Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Введение

1. Обзор аналогичных трансформаторов

2. Определение основных электрических величин

3. Расчет основных размеров трансформатора

4. Расчет обмоток

4.1 Расчет обмотки НН

4.2 Расчет обмотки ВН

5. Определение параметров короткого замыкания

6. Расчет магнитной системы

7. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения трансформатора

8. Определение массы масла

Заключение

Список используемой литературы

Введение

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

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

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

Силовые трансформаторы подразделяются на два типа. Трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, и для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы.

Трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребителей сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характерами нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямленные установки и т.п.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической линии. 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 составляют 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 всех трансформаторах достигает существенных значений. Поэтому одной из важнейших задач в настоящее время является задача существенного уменьшения потерь энергии в трансформаторах, т.е. потерь холостого хода и короткого замыкания.

Потери холостого хода трансформатора являются постоянными, не зависит от тока нагрузки и возникают в его магнитной системе в течении всего времени, когда он включен в сеть. Потери короткого замыкания изменяются с изменением тока нагрузки, и зависит от графика нагрузки трансформатора.

1. Обзор аналогичных трансформаторов

Комплектация: В комплект трансформатора должны входить следующие части:

· Активная часть в рабочем баке.

· Расширитель с указателем уровня масла.

· Предохранительная труба или предохранительный клапан.

· Катки или поворотные каретки.

· Радиаторы или охладители с маслонасосами и вентиляторами.

· Шкаф автоматического управления системой охлаждения (для трансформаторов с системами охлаждения Д и ДЦ).

· Встроенные трансформаторы тока.

· Коробка зажимов для присоединения контрольных и силовых кабелей.

· Газовое реле для защиты трансформатора и устройства РПН.

· Манометрические сигнализирующие термометры.

· Вводы.

· Воздухоосушитель.

· Фильтры.

· Стационарная лестница.

· Пробивной предохранитель.

· Комплект запасных частей и необходимого специального инструмента согласно ведомости ЗИП.

· Другие сборочные единицы и устройства.

Технические требования:

· Баки трансформаторов мощностью до 6300 кВА включительно должны выдерживать избыточное давление 35 кПа.

· Трансформаторы ПБВ должны иметь переключатель ответвлений с приводом, выведенным на крышку или стенку бака трансформатора.

· Расположение основных элементов трансформаторов должно соответствовать чертежу.

· Расширитель должен располагаться вдоль узкой стороны трансформатора. Допускается расположение расширителя вдоль широкой стороны трансформатора.

Рис.1. Общий вид крышки бака

· Предохранительная труба должна располагаться вблизи расширителя.

· Трансформаторы мощностью 1000-6300 кВА общего назначения и для собственных нужд электростанций должны иметь гладкие катки.

· Трансформаторы мощностью 4000-6300 кВА по заказу потребителя могут иметь катки с ребордами.

2. Определение основных электрических величин

Исходные данные:

ТМ-25/6/0,4

S = 25 кВА

U_ВН = 6 кВ

U_НН = 0,4 кВ

P_х = 130 Вт

P_К = 600 Вт

u_КЗ = 4,5%

i_ХХ = 3,2%

f = 50Гц

сст = 21руб/кг

со = 50руб/кг

соединение обмоток: Y/Д

Число фаз: m = 3

Число стержней: c = 3

Используя (таб.4.1 стр.169), по номинальному напряжению обмоток для каждой из них выбираем испытательное напряжения.

Для обмотки ВН:

U_ИСП2 = 25кВ

Для обмотки НН:

U_ИСП1 = 5кВ

Минимальные изоляционные расстояния обмотки ВН (таб.4.5 стр.184):

= 9 мм

= 8 мм

= 20 мм

₁₂ = 2,5мм

_Ц = 10 мм

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин. трансформатор обмотка напряжение ток

Определяем мощность одной из фаз S_Ф и одного стержня S`:

(кВА)

(кВА)

Определяем линейные токи на сторонах

ВН: (А)

НН:(А),

где U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки (В)

Определяем фазные токи обмоток:

ВН: I_Ф2 = I₂ = 2,41 (А)

НН: I_Ф1 = =20,83 (А)

Определяем фазные напряжения обмоток

ВН: (В)

НН:U_Ф1 = U_НН = 400 (В)

Выбираем тип обмоток по их номинальным фазным токам (таб. 5.8 стр. 258)

ВН - 6 кВ : I = 2,41 А - цилиндрическая многослойная из круглого алюминиевого провода.

НН - 0,4 кВ : I = 20,83 А - цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода.

Потери КЗ, указанные в задании, дают возможность определить:

активную составляющую напряжения КЗ:

%

реактивную составляющую:

%

Выбираем марку стали (таб. 2.1. стр. 70) - 3405 толщина пластин 0,3мм

Выбираем индукцию в стержнях трансформатора (таб. 2.4. стр. 78) -

В_С = 1,6 Тл

3. Расчет основных размеров трансформатора

Рис. 2. Основные размеры трансформатора

Необходимые для расчетов коэффициенты:

к = 0,79таб. 3.3. стр. 121

к_Я = 1,025таб. 2.8. стр. 92

к_КР = 0,89таб. 2.5. стр. 82

к₃ = 0,96таб. 2.2. стр. 76

к_Р = 0,95 -коэффициент Роговского

а = 1,44

е = 0,405стр. 126

в = 0,69таб. 3.5. стр. 125

Делаем первое допущение, с достаточной точностью, определение приведенной ширины двух обмоток:

(м)

Изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН:

а₁₂ = *10^-3 = 9*10^-3 = 0,009 (м)

Ширина приведенного канала рассеяния:

а_Р = а₁₂ + f₁ = 0,009 + 0,0134 = 0,0224 (м)

Коэффициент заполнения стержня сталью представляет собой произведение двух коэффициентов:

к_с = к_КР * к₃ = 0,89 * 0,96 = 0,8544

Постоянный коэффициент связи между и параметрами трансформатора находим по:

(кг)

А₁ = 5,633*10⁴*к_с*А³*а = 5,633*10⁴*0,8544*(0,076)³*1,44 = 30,42 (кг)

l₀₂ = l^/₀₂ 10^-3 = 20*10^-3 = 0,02 (м)

А₂ = 3,605*10⁴ *к_с * А² * l₀₂ = 3,605*10⁴*0,8544*(0,076)²*0,02 = 3,56 (кг)

В₁ = 2,4*10⁴*к_с*к_я * А³ * (а + в + е) =

=2,4*10⁴*0,8544*1,025*(0,076)³*(1,44 +0,69+0,405)=23,39 (кг)

а₂₂ = *10^-3 = 8*10^-3 = 0,008 (м)

В₂ = 2,4*10⁴ *к_с * к_я *А² * (а₁₂ + а₂₂) =

= 2,4*10⁴ *0,8544*1,025*(0,076)² *(0,009+0,008) = 2,06 (кг)

Выбираем:

к₀ = 0,012стр. 132

к_д = 0,97таб. 3.6. стр. 131

к_ИР = 1,13

(кг)

Исходя из минимальной стоимости активной части трансформатора выбираем (таб. 3.12 стр. 159)

=1,4

Масса стали в стержнях:

G_С=(кг)

Масса стали в ярме:

G_Я=В₁*Х³+В₂*Х²=23,39*(1,08776)³+2,06*(1,08776)²=33,54 (кг)

Масса металла обмоток:

G_О= (кг)

Общая стоимость активных материалов:

G_акт=сст*( G_С + G_Я)+со*к_ир* G_О =

=21*(32,18+33,54)+50*1,13*20,93=2563 (руб)

Таблица 3.1

	1,4
Х	1,08776
GС	32,18
GЯ	33,54
GО	20,93
Gакт	2563

Определяем механические напряжения в проводе внешней обмотки:

М=0,156*10^-6* =

(Мпа)

Определяем предельное значение X_j , при котором плотность тока j не превышает нормального предела:

X_j

X_j

Так как Х X_j, т.е. 1,0877<1,989, то по плотности тока принимаем выбранный =1,4.

Определяем массу стали угла плоской магнитной системы:

G_У=0,492*10⁴*к_С*к_Я*А³*х³=

=0,492*10⁴*0,8544*1,025*(0,076)³*(1,08776)³=2,44 (кг)

Определяем активное сечение стержня:

П_С=0,785*к_С*А²*х²=0,785*0,8544*(0,076)²*(1,08776)²=0,0046 (м²)

Площадь зазора для прямого стыка равна активному сечению стержня:

П_З^”= П_С =0,0046 (м²)

Определяем площадь зазора для косого стыка:

П_З'=П_С*=0,0046*=0,0065 (м²)

Определяем диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня:

d=A*x=0,076*1,08776=0,083 (м)

Радиальный размер обмотки НН -а₁- может быть приближенно подсчитан по:

(м),

где к₁=1,1 (стр.164)

Выбираем диаметр из стандартного ряда. Ближайший к рассчитанному:

d_H=0,085 (м) (таб. 2.7 стр.88)

а₀₁'=4мм (таб. 4.4 стр. 183)

а₀₁= а₀₁'*10^-3=4*10^-3=0,004 (м)

Определяем средний диаметр обмоток:

d₁₂= d_H+2* а₀₁+2* а₁+ а₁₂=0,085+2*0,004+2*0,0147+0,009=0,132 (м)

_Н=*()⁴=1,4*()⁴=1,54

Определяем высоту обмоток:

l=(м)

Определяем напряжение витка:

U_В=4,44*f*В_С*П_С=4,44*50*1,6*0,0046=1,634 (В)

4. Расчет обмоток

4.1 Расчет обмотки НН

Расчет обмоток трансформатора, как правило, начинают с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН.

Определяем ориентировочное сечение витка:

П₁ = ,

где J_ср - средняя плотность тока в обмотках ВН и НН

J_ср = 0,463*к_д *= 0,463*0,97*= 1,33*10⁶ (А/м²)

П₁ = = 0,157*10^-4 (м²) 15,7 (мм²)

Принимаем двухслойную обмотку из 1 провода.

Число витков на одной фазе обмотки НН определим по формуле:

(витка)

Принимаем ₁ 245 витков

Ориентировочный осевой размер (высоту) одного витка, определяем для двухслойной обмотки по формуле:

h_в1 = ,

где _сл1 - число витков в одном слое на одной фазе обмотки НН

_сл1=₁/2=245/2=122,5

Принимаем _сл1=123 витка. Следовательно ₁=246 витков.

h_в1 = = 0,00217 (м)

Проверяем напряжение одного витка:

U_в = = = 1,633(В)

Определяем действительную индукцию в стержне:

В_с = = 1,6 (Тл)

Подбираем подходящее сечение провода (таб. 5.2. стр. 212):

n_в1 ,

где n_в1 = 1 - число параллельных проводов

Определяем сечение витка:

= 15,7 (мм²)

По выбранным данным определяем действительное сечение (таб. 5.2. стр. 212):

= 16,2 мм²

а = 3,15 ммтаб. 5.2. стр. 212

в = 5,3 мм таб. 5.2. стр. 212

АПБ 1

Определяем действительную плотность тока:

,

где П₁ - полное сечение витка

П₁ = n_в1 * * 10^-6 = 1*16,2*10^-6 = 0,0000162 (мм²)

(А/мм²)

Определяем осевой размер (высоту) обмотки НН

l₁ = h_в1 *(₁+1)+(0,0050,015);

l₁ = 0,00217*(123+1) + 0,005 = 0,273 (м)

Определяем внутренний диаметр обмотки:

= d+2*а₀₁= 0,085+2*0,004= 0,093 (м)

Определяем наружный диаметр обмотки:

= +2*= 0,093+2*0,0147=0,1224 (м)

Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН для всего трансформатора определим по формуле:

П₀₁=2*с*k_з**(+)*l

П₀₁=2*3*0,75*3,14*(0,093+0,1224)*0,273=0,798 (м²);

где k_з=0,75(стр.269)-коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями.

Рис.3 Простая цилиндрическая обмотка.

4.2 Расчет обмотки ВН

Определяем число витков обмотки ВН:

_Н2 = ₁ *= 2121,7 (витков)

_Н22122 витка

Определяем напряжение на одной ступени регулирования:

U = 0,025*U = 0,025*6000 = 150 (В)

Определяем число витков на одной ступени регулирования:

_Р = (витка)

_р53 витка

Определяем число витков на ступенях регулирования:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
6300	21 = 2228
6150	22 = 2175
6000	23 = 2122
5850	24 = 2069
5700	25 = 2016

Определяем ориентировочную плотность тока обмотки ВН:

J₂ = 2*J_ср - J₁ = 2*1,33*10⁶-1,286*10⁶ = 1,374*10⁶ (А/мм²)

Определяем ориентировочное сечение витка обмотки ВН:

(мм²)

к_ос = 0,93 (стр. 286), ₂₁ = ₂ = 2228

П₂ =*10^-6 =1,754*10^-6 = 0,000001754 (м²)

Определяем общий суммарный размер проводов, необходимый для получения полного сечения всех витков обмотки ВН:

= 0,00154 (м)

Выбираем марку провода (таб. 5.2. стр. 212):

АПБ 1

Действительное сечение:

= 1,77 мм²

n_в2 = 1 - количество параллельных проводов

П₂ = n_в2 * *10^-6 = 1*1,77*10^-6 = 0,00000177 (м²)

Определяем действительную плотность тока в обмотке ВН:

J₂ = 1,36*10⁶ (А/м²)

Определяем число витков в слое:

_сл2 = = 142,68 (витков)

_сл2 143 витка

Определяем число слоев в обмотке ВН:

n_сл2 = = 15,58 (слоя)

n_сл2 16 слоёв

Определяем рабочее напряжение двух слоев:

U_мсл = 2*_сл2 * U_в = 2*143*1,634 =467,32 (В)

_мсл = 0,24 (20,12)таб. 4.7. стр. 190

n_к = 1 - число охлаждающих каналов

Определяем радиальный размер обмотки:

а₂ = [d^/ * n_сл2+ _мсл *( n_сл2 - 1) + * n_к]*10^-3 =

= [1,9*16+0,24*(16-1)+8*1]*10^-3 = 0.04 (м)

Определяем внутренний диаметр обмотки ВН:

+2*а₁₂ = 0,1224 +2*0,009 = 0,1404 (м)

Определяем наружный диаметр обмотки ВН:

+2* а₂ = 0,1404+2*0,04 = 0,22 (м)

Определяем поверхность охлаждения:

n=2 стр.288

к=0,8 стр.288

П₀₂=с*n*k**(+)*l=3*2*0,8*3,14*(0,1404+0,22)*0,273=1.483 (м²)

Рис.3.Простая многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода.

5. Определение параметров короткого замыкания

Определяем средний диаметр обмотки НН:

D_ср1=0,1077(м)

Определяем массу металла обмотки НН:

G₁ = 8,47*10³*c* D_ср1*₁*П₁= 8,47*10³*3*0,1077*246*0,0000162 = 10,86 (кг)

Определяем основные потери обмотки НН:

P_осн1 = 12,75*10^-12**G₁ = 12,75*10^-12*(1,33*10⁶)²*10,86 =244,9 (Вт)

Аналогичные операции проводим и для обмотки ВН:

D_ср2=(м)

G₂ = 8,47*10³*c* D_ср2*₂*П₂

G₂ = 8,47*10³*3*0,1802*2228*1,77*10^-6 =18,1 (кг)

P_осн2 = 12,75*10^-12**G₂

P_осн2= 12,75*10^-12*(1,33*10⁶)²*18,1 = 388,8 (Вт)

Определяем коэффициент Роговского, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля:

G = = 0,05

к_р = 1-G*(1-е^{-1/ G}) = 1-0,05*(1- е^{-1/ 0,05}) 0,95

Добавочные потери в обмотке НН определяются через коэффициент добавочных потерь:

1+0,037*10⁸*²*а⁴*n² ,

где n = = 1, где n_ход = 1-число ходов обмотки

₁ = ,

где m = ₁ * n_ход = 246*1 = 246

₁ = = 1,85

1+0,037*10^8*(1,85)²*(0,00315)⁴*1² = 1,0012

Определяем добавочные потери в обмотке ВН:

Для провода круглого сечения

1+0,017*10⁸*²*d⁴*n² ,

m^/ = _сл2 = 143

n = n_сл2 =16

₂ = = 0,75

1+0,017*10⁸*(0,75)²*(0,0015)⁴*16² = 1,00124

Далее определяем основные потери в отводах. Принимаем сечение отвода равным сечению витка обмотки, находим общую длину проводов, массу и потери в отводах:

П_отв1 = П₁ = 0,0000162 (м²)

l_отв1 = 7,5*l₁ = 7,5*0.273 =2.05 (м)

G_отв1 = 2700* l_отв1* П_отв1=2700*2.05*0,0000162 = 0.09 (кг)

P_отв1 = 12,75*10^-12 * * G_отв1 = 12,75*10^-12 *(1,286*10⁶)² *0,09 =1.9 (Вт)

П_отв2 = П₂ = 0,00000177 (м²)

l_отв2 = 14* l₁ = 14*0.273 = 3.822 (м)

G_отв2 = 2700* l_отв2* П_отв2 = 2700*3.822*0,00000177 = 0,02 (кг)

P_отв2 = 12,75*10^-12 * * G_отв2 = 12,75*10^-12 *(1,36*10⁶)² *0,02 =0.45 (Вт)

Определяем потери в стенках бака, вызванные полем рассеяния обмоток и отводов:

Р_б = 10*к*S,

где к = 0,02 таб. 7.1. стр. 319

Р_б = 10*0,02*25 = 5 (Вт)

Определяем полные потери КЗ:

= Р_осн1 *+Р_осн2 *+Р_отв1 +Р_отв2 + Р_б

=244.9*1,0012+388.8*1,00124+1.9+0.45+5 =627 (Вт)

Р_% = = 4.5 %

Рассчитанные потери входят в допуск отклонений (5%).

Принимаем:

Р_к = = 627 (Вт)

Определяем напряжение КЗ. Напряжение КЗ определяет падение напряжения в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток КЗ. Уточняем активную составляющую напряжения КЗ:

U_ка% = = 2.51 %

Определяем ширину приведенного канала рассеяния:

а_р = а₁₂ + = 0,009+0,0134 = 0,0224 (м)

С учетом равенства высот обмоток определяем реактивную составляющую напряжения КЗ:

= 3,67 %

Напряжение КЗ:

U_к% = = 4.45 %

S_к = 500 МВАтаб. 7.2. стр. 329

Определяем механические силы в обмотках.

Действующее значение установившегося тока КЗ в обмотках:

I_ку1 = = 467.6 (А)

I_ку2 = =54.1 (А)

Определяем наибольшее мгновенное значение тока КЗ - ударный ток КЗ:

i_кmax1 = 1,41*к_max* I_ку1,

где к_max = 1+е^-*Ua/Uр =1+e^{-3.14*2.51/3.67}= 1,117

i_кmax1 = 1,41*1,117*467.6 =736.5 (А)

i_кmax2 = 1,41*к_max* I_ку2 = 1,41*1,117*54,1 = 85.2 (А)

Определяем механические силы в обмотках. Определяем радиальную силу:

F_р = 0,628*( i_кmax2 * )²**к_р *10^-6,

где = 2122 - полное число витков (для обмоток ВН - на средней ступени)

F_р = 0,628*(85.2*2122)² * 1,4*0,95*10^-6 = 27494 (Н)

Определяем среднее сжимающее напряжение в проводах внутренней обмотки:

G_сж = = 1.1*10⁶ (Па)

Определяем среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН:

G_р = =1.17*10⁶ (Па)

Поперечное поле рассеяния вызывает осевые силы, сжимающие обмотку ВН:

F^/_ос = F_р * =1128 (Н)

Расчет температуры обмоток при КЗ проводится для установившегося тока КЗ. Предельная условная температура обмотки после возникновения КЗ может быть определена по формуле:

,

где t_к = 4 с - наибольшая продолжительность КЗ на выводах масляного трансформатора (стр. 344)

= 90С - начальная температура обмотки (стр. 344)

= 136,6С

6. Окончательный расчет магнитной системы

Определение параметров ХХ. Определение размеров магнитной системы и массы стали.

Принимаем конструкцию трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 30 мм (таб. 2.1. стр. 71.)

Стержни магнитной системы скрепляют бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками.

Размеры пакетов (таб. 8.4. стр. 358) для стержня d = 0,085 м без прессующей пластины:

n_с = 5 - число ступеней в сечении стержня

n_я = 4 - число ступеней в сечении ярма

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма (таб. 8.4. стр. 358):

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо, мм
1	8014	8014
2	7010	7010
3	656	656
4	554	554
5	404

Определяем площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня, ярма и объем угла (таб. 8.7. стр. 365) для d = 0,085:

П_ф,с = 50,8 см² = 0,00508 м²

П_ф,я = 51,6 см² = 0,00516 м²

V_у = 356,4 см³ = 0,0003564 м³

Определяем активное сечение стержня:

П_с = к_з * П_ф,с = 0,96*0,00508 = 0,0049 (м²)

Определяем активное сечение ярма:

П_я = к_з *П_ф,я = 0,96*0,00516 = 0,00495 (м²)

Определяем объем стали угла магнитной системы:

V = к_з * V_у = 0,96*0,0003564 = 0,000342 (м³)

Уточняем длину стержня:

l_с = l₁ + 2**10^-3 = 0,273+2*20*10^-3 = 0,313 (м)

Определяем расстояние между осями стержней:

С = + *10^-3 = 0,22+8*10^-3 = 0,228 (м)

_ст = 7650 кг/м³ - плотность трансформаторной стали

Определяем массу стали в стержнях и ярмах магнитной системы.

Масса стали угла магнитной системы:

G_у = к₃ * V_у *_ст = 0,96*0,0003564*7650 = 2,62 (кг)

Масса стали ярм:

= 2*(c-1)*C*П_я*_ст = 2*(3-1)*0,228*0,00495*7650 = 34,55 (кг)

= 2* G_у = 2*2,62 = 5,24 (кг)

G_я = += 34,55+5,24 = 39,97 (кг)

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы:

= с*П_с*l_c* _ст = 3*0,0049*0,313*7650 = 35,2(кг)

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма:

= с*(П_с*а_1Я *_ст*10^-3- G_у) = 3*(0,0049*80*7650*10^-3-2,62) = 1,14 (кг),

где а_1Я = 80 мм - размер наибольшего пакета

Полная масса стали стержней:

G_с = += 35,2+1,14 = 36,34 (кг)

Полная масса стали плоской магнитной системы:

G_ст = G_с + G_я = 39,97+36,34 = 76,13 (кг)

Определяем потери ХХ. Уточним значение магнитной индукции в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнитной системы:

В_с = = 1,5 (Тл)

В_я = = 1,5 (Тл)

Для стали марки 3405 30 мм (таб. 8.10. стр. 376) удельные потери в стали стержней и ярма:

р_с = 0,97 Вт/кг

р_я = 0,97 Вт/кг

р_3с = 570 Вт/м²

р_3я = 570 Вт/м²

Определяем площадь зазора для косых стыков:

П_з = *П_с = *0,0049 = 0,0069 (м²)

к_п,п = 1,02таб. 8.12. стр. 380

к_т,п = 1,04таб. 8.12. стр. 380

к_п,з = 1,02 стр. 380

к_п,р = 1,11стр. 380

к_п,я = 1стр. 379

к_п,ш = 1,01стр. 380

к_п,у = 10,64таб. 8.13. стр. 382

Р_х=[к_п,р*к_п,з*(р_с*G_с+р_я*-4*р_я*G_у+*к_п,у*G_у)+

+4*П₃*р_3я+2*П_с*р_3с]* к_п,я* к_п,п* к_п,ш

Р_х = [1,11*1,02*(0,97*36,34+0,97*34,55 -

-4*0,97*2,62+*10,64*2,62)+

+ 4*0,0069*570+2*0,0049*570]*1*1,02*1,01 = 121,8 (Вт)

Р_х% = = = 6,3%

Входим в допуск отклонений (7,5%)

Определяем ток ХХ. Находим намагничивающие мощности (таб. 8.17. стр. 390):

q_с = 1,205 ВА/кг

q_я = 1,205 ВА/кг

q_с.з = 13800 ВА/м²

q_с.я = 13800 ВА/м²

к_т.р. = 1,49 стр. 393

к_т.з. = 1,01 стр. 393

к_т.я. = 1 стр. 394

к_т.ш. = 1,01стр. 394

к_т.пл =1,35таб. 8.21. стр. 396

к_т.п. = 1,04таб. 8.12. стр. 380

к_т.у. = 41,7таб. 8.20. стр. 395

Определяем намагничивающую мощность ХХ:

Q_х = [к_т,р*к_т,з*(q_с*G_с+q_я*-4*q_я*G_у+*к_т,у*к_т.пл*G_у)+

+4*П₃*q₃+2*П_с*q₃]* к_т,я* к_т,п* к_т,ш

Q_х=[1,49*1,01*(1,205*36,34+1,205*34,55-

-4*1,205*2,62+*41,7*1,35*2,62)+

+ 4*13800*0,0069+2*13800*0,0049]*1*1,04*1,01 = 934,9 (ВА)

Определяем активную и реактивную составляющие тока ХХ.

Ток ХХ:

i₀ = = 3,74 (А)

i_0а = = 0,49 (А)

i_0Р = = 3,71 (А)

i₀ = = 16,8%

Входим в отклонение (30%).

7. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

Тепловой расчет обмоток. Определяем внутренний перепад температуры в обмотке НН:

₀₁ = ,

где _из = 0,17 Вт/м*С (таб. 9.1.)

= 0,00025 м - толщина изоляции провода по одну сторону

q₁ - плотность теплового потока на поверхности обмотки

q₁ =,

q₁ = = 307,26 (Вт/м²)

₀₁ = = 0,45С

Средний перепад температуры составляет 2/3 полного перепада:

_01,ср = (2/3)*₀₁ = (2/3)*0,45 = 0,3С

Определяем полный внутренний перепад температуры в обмотке ВН:

₀₂ = ,

где р===27737(Вт/м³)

=0.04-радиальный размер обмотки ВН

=*10^-3 = 1,9*10^-3 = 0,0019

d_вн= d_вн*10^-3 = 1,5*10^-3 = 0,0015

_мсл = 0,24*10^-3 = 0,00024

Средняя условная теплопроводность л и средняя теплопроводность л_ср обмотки ВН определятся по следующим формулам:

= ,

где б

= Вт/мС

_ср = = = 0,392 (Вт/мС),

где _мс = 0,17 Вт/мС (таб. 9.1.)

₀₂ = = 14,05 С

_02,ср = (2/3)* ₀₂ = (2/3)*14,05 = 9,37 С

Перепад на поверхности масляного трансформатора может быть подсчитан по эмпирической формуле:

для обмотки НН:

_01М=k*q₁^0.6,

где k=0.285 стр. 285

_01М=0,285*(307,26)^0,6=8,86 С

для обмотки ВН:

q₂= (Вт/м²)

_02м = к* = 0,285*(265)^0,6 = 8,1 С

Определяем полные перепады температуры на обмотках:

_01м,ср = _01,ср + _01м = 0,3+8,86 = 9,16 С

_02м,ср = _02,ср + _02м = 9,37+8,1 = 17,47 С

Тепловой расчет бака. По таб. 9.4. стр. 429 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака с гладкими стенками прямоугольного сечения.

Определяем минимальную ширину бака:

В = + (S₁ +S₂+d₂+S₃+S₄+d₁)*10^-3

Выбираем изоляционные расстояния (таб. 4.11. стр. 199):

S₁ = 20 мм

S2 = 20 мм

S4 = 20 мм

d1 = 20 ммстр. 430

d2 = 20 мм стр. 430

S5 = 15 мм стр. 430

S3 = 15 ммтаб. 4.12. стр. 200

Определяем минимальную ширину бака:

В = 0,22 + (20 +20+20+15+20+20)*10^-3 = 0,335 (м)

Принимаем В=0,34 м при центральном расположении трансформатора в баке.

Определяем минимальную длину бака:

А = 2*С++2*S₅*10^-3 = 2*0,228+0,22+2*15*10^-3 = 0,706 (м)

Принимаем А=0,72 м.

Определяем высоту активной части:

Н_а,ч = l_c +2*h_я *10^-3 +n*10^-3 ,

где h_я = а_1я = 80 мм - высота ярма

n = 30 (стр. 431) - толщина прокладки под нижнее ярмо

Н_а,ч = 0,313+2*80*10^-3+30*10^-3 = 0,503 (м)

Минимальное расстояние от ярма до крышки бака:

Н_я,к = 0,16 м таб. 9.5. стр. 431

Определяем общую глубину бака:

Н = Н_а,ч + Н_я,к = 0,503+0,16 = 0,663 (м)

Принимаем H=0,67 м.

Для гладкого бака поверхность излучения П_и , равная его внешней поверхности, равна также поверхности конвекции П_к .

Поверхность теплоотдачи прямоугольного бака определяем по формуле:

П_и =П_к= 2*(А + В)*Н+П_кр*0,5 ,

где П_кр- поверхность крышки бака; 0,5-коэффициент для поверхности крышки, учитывающий закрытие части поверхности изоляторами вводов ВН и НН и различной арматурой ; А, В, Н - размеры бака

Определяем площадь крышки бака:

П_кр = А*В = 0,72*0,34= 0,2448 (м²)

П_и=П_к= 2*(0,72 + 0,34)*0,67 +0,2448*0,5=1,5424(м²)

Определяем среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки:

_мв = 65 - _01мср = 65 - 9,16 = 55,84 С

Определяем превышение температуры стенки бака:

_бв = _мв - _мб ,

где _мб = 5С стр. 434

_бв = 55,84 - 5 = 50,84С

Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла. Определяем среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:

_бв = ,

где к=1,05 стр.446

_бв = = 38,59 С

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака:

_мб = к₁ * 0,165*,

где к₁ = 1стр. 446

_мб = 1 * 0,165*= 6,95 С

Определяем превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:

_о.в.1 = _01ср + _01м + _б.в.+ _м.б. =0,3+8,86+38,59+6,95 =54,7 С < 65С

_о.в.2 = _02ср + _02м + _б.в.+ _м.б. =9,37+8,1+38,59+6,95 = 63,01 С < 65С

8. Определение массы масла

Определяем объем бака:

V_б = А*В*Н = 0,72*0,34*0,67 = 0,164 (м³)

Определяем объем активной части:

V_а.ч. = ,

где _а.ч. = 5000 кг/м³ стр. 447

G_а.ч. - масса активной части может быть определена по:

G_а.ч. 1,2*(G_пр + G_ст),

где G_пр = G₁+G₂ +G_отв1+G_отв2 = 10,86+18,1+0,09+0,02 =29,07 (кг)

G_а.ч. = 1,2*(29,07+76,13) = 126,24 (кг)

V_а.ч. = = 0,02525 (м³)

Определяем объем масла в баке:

V_м.б. =V_б - V_а.ч. = 0,164 - 0,02525 = 0,1388 (м³)

Определяем массу масла в баке:

G_м.б. = _м * V_м.б. ,

где _м = 900 кг/м³

G_м.б. = 900*0,1388 = 124,92 (кг)

Заключение

Результаты расчетов трансформатора - ТМ-25/6/0,4

Основные размеры:

диаметр стержня d = 0,085 м

нормализованное = 1,4

средний диаметр обмотки d₁₂ = 0,132 м

высота стержня l_с = 0,313 м

активное сечение стержня П_с = 0,0046 м²

напряжение одного витка U_в =1,634 В

Обмотка НН:

цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода

АПБ 1

плотность тока J₁ = 1,286*10⁶ А/мм²

внутренний диаметр обмотки = 0,093 м

внешний диаметр обмотки = 0,1224 м

осевой размер обмотки l₁ = 0,273 м

Обмотка ВН:

многослойная цилиндрическая из круглого провода

АПБ 1

плотность тока J₂ = 1,36*10⁶ А/мм²

внутренний диаметр обмотки = 0,1404 м

наружный диаметр обмотки = 0,22 м

радиальный размер обмотки а₂ = 0,04 м

Параметры КЗ:

ширина рассеяния а_р = 0,0224 м

напряжение КЗ U_к% = 4,45%

Магнитная система:

активное сечение стержня П_с = 0,0049 м²

активное сечение ярма П_я = 0,00495 м²

объем стали угла магнитной системы V = 0,0003534 м³

Список используемой литературы

1. П.М. Тихомиров «Расчет трансформаторов», М.:Энергоатомиздат, 1986, 526с.

2. Справочник электрооборудования высокого напряжения, М.:Энергия, 1974

Размещено на Allbest.ru