Проект силового трёхфазного трансформатора мощностью 4300 кВА

Полная намагничивающая мощность:

где, G_с, G_я, G_у - массы стержней, ярм и угловых частей магнитопровода, кг; q_с, q_я - удельные и намагничивающие мощности стержней и ярм, ВА/кг;

Намагничивающая мощность для немагнитных зазоров, ВА:

где q_зя - удельная намагничивающая мощность зазора прямого стыка, перпендикулярного оси ярма, ВА/кг (по табл. 5.11 и 5.12); q_зс - удельная намагничивающая мощность зазора прямого стыка, перпендикулярного оси стержня, ВА/кг; q_з.кос - удельная намагничивающая мощность зазора косого стыка, ВА/кг; n_зя, n_зс - число немагнитных зазоров прямых стыков равные 0; n_з.кос = 6 - число немагнитных зазоров косых стыков; П_зя, П_зс, П_з.кос - сечения ярма, стержня и немагнитного зазора в косом стыке, см².

Увеличение намагничивающей мощности учитывают соответствующими коэффициентами:

- коэффициент увеличения удельных потерь, обусловленный возникновением внутренних механических напряжений при продольной и поперечной резке стали на пластины;

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма;

- коэффициент увеличения удельных потерь, обусловленный удалением заусенцев при помощи ножей при нарезке пластин из полосы рулона;

- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке магнитопровода (для мощностей от 1000 до 6300 кВА );

коэффициент, учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток;

- коэффициент увеличения потерь в углах. Выбирается по табл. 8.20 ст. 395 [1] в зависимости от числа прямых и косых стыков;

- коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы. Выбирается по табл. 8.21 стр. 396 [1] в зависимости индукции и ширины пластины второго пакета;

Относительное значение полного тока холостого хода от номинального, %:



Реактивная составляющая тока холостого хода:

Полученное значение тока холостого хода не должно превышать заданного более чем на 15%, т.е. на половину допуска разрешенного по ГОСТ 11677-85 где разрешенный допуск +30%.

Расчетный ток холостого хода отличается от заданного значения на:

Коэффициент полезного действия трансформатора, %:

где, Р_к, Р_х - потери короткого замыкания и холостого хода, Вт; S_н - номинальная мощность трансформатора, кВА.

7 Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

Во время работы трансформатора в его активных материалах металле обмоток и стали магнитной системы, возникают потери энергии, выделяющиеся в виде тепла. Вследствие выделения тепла обмотки и магнитная система трансформатора начинают нагреваться, постепенно повышая свою температуру. Вместе с ростом температуры возникает температурный перепад между обмоткой или магнитной системой и окружающей средой - трансформаторным маслом или воздухом и вследствие этого теплоотдача от активных материалов к окружающей среде. При проектировании трансформаторов, предназначенных для длительной непрерывной нагрузки, тепловой расчет производится для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке. Полученные при этом расчете значения превышения температуры над окружающей средой не должны быть больше предельных значений, регламентированных ГОСТ.

7.1 Проверочный тепловой расчет обмоток

Тепловой расчет обмоток начинают с определения внутренних перепадов температуры: для обмотки НН и для обмотки BН. Подсчет внутреннего перепада температуры в большинстве обмоток из прямоугольного провода упрощается тем обстоятельством, что каждый провод одной или двумя сторонами своего сечения соприкасается с охлаждающим маслом. К таким обмоткам относятся обмотки с радиальными охлаждающими каналами (одно - и двухслойные цилиндрические, винтовые, непрерывная катушечная), выполняемые из прямоугольного провода. Внутренний перепад температуры в указанных обмотках является перепадом в изоляции одного провода, С, который определяют по формуле:

Перепад в изоляции одного провода, С:

где, q - плотность теплового потока, на поверхности рассматриваемой обмотки НН или ВН, Вт/м²; д- толщина изоляции провода на одну сторону, мм; _из - теплопроводность изоляции провода, Вт/(см^.С), определяют по табл. 9.1 стр. 424 [1]:

Изоляционный материал	из, Вт/(м.С)
Хлопчатобумажная лента лакированная	0,27
Бакелизированная полотняная лента	0,27
Лакоткани	0,25
Бумага промасленная	0,14
Бумага лакированная	0,17
Электроизоляционный картон	0,17
Картон лакированный	0,14

Таким образом для многослойной цилиндрической обмотки НН с тремя радиальными каналами имеем:

Внутренний перепад в многослойных обмотках из провода прямоугольного сечения, т.е. в обмотке ВН, подсчитывается следующим образом:

где - потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объема обмотки;

- радиальный размер одной катушки (наибольшей);

- средняя теплопроводность обмотки;



- теплопроводность междуслойной изоляции;

Среднее значение внутреннего перепада температуры обмотки НН или ВН составляет 2/3 полного перепада:

Для обмотки НН:

Для обмотки ВН:

Кроме внутреннего перепада температуры, различают перепады на поверхности обмоток: для обмотки НН и для обмотки ВН, которые зависят от плотности теплового потока соответственно q₁ и q₂, Вт/м²,:

Зная внутренний и внешний перепады температуры в обмотках, посчитывают для каждой из них среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла:

7.2 Расчет системы охлаждения (бака, радиаторов, охладителей). Определение габаритных размеров трансформатора

По таблице 9.4 стр. 429 [1] в соответствии с мощностью трансформатора S = 4300 кВА выбираем конструкцию гладкого бака с радиаторами и прямыми трубами.

Определение минимальных изоляционных расстояний:

Размещено на http://www.allbest.ru/

- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки, для отвода U_исп = 85 кВ, выбирается по табл. 4.12 стр. 200 [1];

- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до стенки бака, для отвода U_исп = 85 кВ, покрытие 4 мм, выбирается по табл.4.11 стр. 199 [1];

- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, для отвода U_исп = 35 кВ, без покрытия, выбирается по табл. 4.12 [1];

- изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака, выбирается по табл. 4.11 [1];

- диаметр изолированного отвода обмотки ВН, выбирается согласно указаниями на стр. 430 [1];

- диаметр изолированного отвода обмотки НН.

Ширина бака:

Полученное значение округляется до

Длина бака:

где

Высота активной части:

Общая глубина бака:

где - расстояние от верхнего ярма до крышки бака, выбирается по табл. 9.5 стр. 431 [1] по классу напряжения обмотки ВН;

Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с прямыми тубами с расстоянием между осями фланцев А_р = 2200 мм, с поверхностью труб П_тр = 6,893 м², и двух коллекторов П_кк = 0,34 м² (по таблице 9.9). Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята:

Н_б ? А_р + с₁ + с₂ = 2,2 + 0,085 + 0,1 = 2,385 м, принимаем Н_б = 2,4 м.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН: °С;

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет: °С;

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака °С и запас 2°С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха: °С;

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака: м²;

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами:

м²;

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения °С:

м²;

Поверхность излучения составляется из:

поверхности гладкого бака: П_к,гл = 14,6 м²;

поверхности крышки бака:

м²,

где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака;

П_ккр · 0,5= 2,419 · 0,5 = 1,21 м²,

0,5 - коэффициент, учитывающий закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.

Поверхность конвекции радиаторов:

Поверхность конвекции радиатора, приведённая к поверхности гладкой стенки по таблице 9.6: , где k_ф = 1,26,

Необходимое число радиаторов: ,

Принимаем 17 двурядных радиаторов с расстоянием между осями фланцев А = 2,2 м, и числом труб в ряду 10.

Поверхность конвекции бака:

Рис. 13 Трубчатый радиатор с прямыми трубами.

По рис. 13 указаны следующие размеры: B = 505 мм; С = 253 мм; А = 2400 мм;

7.3 Определение превышений температуры обмоток и масла над воздухом

После окончательного установления размеров бака и определения поверхностей излучения и конвекции необходимо подсчитать действительные превышения температур обмоток и масла над температурой воздуха.

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой воздуха:

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки:

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха:

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха:

где - коэффициент, определяющий отношение максимального и среднего превышений температуры масла;

Превышение температуры обмоток над температурой воздуха:

Обмотка НН:

Обмотка ВН:

Превышения температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ - 11677-85.

7.4 Определение массы масла и основных размеров расширителя

Масса активной части, т.е. остова с обмотками и отводами (но без крышки) может быть приближенно определена по формуле:

где G_пр = G_пр1 + G_пр2 = 336,52 + 455,86 = 792,38 кг - масса обмоточного провода;

- масса магнитной системы;

Общая масса масла:

где м³ - внутренний объем гладкого бака;

- масса масла в радиаторах;

- объем активной части;

- средняя плотность активной части трансформатора.

Разработанный силовой масляный трансформатор марки ТМ 4300/35 состоит из следующих основных компонентов: Магнитная система - принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3405, 0,30 мм; Обмотки НН и ВН - выбрана конструкция многослойной цилиндрической обмотки; Бак - выбрана конструкция гладкого бака с навесными радиаторами с прямыми трубами; Стандартные изделия - вводы НН и ВН, ПБВ.

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

Заключение

В данной работе разработан силовой трехфазный масляный трансформатор. При расчете трансформатора на 4300 кВА согласно указаниям, приведенным в табл.5.8 на с.258-259[1] была выбрана цилиндрическая многослойная обмотка из прямоугольного провода как на стороне НН, так и на стороне ВН. Достоинством обмотки является её хорошее заполнение окна магнитной системы и простая технология изготовления. Выбор прямоугольного провода позволил найти оптимальную плотность тока при минимальной массе металла обмотки, а также при прямоугольном сечении провода намотанная обмотка получается более компактной, а значит и механически прочней, влияя при этом на габариты трансформатора. Регулирование напряжения ПБВ осуществляется в пяти ступенях (-5%; -2,5%; 0%; +2,5%; +5%).

Отклонение напряжения короткого замыкания трансформатора составляет +4,11%. При расчете не рекомендуется допускать его отклонение более чем на ±5% заданного значения, в противном случае это может привести к увеличению потерь короткого замыкания.

Потери короткого замыкания в результате расчета отклоняются от номинальных потерь короткого замыкания на 8,14% , что соответствует ГОСТ . Уменьшению потерь короткого замыкания способствует увеличение массы обмоток, т.к. при этом плотность тока в обмотках становится меньше, как следствие - уменьшение нагрева обмоток. Такой вариант приводит к увеличению напряжения короткого замыкания. Чрезмерное увеличение сечений проводов обмоток является нецелесообразным, т.к. их применение обходится дороже. После установления всех размеров трансформатора и массы стали частей магнитной системы определяются потери и ток холостого хода трансформатора. Полученное значение потерь холостого хода отклоняется от заданного на 2,39 %.

Магнитная система представлена по ГОСТ из пластин толщиной 0,30мм из стали 3405. Стрежни собираются в девять ступеней, ярма - в семь. Сталь плоскошихтованная холоднокатаная, что способствует уменьшению потерь потока (потоки рассеяния), но дороже в изготовлении (сложная и дорогостоящая технология). При стыке, выгоднее использовать косой стык (шесть косых стыков по углам и на среднем стержне). Применение холоднокатаной стали целесообразней с точки зрения эффективности работы трансформатора. Магнитные свойства холоднокатаной стали, существенно ухудшаются при различных механических воздействиях. Ухудшение магнитных свойств при этих воздействиях может быть снято восстановительным отжигом. Несмотря на перечисленные недостатки холоднокатаной стали ее применение целесообразней с точки зрения эффективности работы трансформатора, т.к. трансформаторы с магнитной системой из такой стали имеют относительно малые потери и ток холостого хода, дают экономию в расходе активных, изоляционных и конструкционных материалов и являются экономичными в эксплуатации. Уменьшаются габариты трансформаторов.

На ток холостого хода влияет форма стыков стержней и ярм, и технологическими - резка рулонов стали на пластины, удаление заусениц, отжиг пластин, покрытие изоляционным лаком, прессовка магнитной системы при сборке и перешихтовка верхнего ярма при установке обмоток.

Масса металла обмоток 732 кг по сравнению с расчётом массы металла на ЭВМ . Масса металла магнитопровода составляет 3920,7 кг по сравнению с расчётом на ЭВМ - это говорит о том, что мы правильно рассчитали коэффициент (коэффициент определяющий соотношение высоты трансформатора к ширине), который равен 1,2.

Согласно тепловому расчету целесообразно использовать для охлаждения 17 радиаторов с 20 трубами в два ряда. Для охлаждения используется масло, которое способствует более лучшему теплообмену обмоток с окружающей средой через бак и радиаторы. Превышения температуры удовлетворяют допустимым значениям ГОСТ.

Следует отметить, что целью расчета трансформатора является не только экономически-технологические факторы, но и надежность работы, продление гарантийного срока службы, удобство и простота эксплуатации. В последнее время большое внимание уделяется экологии. Это означает, что при аварийном выходе из строя или демонтаже трансформатора, не должно быть загрязнения окружающей среды.

Рассчитанный силовой масляный трансформатор марки ТМ - 4300/35 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 ,%	7,808	+4,11	uk, %	7,5	±5
Pk, Вт	37850	+8,14	Pk, Вт	35000	+10
i0, %	0,432	- - 46	i0, %	0,8	+30
Рх, Вт	5836	+2,39	Рх, Вт	5700	+15

трансформатор электрический замыкание магнитный

Список литературы

1. П.М. Тихомиров «Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов» - 5-е изд., переработанное и дополненное - Москва: Энергоатомиздат, 1986. - 528 с.: ил.

2. Е.И. Забудский, В.Г. Ольховский «Расчет основных размеров трехфазных трансформаторов на ЭВМ» - Кишинев: КПИ им. С. Лазо, 1988.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

13. Дымков А.М. «Расчет и конструирование трансформаторов» - Москва: Издательство «Высшая школа», 1971.

14. Е.Г. Минскер, В.Ш. Аншин «Сборка масляных трансформаторов», Москва: Издательство «Высшая школа», 1967.

15. Фарман С.А. Бун А.Ю. Райхлин И.М. "Ремонт и модернизация трансформаторов".

16. Технический каталог: Трансформаторы ОАО «Укрэлектроаппарат».

Размещено на Allbest.ru