363	329	269	233	208
1.1G0	399	362	296	256	229
1.11.03G0= =Gпр	411	373	305	264	236
kocGпр=2.36Gпр	970	881	719	623	557
Cач'=kocGпр+Gст	3798	3821	3997	4257	4549
	2,97	3,12	3,46	3,71	3,93
	7,12	8,24	11,13	13,86	16,44
d=Ax=27,32x	27,24	28,60	31,69	34,01	35,79
d12=ad=1.484d	40,42	42,45	47,03	50,48	53,11
	128,20	111,08	82,04	66,04	55,59
C=d12+a12+2a2+a22	50,37	52,61	57,67	61,49	64,39

Где: а12=2.7 см, а22=3.0 см, по таблице 3-5 а2=(b*d)/2=(0.25*1.25*d)/2=0.156d

K=12.75 - постоянный коэффициент зависящий от удельного электрического сопротивления и плотности металла обмоток.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ

По полученным результатам выбираем диаметр стержня d=28 см при в=0,99

Для выбранных d и в:

x=0,997; x2=0,995; x3=0,992

Диаметр стержня:

d = Ax =27,320,997=27,24=28 см

Активное сечение стержня:

Пс = 527,3x2 = 524,66 см2.

Средний диаметр обмоток:

d12 = 1.48d = 1.4827.2 =40,42 cм.

Высота обмоток:

l = d12/ = 3.1440,42/0,99 = 128,2 cм

Высота стержня:

lc = l+2l0 =128,2+27.5 = 143,2 cм

Расстояние между осями стержней:

С = d12+a12+2a2+a22 = 40,42+2,7+0,156х27,24+3 = 50,37 cм



ЭДС одного витка

Uв = 4.44fПСВС10-4 = 4.4450524,661.6310-4 = 18,99 в

Масса стали

Gст=2828 кг

Масса металла обмоток

G0=363 кг

Масса провода

Gпр=411 кг

Плотность тока

Д=2,97106 A/м2

Механическое напряжение в обмотках

ур=7,12 МПа

Потери и ток ХХ

Px=4846,45 Вт; i0=0.83%

РАСЧЁТ ОБМОТОК НН

Число витков обмотки НН:

витка

Потери х.х. для выбранного варианта 0.280 м оказались выше. Для их уменьшения примем щ1ґ=192 витка. С той же целью уменьшим высоту обмоток. До 1280 мм и соответственно длину и массу стержня.

ЭДС одного витка Uв = Uф1/1 = 3637/192 = 18,94 В

Действительная индукция в стержне:

Тл

Средняя плотность тока:

Дср = 0.463kдPкUв/(Sd12 )= 0.4630.94550018,99/(300040,42) = 2.97 А/мм2

Сечение витка ориентировочно:

П1' = I1/ Дср = 274,9/2,97= 92,56мм2

По таблице 5.8 по мощности 2500 кВА, току обмотки одного стержня 274,9 А, сечению витка 92,56 мм2 и плотности тока 2.97 А/мм2 - выбираем конструкцию цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного провода.

Находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м2:

мм

где: кз=0.8

По таблице (5-3) выбираем следующий провод:

АПБ3

Полное сечение витка:



П1 =nв1П1'= 392,56 =277,68 мм2

Полученная плотность тока:

Д1 = I1/П1 = 274,9/277,68=0,99 А/мм2

Число витков в одном слое:

витка

Обмотка НН наматывается в два слоя - внутренний - 98 витков и внешний - 94 витка. Введу того, обмотка содержит 3 провода возникает необходимость в транспозиции, т.к. сопротивления каждого провода должны быть одинаковыми. Транспозицию применяем на каждых 1/3 длины.

Общий суммарный радиальный размер металла 4.2523=25.5 > b1 => обмотку делим на две катушки - внутренняя 98 витков и внешняя 94 витка и между ними.

Добавочные потери меньше 5%.

Напряжение двух слоев обмотки:

в

Междуслойная изоляция по таблице (4-7) - 60.12. Шесть слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.

Осевой охлаждающий канал a11=0.01l=0.010.98=0.01 м

Радиальный размер обмотки без экрана:



см

Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.

Радиальный размер с экраном

a1экр=a1+0.3 = 3.929+0.3 = 4.25 см

Внутренний диаметр:

см

Наружный диаметр:

см

Принимаем бакелитовый цилиндр Ш=

Плотность теплового потока на поверхности обмотки (по 7-17'):

вт/мм2

Масса метала обмотки НН по (7-7) :

G01 = cDср1П110-5 = 3187192277,6810-5 = 299 кг

Масса провода в изоляции по таблице (5-5):

G пр1 = 1.025 1.03 2993 = 947 кг



РАСЧЁТ ОБМОТКИ ВН

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении (по 6-27):

H=1 = 192Ч = 1067 витков

Число витков на одной ступени регулирования:

р = = 27 витков

38500	1067+427=1175
37625	1067+327=1148
36750	1067+227=1121
35875	1067+127=1094
35000	1067
34125	1067-127=1040
33250	1067-227=1013
32375	1067-327=986
31500	1067-427=959

Ориентировочная плотность тока:

А/мм2

Ориентировочное сечение витка

П`2 = 10 мм2



По формуле (5-7) находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м

см

Выбираем провод по таблице (5-3):

АПБЧ1Ч сечением П2 = 10,2 мм2

Плотность тока в обмотке:

А/мм2.

Число витков в одном слое:

витков

( 7 слоев по 121 витку, 2 слоя по 108 витков и 1 слой по 120 витков)

Обмотка разделяется на 2 катушки - внутреннюю В2 с 5 слоями и наружную Г2 с 4 слоями. Между катушками В2 и Г2 осевой масляный канал шириной 1 см. Под внутренним слоем обмотки располагается электрический экран - аллюминиевый незамкнутый цилиндр толщиной 0.5 мм.

Напряжение двух слоев обмотки:

в

Междуслойная изоляция по таблице (4-7) - 8 слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.

Радиальный размер обмотки без экрана:

см

Радиальный размер обмотки с экраном:

см

Внутренний диаметр обмотки (для расчета массы провода) по внутреннему слою проводов ( по 6-58):

см

Наружный диаметр обмотки без экрана ( по 6-59):

см

Расстояние между осями стержней

С = 54.4 + 3.0 = 58 см

По испытательному напряжению обмотки ВН Uисп1=85 кв (по таблице 4-5)

a12ґ = 3.0 см; l02 = 7,5 см; a22ґ = 3,0 см

lц2=5,0 см; д12ґ=0.5 см д22ґ=0.3 см



Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.

Поверхность охлаждения обмотки ( по 6-61):

м2

к=0.8.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

вт/м2

Масса металла обмотки ВН:

G02 = 8.47cDср2П210-5= 8.47318711831010-5 = 562 кг

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией ( по таблице 5-5):

Gпр 2 = 1.0251.03562 = 593 кг

Масса металла обмоток НН и ВН:

Gо = G01 + G02 = 562+299 = 861 кг

Масса провода двух обмоток:

Gпр = Gпр1 + Gпр2 = 593+947 = 1540кг



РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установленной в одной из обмоток тока, соответствующего его номинальной мощности при замкнутой накоротко второй обмотки.

Потери короткого замыкания согласно § 7.1 :

Основные потери в обмотках :

Обмотка НН: Вт

Обмотка ВН: Вт

Добавочные потери в обмотке:

Обмотка НН (по 7-15'):

Kp=0.95

Обмотка ВН (по 7-15):

Основные потери в отводах рассчитываются следующим образом:

Для схемы соединения звезда отводы ВН и НН имеют одинаковую длину.

Длина отводов определяется приближённо по (7-21) :

lотв = 7.5l = 7.5128,2 = 961,5 см

Масса отводов НН: (при плотности меди отводов = 2700 кг/м3)

Gотв.1 = lотв.П1 10-8 = 735277,6810-82700 = 5,51 кг

Потери в отводах НН по (7-24):

(при k = 12.75)

Ротв.1 = kД12Gотв.1 = 12.750,9925,51 = 68,85 Вт

Масса отводов ВН: (при плотности меди отводов = 2700 кг/м3)

Gотв.2 = lотв.П2 = 7351010-82700 = 0,198 кг

Потери в отводах ВН:

(при k = 12.75)

Ротв.2 = k Д 22Gотв.2 = 12.754,9520, 198 = 61,86 Вт

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближённо, по (7-25) и таблице (7-1):

Рб = 10kS = 100,0313000 = 930 Вт

к=0.031

Полные потери короткого замыкания:

Рк = Росн.1kд1 + Росн.2kд2 + Ротв.1 + Ротв.2 + Рб =

=37361,043+420251.022+68,85+61,86+930 = 46982Вт

%

Активная составляющая:

uа = = = 1,57 %

Реактивная составляющая:

где: f = 50 Гц, S`= 1000 кВА,

см

%

Напряжение короткого замыкания:

uк = %

или 10,19100/10,5 = 97 % заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН :

А

Sk = 3000103

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

iк.max = 1,41kmax Iку. = 2.33481 = 1120,7 А

1.41kmax = 2.33 по таблице 7.3 стр. 330.

Радиальная сила :

Fp = 0.628 (iк.max w)2 kp 10-6 = 0.628(1120.71062)20,990.96 10-6 =845461 Н

Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН:

Па (82% допустимого урд=15Мпа)

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН:

Осевые силы:

% (по таблице 7-4)

a0 = a12 + a1 + a2 = 0.03 + 0.0392 + 0.52 = 0,59

k=k01ЧД01=0.99Ч0,277=0,27

Наибольшая осевая сила в середине обмотки НН

МПа

Температура обмотки через tк = 5 сек. после возникновения короткого замыкания по (7,54') :

С

По таблице (7-5) допустимая температура 300 С

РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Определение размеров магнитной системы и массы стали по параграфу 8-1.

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки Э330А,0,35 мм по рис 4.

Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице (8-1б) для стержня диаметром 28 см без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня 8, в сечении ярма 6.

Размеры пакетов в одной половине сечения стержня при 8 ступенях

Номер пакета	Ширина пакета, см	Толщина пакета, см	Площадь сечения, см2
1	27.0	3.7	99.9
2	25.0	2.6	65.0
3	23.0	1.7	39.1
4	21.5	0.9	19.35
5	19.5	1.1	21.45
6	17.5	0.9	15.75
7	13.5	1.3	17.55
8	10.5	0.7	7.35



Полное сечение стержня по пакетам: Пф.с = 570.9 см2;

Активное сечение: Пс = kзПф.с = 0.97570.9 = 553.3 см2

Размеры пакетов ярма по таблице (8-1б):

Номер пакета	Ширина пакета, см	Толщина пакета, см	Площадь сечения, см2
1	27.0	3.7	99.9
2	25.0	2.6	65.0
3	23.0	1.7	39.1
4	21.5	0.9	19.35
5	19.5	1.1	21.45
6	17.5	0.9	15.75

Полное сечение ярма по пакетам по таблице (8-2): Пф.я = 591.1 см2;

Активное сечение ярма:

Пя = kзПф.я = 0,97591.1 = 57.3 см2

Длина стержня по таблице (4-5):

lс = l+2l02=128+27.5 = 173 см

Расстояние между осями соседних стержней:

С = D2`` + a22 =54.4+3.0 = 58 см

Масса стали в ярмах магнитной системы рассчитываем по (8-11)-(8-13)-(8-15):

Gя = Gя` + Gя`` = 2Пя2Cгст+2Gy = 20,0573276500,58+292.45 = 1202 кг



где с=3 - число активных стержней.

=7650 кг/м3 - плотность холоднокатаной стали.

Масса стали угла магнитной системы

кг

Масса стали в стержнях магнитной системы рассчитываем по (8-16)-(8-18):

Gс = Gс` + Gс`` = 2195.42 + 65.25 = 2261 кг

Где:

Gс` = сlсПсст10-6 = 3173553765010-6 = 2195.42 кг

Gс``= с(Пса1яст10-6 - Gу) = 3 (55327765010-6 - 92.45) = 65.25 кг

Общая масса стали:

Gст = Gя + Gс = 1202 + 2261= 3463 кг

РАСЧЁТ ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА

Расчёт потерь холостого хода производим по параграфу 8.2

Индукция в стержне:

Вс = = =1.547 Тл.



Индукция в ярме:

Вя = = =1.493 Тл

Индукция на косом стыке

Вкос. = = = 1.09 Тл

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по таблице (8-4):

При Вс = 1.547 Тл, рс = 1,279 Вт/кг; рзс = 0.0973 Вт/см2

При Вя = 1.493 Тл, ря = 1,164 Вт/кг; рзя = 0.0902 Вт/см2

При Вкос. = 1.09 Тл, ркос = 4,59 Вт/кг

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8-31):

kп.р. = 1,05; k п.з. = 1,02;. k п.я. = 1,00; k п.п. = 1.03; k п.ш. = 1.06

k пу = 10,18

k ф = 2(с-1)=4

Тогда потери холостого хода:

вт

что на % выше заданного значения.

РАСЧЁТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА

Расчёт тока холостого хода производим по параграфу 8.3.

По таблице (8-11) находим удельные намагничивающие мощности:

При Вс = 1.547 Тл, qс = 1.73 ВA/кг; qзс = 22150ВA/м2

При Вя = 1.493Тл, qя = 1.61 ВA/кг; qзя = 19500 Вт/м2

При Вкос. = 1.09 Тл, qкос = 2920 ВА/кг

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем (8-43), в котором по параграфу 8.3 принимаем коэффициенты:

kт.р. = 1.18; k т.з. = 1.0; k т.я. = 1; k т.п. = 1.33;

k т.ш. = 1.06. k т.у = 42.41 k т.п = 1.05

вт

Ток холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода:

i0а = = 0.28 %

Реактивная составляющая тока холостого хода:

i0р = =0.91 %

Ток холостого хода: i0 = 0.95%

что на % выше заданного значения.

КПД трансформатора: %

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОБМОТОК

Поверочный тепловой расчёт обмоток

Потери в единице объёма обмотки НН

Вт/м2

где а = 5.25 мм, bґ = 11.5мм, дмс = 0.12Ч10-3 м, b=15.00 мм, aґ = 5.75мм

Средняя теплопроводность обмотки НН

, где

Полный внутренний период

?С

Средний внутренний период

?С

Потери в единице объёма обмотки ВН

Вт/м3

Средняя теплопроводность обмотки ВН

,

Полный перепад температуры в обмотке ВН

?С

Средний внутренний перепад

?С

Перепад температуры на поверхности обмоток

обмотка НН : ?С

обмотка ВН : : ?С

плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН

Вт/м2

Превышения средней температуры обмоток над температурой масла

обмотка НН : : ?С

обмотка ВН : : ?С

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ БАКА

Тепловой расчёт бака проводится согласно параграфу 9.6.

По таблице (9-4), в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию

S = 3000 кВА, выбираем конструкцию волнистого бака.

Минимальные внутренние размеры бака - по рис. 5, (а) и (б).

Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

По таблице 4-11:

S1 = 50 мм, S2 = 54 мм, S3 = 35 мм, S4 = 100 мм, d1 = 25мм, d2 = 40 мм

Минимальная ширина бака по рис.5 (а) и (б):

В = D2``+(S1 + S2 + d2 + S3 + S4 + d1) =544+(50+54+40+35+100+25) = 850 мм

где изоляционные расстояния:

S1 = 50 мм (для отвода Uисп=85 кв, покрытие 0.5 см - расстояние от стенки бака)

S2 =54 мм (для отвода Uисп=85 кв, покрытие 0.5 см - расстояние до прессующей балки)

S3 = 35 мм (для отвода Uисп=25 кв, без покрытия - расстояние до стенки бака)

S2 = 100 мм(для отвода Uисп=25 кв, без покрытия - расстояние до прессующей балки)

Принимаем В = 102 см, при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Длина бака:

А = 2С+ B= 20.58+0.85 = 2010 мм.

Глубина бака:

Нб = На.ч+ Ня.к. = 2.02+0.5= 2.52м.

Высота активной части:

На.ч. = lс + 2hя + n = 1430+2270+50 = 2.02м.

где n = 50 мм - толщина бруска между дном бака и нижним ярмом

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака:

Ня.к. = 500 мм.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха:

по (9-32)

м.в = 65-о.м.ср. = 65-24.97 40 С

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры в этом случае



И м,в,в=1.2ЧИ м,в=1.2Ч40=48<60°С

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака И=7°С и запас 4°С находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

С

Высота волны

Нв=2520 - 100 = 2420 мм

11.7. Поверхность излучения с волнами

м2

Поверхность излучения гладкой стенки

м2

м2

Шаг волны

м

Число волн

волны

Развёрнутая длина волны

м

Поверхность конвекции стенки

, м2

м2

Полная поверхность излучения бака

м2

м2

м2

Полная поверхность конвекции бака

м2

Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха

°С

Превышение температуры масла над температурой стенки

°С

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха

°С

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха

обмотка НН: °С

обмотка ВН: °С

Превышение температуры масла в верхних слоях

ИМ,В,В =1.2Ч49.6 = 59.5

Лежат в пределах допустимого.

Определение массы масла

Объём бака

м3

Объём активной части

кг

кг

Объём масла в баке

м3, где г=5000 кг/м3

Масса масла в баке

м3

Объем активной части:

кг

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Разработанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 3000/35 состоит из следующих основных компонентов:

Магнитная система. Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404, 0.35 мм.

Обмотки НН и ВН. Выбрана конструкция многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода.

Бак. Выбрана конструкция волнистого бака.

Стандартные изделия - вводы НН и ВН, газовое реле, выхлопная труба, термосифонный фильтр, РПН,

Трансформатор установлен на специальной тележке, при помощи которой его можно передвигать в нужном направлении. Перевозка трансформатора осуществляется в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах.

ВЫВОД

Рассчитанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 2500/35 удовлетворяет основным государственным нормам и стандартам. В отличие от трансформатора серийного производства, данный трансформатор обладает следующими параметрами:

Разработанный трансформатор	Серийный трансформатор
Параметр	Значение	Отклонение, %	Параметр	Значение	Отклонение, %
Uk,%	10.19	-3	Uk,%	10.5	±5
Pk,Вт	46982	+3,3	Pk,Вт	45500	+10
I0,%	0,95	+19	I0,%	0.8	+30
Рх,Вт	8374	+9,2	Рх,Вт	7600	+15

ЛИТЕРАТУРА

Тихомиров П.М. «Расчёт трансформаторов», издательство «Энергия» Москва, 1986 г.

Сергеенков Б.Н. «Электрические машины. Трансформаторы», издательство «Высшая школа», Москва, 1989 г.

Сапожников А.В. «Конструирование трансформаторов», государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1959 г.

Иванов-Смоленский А.В. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1980 г.

Костенко М.П., Пиотровский Л.М. «Электрические машины» часть 1, издательство «Энергия», Ленинград, 1973 г.

Вольдек А.И. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1974 г.

Потишко А.В. «Справочник по инженерной графике», издательство «Будивельник», Киев, 1983 г.

Александров К.К. «Электротехнические чертежи и схемы», Энергоатомиздат, Москва 1990 г.

ГОСТ 16110-82 «Трансформаторы силовые. Термины и определения».

ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические требования».

ГОСТ 11920-85 «Трансформаторы силовые масленые общего назначения до 35 кВ включительно. Технические условия»

Размещено на Allbest.ru