Расчет силового трёхфазного масляного двухобмоточного трансформатора с плоской магнитной системой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ По теме:

“Растет силового трёхфазного масляного двухобмоточного трансформатора с плоской магнитной системой”

Выполнил студент Э-6041 группы____________Бахлуев В.А.

подпись, дата

Руководитель ___________ Чернышова А.С.

подпись, дата

Владивосток 2011

1.Технические условия на проектирование

В данной курсовой работе рассматривается расчет трехфазного масляного трансформатора мощностью 3400 кВА, класса напряжения 35 кВ, с системой регулирования напряжения ПБВ, в овальном баке с прямоугольными радиаторами из 60 труб с естественной циркуляцией воздуха и масла, продолжительного режима работы, с характеристиками, соответствующими ГОСТ 11920 - 85.

Технические данные трансформатора:

1. Тип трансформатора, ТМ.

2. Номинальная мощность трансформатора, = 1800 кВА.

3. Число фаз m=3.

4. Номинальные линейные напряжения обмоток UВН = 35 кВ, UНН = 10,5 кВ.

5. Частота питающей сети, f = 50 Гц.

6. Система регулирования ПБВ, диапазон регулирования ?=10 %, пределы регулирования ± ?/2 = ±5 %, число ступеней ±п = ±2.

7. Схема и группа соединения обмоток - 11.

8. Система охлаждения М, масляный трансформатор с естественной циркуляцией воздуха и масла.

9. Номинальный режим нагрузки трансформатора - продолжительный.

Кроме того, должны быть соответствующими ГОСТ 11920-85 характеристики трансформатора:

- номинальное напряжение короткого замыкания = 6,5 %;

- номинальные потери мощности короткого замыкания = 18,024 кВт;

- номинальные потери мощности холостого хода = 3,987 кВт;

- номинальный ток холостого хода i0Н = 1,262 %.

При выполнении курсовой работы необходимо рассчитать трансформатор с нестандартной номинальной мощностью, а в ГОСТе 11920-85 нет данных, соответствующих нестандартной номинальной мощности = 3400 кВ·А. В этом случае номинальные значения параметров холостого хода и короткого замыкания = 16,5 кВт, = 3,65 кВт, iоС = 1,3 %, = 6,5 %, определённые по табл. 1.3 [1] для ближайшей стандартной номинальной мощности = 1600 кВА, рекомендуется пересчитать на заданную номинальную мощность = 1800 кВА, пользуясь «законом роста» для геометрически подобных трансформаторов при соблюдении постоянства индукции в магнитопроводе и плотности тока в обмотках:

номинальные потери холостого хода

;

номинальные потери короткого замыкания

;

номинальный ток холостого хода

.

Напряжение короткого замыкания uK практически не зависит от номинальной мощности трансформатора. Следует принять

uKН = uKС = 7,5 %,

Согласно ГОСТ 11677-85 к трансформаторам предъявляются требования в отношении теплового режима: средний перегрев любой из обмоток над окружающим воздухом не должен превышать 65 °С; наибольший перегрев масла (в верхних слоях) над воздухом - 55 °С.

К дополнительным условиям на проектирование силового трёхфазного трехстержневого трансформатора относятся использование для него плоской шихтованной магнитной системы (рис.1.1), с косыми стыками из электротехнической холоднокатаной анизотропной тонколистовой (толщина 0,35 мм) рулонной стали марки 3404 с отжигом, с потерями в стали уровня Б (табл. 1.3 ); выполнение обмоток из медного провода.

При выполнении курсовой работы целесообразно сначала провести предварительный расчет трансформатора, определив диаметр стержня магнитопровода, высоту обмоток и плотность тока в них.



Рис.1.1. Плоская шихтованная магнитная система трехфазного двухобмоточного трансформатора с обмотками

1 - ярмо, 2 - стержень, 3 - сечение стержня

2. Предварительный расчет трансформатора

2. Предварительный расчет трансформатора для определения диаметра стержня магнитопровода, высоты обмоток и плотности тока в них

2.1 Диаметр стержня магнитопровода (предварительно)

,

где SH1 - номинальная мощность трансформатора на стержень (на фазу)

с=3 - число активных (несущих обмотки) стержней.

Выбираем из табл.1.5 нормализованное значение диаметра стержня магнитопровода, входящее в диапазон значений, полученных в предварительном расчете D0

D0 =0,32 м.

Таблица 2.1.

Нормализованный диаметр стержня, площадь поперечного сечения стержня и ярма, объем угла, высота ярма плоской шихтованной магнитной системы с прессующей пластиной

Диаметр стержня D0, м	Сечение стержня SCT, см2	Сечение ярма SЯ, см2	Объем угла Vy, см3	Высота ярма hя, см
0,32	733	744	20000	31

Таблица 2.2.

Размеры пакетов ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня для D0 = 0,32 м

Ширина пластин bi,см	15,5	19,5	21,5	23	25	27	29,5	31
Толщина пакетов аi, см	1,4	0,8	0,7	1,1	1,4	2,4	2,2	4,0

2.2 ЭДС на виток

,

где SСТ - площадь поперечного сечения стержня (ступенчатой фигуры), определяемая по табл. 1.5 , SСТ = 733 мм2;

KЗ - коэффициент заполнения сечения стержня сталью. Магнитопроводы трехфазных трансформаторов с номинальной мощностью 1000 80000 кВА изготавливаются из электротехнической холоднокатаной анизотропной рулонной стали марки 3404 с толщиной листа 0,35 мм и нагревостойким электроизоляционным покрытием. Согласно ГОСТ 21427.1 83 для этой стали коэффициент заполнения KЗ =0,97;

Вm - расчетная индукция в стержне. В целях уменьшения количества стали магнитной системы, массы металла обмоток и стоимости активной части трансформатора выбираем возможно большее значение расчетной индукции из интервала Вm = (1,60-1,65) Тл, Вm = 1,65 Тл.

2.3 Число витков на одну фазу в обмотке НН

где UННФ - номинальное фазное напряжение обмотки НН (UННФ =UНН*1000 =10.5*1000 =10500 В, т.к. фазы соединены в треугольник). Принимаем число витков на одну фазу в обмотке НН WНН=403.

2.4 Окончательные значения величин:

ЭДС на виток

расчетная индукция в стержне

Полученное значение Вm близко к ранее принятому и находится в рекомендованных пределах (см. п. 2.2).

2.5.Номинальные фазные токи в обмотках ВН и НН:

где UВН и UНН - номинальные линейные напряжения обмоток ВН и НН.

2.6 Приближенное значение плотности тока в обмотках

В трансформаторах с ПБВ (рис.2.1, а)

где - вспомогательные величины:

,

где kr - коэффициент увеличения омических потерь в обмотках,

? - удельная проводимость медного провода обмоток при 75?С,

?=47*106 См/м (см.табл. 2.9 );

?1 , ?12 - изоляционные промежутки трансформатора (рис. 2.2) ,

?1=20 мм, ?12=27 мм - (см. табл. 1.7 ).

2.7 Площади поперечного сечения витков обмоток (предварительно)

Так как площадь сечения витков обмотки SВВН и SВНН меньше 40 - 50 мм2, то принимаем количество параллельных проводов равным 1, nв = 1. Тогда сечение провода SПРВН = SВВН = 14,332 мм2, SПРНН = SВНН = 27,583 мм2.

2.8 Величина, обратно пропорциональная коэффициенту заполнения обмотки проводниковым материалом:

для обмотки ВН

для обмотки НН

где ?а и ?b - средний осевой и радиальный изоляционные промежутки между соседними проводами обмотки (рис. 2.3, 2.4, табл.1.8 [1]). Обмотки трансформаторов классов напряжений до 35 кВ включительно наматываются проводом марки ПБ с толщиной витковой изоляции на две стороны t=0,55 мм, с одинаковыми масляными каналами между сдвоенными катушками шириной bМ=4 мм. Для непрерывных катушечных обмоток со сдвоенными катушками (рис. 2.4, 2.5)

?a = t + 0,5*(bM + bП) = 0,55 + 0,5*(4 + 1) = 3,05 мм,

?b = t = 0,55 мм,

где bП - толщина прокладок (шайб), чередующихся с масляными каналами, bП = 1 мм.



Рис.2.3. Прямоугольный обмоточный привод при положении плашмя



Рис.2.4. Обмоточный провод и изоляция сдвоенных катушек



2.9 Высота обмоток (предварительно)

где F - вспомогательная величина

где КУ - коэффициент увеличения радиального размера обмотки, вызванного наличием регулировочной зоны в обмотке, дополнительной изоляцией некоторых катушек и т.д. Для трансформаторов с ПБВ, КУ = 1.1.

2.10 Уточненное значение плотности тока в обмотках

Полученное значение плотности тока входит в рекомендуемый предел (2,2 - 3,5) А/мм2.

2.11 Результаты предварительного расчета

D0, мм	E0, В	Wнн	Bm, Тл	F, м-1	L, м	IВНФ, А	IННФ, А			h, м	J, А/мм2
320	26,055	403	1,6507	27,6	0,004787	56,085	107,94	1,8022	1,5547	0,655	3,303

Рис.2.6 Элементы конструкции трансформатора 35 кВ с ПБВ

а) - поперечный разрез трансформатора:

1 - изоляционный цилиндр, 2 - рейка, 3 - прессующее кольцо, 4 - щиток, закрывающий кольцо, 5 - ярмовая изоляция, 6 - опорное кольцо, 7 - набор прокладок, 8 - щиток, закрывающий ярмо. 9 - междуфазный барьер, 10 - изоляционный цилиндр, 11 - рейка.

б) витковая изоляция обмотки НН

в) витковая изоляция обмотки ВН



Рис. 2.7. Элементы крепления винтовых и непрерывных обмоток на стержне

1-изоляционный цилиндр, 2-рейка, 3-прокладка, 4-провод обмотки

а)- часть обмотки;

б)-катушка непрерывной обмотки с дробным числом витков;

в) - рейка, прокладка и изоляционный цилиндр;

г) - прокладка

3 . Расчет обмоток высшего напряжения (ВН)

Для силовых трансформаторов рассматриваемых классов напряжения в качестве обмотки применяется непрерывная катушечная обмотка, причем при номинальных мощностях трансформаторов до 4000 кВА включительно одинарные катушки заменяют сдвоенными, в которых масляные каналы через один чередуются с шайбами из электрокартона толщиной 1 мм (рис. 2.5).

Непрерывная катушечная обмотка состоит из горизонтальных катушек, намотанных прямоугольным проводом, положенным плашмя. Катушка непрерывной обмотки имеет несколько витков, расположенных в радиальном направлении рядом друг с другом. Виток катушки состоит из nв параллельных проводов. Катушки наматываются на изоляционных рейках, на которых закрепляются изоляционные прокладки (рис. 2.7), создающие масляные каналы между катушками.

Расчет обмотки ВН заключается в определении числа витков, размеров провода и числа параллельных проводов, выборе числа катушек и распределении витков между катушками, нахождении осевого и радиального размеров обмотки.

3.1 Число витков в основной ступени напряжения обмотки ВН

Полученное значение числа витков WВН округляем до ближайшего четного целого числа, WВН=776.

Для окончательного значения числа витков WВН уточняем значение фазного напряжения обмотки ВН

которое не должно отличаться больше чем на 0,25% от заданного номинального фазного напряжения обмотки ВН:

3.2 Число витков в регулировочной ступени

где = 10% и n = 2, см. задание на КР.

Полученное значение WРС округляем до ближайшего целого числа, принимаем WРС = 19.

3.3 Для полученных чисел витков Wвн и Wрс проверку соответствия коэффициентов трансформации отношению заданных напряжений можно заменить проверкой напряжений на основной и крайних ступенях регулирования обмотки ВН. Проверку проведем в табличной форме (табл. 3.1)

Таблица 3.1

Проверка фазных напряжений на основной и крайних ступенях регулирования

Ступени регулирования	Высшая	Основная	Низшая
1. Число витков	(Wвн + n * Wрс)= = 776 + 2*19 =814	Wвн 776	Wвн n * Wрс= = 776 -2*19 = 738
2.Действительное напряжение ступени, В	(Wвн +n *Wрс ) * E0 = = (776 + 2*19)*26,055 = =21208,8	Wвн *Е0 = = 776*26,055 = =20218,7	(Wвн n * Wpc*E0= =(776-2*19)*26,055 = =19228,6
3.Стандартное значение напряжения ступени, В	( 1 + *102/2)* Uвнфн = =(1+10*102/2)*20207.3= =21217.62	Uвннф=20207.3	( 1 *102/2)* Uвннф= =(1-10*102/2)*20207.3= = 19196.9
4.Разность напряжений во второй и третьей строках ( с учетом знака),В	21208,8- 21217.62 = -8,8	20218.7 - 20207.3= = 11,4	19228,6- 19196.9= = 31,7
5.Разность напряжений в процентах от номинального	(-8,8/ 21217.623)*100 = -0.0415%	(11,4/ 20207.3)*100 = = 0.0565 %	(31,7/ 19196.9)*100 =0.1651%

Разности напряжений в процентах не превышают значений, установленных ГОСТом 11677 - 85 (± 0.5%) (табл. 1.4 , строка 1).

3.4 Уточненное поперечное сечение витка обмотки ВН

Так как площадь сечения витка получилась меньше чем 40 - 50 мм2, то берем число параллельных проводов nВ = 1. Тогда уточненное сечение провода

SПРВН = SВВН = 16,98 мм2.

3.5 Осевой размер голого провода для обмоток класса 35 кВ (предварительно)

где k отношение осевого (а0) и радиального (b0) размеров провода. Если отношение осевого (а) и радиального (b) изоляционных промежутков аb = 3,05/0,55 = 5,545, то есть 2<аb <6, принимаем k = аb =5,545.

По предварительным размерам а0 и SПРВН выбираем провод с ближайшими стандартными размерами, записываем его размеры в виде дроби и определяем значения k и плотности тока (окончательно): а0=10 мм, =1,7 мм,

k= а0 / b0=10/1,7=5,88,

где SПРВН - стандартное значение площади провода, SПРВН = 16,64 мм2;

а и b - осевой и радиальный размеры изолированного провода:

3.6 Число катушек nk определяют из уравнения

,

где nY, bY - число и высота усиленных каналов, определяемых конструкцией продольной изоляции. nY1 = 6, bY1 = 6 мм, nY2 = 8, bY2 = 4 мм, nY3 = 1, bY3 = 10 мм,

Полученное значение nK округляем до большего целого четного числа, кратного четырем, в трансформаторах с ПБВ, принимаем nK = 48.

3.7 Среднее число витков в катушке обмотки ВН

3.8 Число витков регулировочных катушек и число этих катушек

Так как число витков WCP меньше числа витков регулировочной ступени WPC, то регулировочная ступень выполняется из двух катушек. Число витков регулировочной катушки в этом случае WPK= WPC/2 = 19/2 = 9,5, тогда всего регулировочных катушек nPK= 4*n = 4*2 = 8, с числом витков:

.

3.9 Число витков в нормальной (не регулировочной) катушке

где nN - число нормальных катушек, nN = nK - nPK = 48-8 = 40.

Так как число WN дробное, то выполняем два типа нормальных катушек: N1 нормальных катушек имеет = 18 витков в катушке, а N2 нормальных катушек = 19 витков. N1 и N2 определяются из уравнения:

Окончательное распределение витков по катушкам проверяется заполнением табл. 3.2.

Таблица 3.2

Распределение витков по катушкам в непрерывной катушечной обмотке с ПБВ

Тип катушки	Количество катушек	Витков в катушке	Общее число витков
Регулировочные	nPK = 8	WPK = 9,5	nPK * WPK = = 8*9,5 = 76
Нормальные катушки	N1=22 N2=18	= 18 = 19	N1* = 22*18= 396 N2* = 18*19 = 342
Итого	nK = nPK+ N1 + +N2 =48	_ _ _ _ _	WВН + n*WPC= 76+396+342 = 814

3.10 Радиальный размер нормальной катушки обмотки ВН трансформатора с ПБВ

Так как WN - дробное, то равно целой части числа WN, увеличенной на единицу.

3.11 Высота регулировочной зоны

где , bМ - высота разрыва в середине регулировочной зоны и ширина масляного канала в регулировочной зоне.

Определение окончательного значения высоты обмотки ВН и высоты окна проводится в табличной форме (см. табл.3.3).

Таблица 3.3

Высота окна и обмотки ВН трансформатора с ПБВ

Наименование	Количество	Осевой размер, мм	Высота, мм
1. Катушки	nK = 48	а= 10,55	nK *=48*10,55 = 506,4
2. Каналы в середине регулировочной зоны	1	10	10
Каналы на концах обмотки	6	6	36
Каналы между нормальными катушками	NK = nK\2 = 48\2 = 24	4	4* NK = 4*24 = 96
Прокладки	NПР = (nK\2) - 1 - nY = 24 - 1 - 7 = 16	1	16
3. Все каналы	7 + NК + NПР = nK - 1= 7 + 24 + 16 =47	_ _ _ _ _	hк =10 + 36 + 4* NК + NПР = 10 + 36 + 96 + 16 = 158
4. Высота обмотки до прессовки hДП	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	506,4 + 158 = 664,4
5. Уменьшение высоты обмотки из-за прессовки	((hДП - h )/ hк)*100 =(9,4/158) *100= 5,95 %	_ _ _ _ _	664,4-655 = 9,4
6. Высота обмотки после прессовки h	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	664,4 - 9,4 = 655
7. Расстояние до верхнего ярма	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _
8. Расстояние от обмотки до нижнего ярма	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	65
9. Высота окна hО	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	655 + 140 + 65 = 860

В табл. 3.3:

- изоляционный промежуток от обмотки ВН до прессующего кольца или нижнего ярма;

- толщина прессующего кольца;

- зазор между прессующим кольцом и верхним ярмом,

(см. табл.1.7 и рис. 2.6).

4. Расчет обмотки низшего напряжения (НН)

В качестве обмотки НН трансформатора принимаем непрерывную катушечную обмотку со сдвоенными катушками.

Для трансформаторов с системой регулирования ПБВ в обмотке ВН имеется регулировочная зона. В этом случае в обмотке НН любого типа напротив регулировочной зоны обмотки ВН обязательно предусматривается “разгон витков” (см. лист 3). Он состоит в том, что на высоте, равной регулировочной зоне, увеличивают ширину масляных каналов и уменьшают число витков.

Расчет непрерывной катушечной обмотки НН заключается в определении размеров провода и числа параллельных проводов, выборе числа катушек и распределении витков между катушками, нахождении радиального размера обмотки и проверке высоты обмотки и окна.

4.1 Сечение витков обмотки (предварительно)

4.2 Предварительное значение поперечного сечения провода

,

где SПРНН - предварительное значение поперечного сечения провода.

Так как площадь сечения витка получилась меньше чем 40 - 50 мм2, то берем число параллельных проводов nВ = 1.

4.3 Осевой размер голого прямоугольного провода (предварительно)

По предварительным размерам а0 и Sпрнн выбираем провод с ближайшими стандартными размерами, записываем его размеры в виде дроби и определяем значения k и плотности тока (окончательно): а0=14 мм, =2,36 мм,

k= а0 / b0=14/2,36=5,93,

трансформатор обмотка короткий замыкание

где - стандартное значение площади провода, SПРНН = 32,49 мм2;

а и b осевой и радиальный размеры изолированного провода:

4.4 Число витков в зоне разгона (предварительно)

4.5 Число витков нормальных катушек (предварительно)

4.6 Высота нормальных катушек

где h - высота обмотки, взятая из табл.3.3;

hРЗ -высота регулировочной зоны обмотки ВН, равная высоте зоны разгона витков, (см. п. 3.11).

4.7 Число нормальных катушек nN определяют из уравнения

,

Полученное значение округляем до целого значения кратного четырем в трансформаторах с ПБВ. Принимаем nN = 32.

4.8 Число витков в нормальной катушке (предварительно)

4.9 Число катушек в зоне разгона

Полученное значение округляем до четного числа, принимаем nРАЗ = 4.

4.10 Число витков катушки в зоне разгона

Полученное значение округляем до целого числа, принимаем WКРАЗ = 10.

4.11 Уточненное число витков в зоне разгона

4.12 Уточненное число витков в нормальных катушках

4.13 Число витков нормальной катушки

Так как число витков WKN дробное выполняем два типа нормальных катушек: N1 нормальных катушек имеет = 11 витков в катушке, а N2 нормальных катушек = 12 витков. Определим N1 и N2 из уравнения:

Окончательное распределение витков по катушкам проверяется заполнением таблицы 4.1.

Таблица 4.1.

Распределение витков по катушкам в непрерывной катушечной обмотке с ПБВ

Тип катушки	Количество	Число витков в катушке	Общее число витков
В зоне разгона	nРАЗ = 4	WКРАЗ = 10	nРАЗ * WКРАЗ = = 4*10 = 40
Нормальные катушки	N1=21 N2=11	= 11 = 12	N1* = 21*11 = 231 N2* = 11*12 = 132
Итого	nK = nРАЗ + N1 + +N2 =4+21+11 = 36	_ _ _ _ _	WНН = 40+231+132 = 403

4.14 Ширина канала в зоне разгона

Округляем полученное значение до целого числа, принимаем bМРАЗ = 21 мм.

4.15 Радиальный размер нормальной катушки обмотки НН

4.16 Среднее число витков катушки

4.17 Определение окончательного значения высоты обмотки НН и высоты окна производим в табличной форме (табл. 4.2)

Таблица 4.2

Высота окна и обмотки НН трансформатора с ПБВ

Наименование	Количество	Осевой размер, мм	Высота, мм
1. Катушки	nK = nN + nРАЗ = =32+4 = 36	= 14,55	nK *=36*14,55 =523,8
2. Каналы в зоне разгона	nРАЗ -1 = 4 -1 = 3	bМРАЗ = 21	21*3 = 63
3. Каналы между нормальными катушками	Nk = nN/2 = 32/2 = 16	4	4*16 = 64
4. Прокладки	NПР = nN/2 = 16	1	16
5. Все каналы	16+3+16 = 35 = nk -1	_ _ _ _ _	hk = 63 + 64 + 16 = 143
6. Высота обмотки до прессовки hДП	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	523,8 + 143 = 666,8
7. Уменьшение высоты обмотки из-за прессовки	((hДП - h )/ hк)*100= 11,8/143= 8,25%	_ _ _ _ _	666,8 - 655 = 11,8
8. Высота обмотки после прессовки h	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	655
9. Расстояние от обмотки до верхнего ярма	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _
10. Расстояние от обмотки до нижнего ярма	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	65
11. Высота окна h0	_ _ _ _ _	_ _ _ _ _	140 + 655 + 65 = 860

5 . Масса и активное сопротивление обмоток

5.1 Масса проводников обмотки ВН на один стержень

где удельный вес медного провода обмотки ,=8.89*103, (см. табл. 2.9 );

Sввн - сечение витка (м2) обмотки ВН;

Dсрвн средний диаметр (м)

5.2 Сопротивление обмотки ВН при температуре 20 С

где удельное сопротивление меди провода обмотки при температуре 20 С, =0,0175*10-6Ом*м (см. табл. 2.9 ).

5.3 Масса провода обмотки НН на один стержень

где удельный вес провода обмотки ,=8,89*103;

Sвнн сечение витка (м2) обмотки НН;

Dсрнн, средний диаметр (м)

5.4 Сопротивление обмотки НН при температуре 20 С

6. Определение размеров и веса магнитопровода

6.1 Расстояние между осями обмоток или стержней (рис. 6.1, б)

где Dнар внешний диаметр наружной обмотки, м. В двухобмоточных трансформаторах с ПБВ

где мф изоляционное расстояние между фазами, мф=30мм (см. рис.2.2 и табл.1.7 ).

6.2 Длина магнитопровода (рис. 6.1, б)

6.3 Вес угла (см. рис. 6.1, а)

где Vу объем угла (табл. 2.1);

с плотность электротехнической холоднокатаной стали, кг/см3.

6.4 Вес стержней

где nСТ число стержней, в трехфазных трансформаторах nСТ = 3.

6.5 Вес ярем

где SЯ поперечное сечение ярма, табл. 2.1.

6.6 Полный вес магнитопровода



Рис. 6.1. К расчету размеров и веса магнитопровода

1 - стержень , 2 - ярма, 3 - углы

а) - участки магнитной системы

б) - расстояния между осями обмоток

7 . Напряжение короткого замыкания

Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение, которое при номинальной частоте следует подвести к выводам первичной обмотки при замкнутой накоротко вторичной, чтобы в них установились номинальные токи. Напряжение короткого замыкания приводится к нормированной расчетной температуре (обычно это 75 С), выражается в процентах номинального напряжения обмотки и обозначается uК. Напряжение uК можно вычислять и в относительных единицах. Сопротивление короткого замыкания ZК (параметр схемы замещения), выраженное в процентах или относительных единицах равно напряжению короткого замыкания uК, выраженному в тех же единицах. От значения напряжения uК зависят условия параллельной работы, изменение напряжения под нагрузкой, значение тока короткого замыкания, электродинамические силы, действующие в обмотках при коротких замыканиях. Значение напряжения короткого замыкания нормируется соответствующими стандартами. Так, для двухобмоточных трансформаторов класса напряжения 35 кВ с ПБВ напряжение uК должно соответствовать ГОСТ 11677 85. Если в результате расчета значение напряжения uК для проектируемого трансформатора выходит за указанные пределы, необходимо перепроектировать обмотки ВН и НН.

7.1 Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания uКХ в процентах

где Sн1 номинальная мощность трансформатора на один стержень, ВА;

h средняя высота обмотки, м (табл.3.3 и 4.2);

сумма произведений диаметров обмоток на изоляционные расстояния между ними

где D12 - средний диаметр канала рассеяния

коэффициент Роговского для продольного поля рассеяния, учитывающий отклонения реального поля рассеяния от идеального параллельного поля,

где u, приведенная высота обмоток и односторонняя ширина обмоток фазы:

Для u 1.5 коэффициент Роговского можно определить по формуле

Значение коэффициента входит в пределы 0.93 0.97.

7.2 Активная составляющая напряжения короткого замыкания

где PKN, SH потери короткого замыкания в кВт (приведены в технических условиях на проектирование), номинальная мощность в кВА (см. задание).

7.3 Напряжение короткого замыкания

Отклонение uК от стандартного значения uКН в процентах

где стандартное значение напряжения короткого замыкания, (см. технические условия на проектирование). ЗначениеuК не выходит за пределы допустимых значений ±10% (табл. 1.4 [1]).

8. Определение потерь мощности короткого замыкания

Потери короткого замыкания PК состоят из:

- основных потерь в обмотках PОС;

- потерь от вихревых токов PВХ;

- потерь в обмотках от циркулирующих токов PЦ;

- потерь в баке и ферромагнитных элементах конструкции РБ.

Потери от вихревых токов, наведенных полем рассеяния в обмотках, зависят от частоты тока f, радиального размера b0 проводников обмотки и их расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора.

Потери в обмотках от циркулирующих токов возникают при числе параллельных проводов nв обмотки большем единицы. Эти потери снижают, выполняя транспозицию параллельных проводов обмотки, поэтому потери в обмотках от циркулирующих токов зависят от типа транспозиции. В рассчитываемом трансформаторе число параллельных проводов nв=1, поэтому потери от циркулирующих токов PЦ = 0.

Потери мощности РБ обусловлены полями рассеяния обмоток и отводов трансформатора, замыкающимися по ферромагнитным деталям конструкции трансформатора - стенкам бака, прессующим балкам ярем, прессующим кольцам обмоток и т. д. Эти потери возникают в ферромагнитных деталях от явлений гистерезиса и вихревых токов.

8.1 Основные потери в медных обмотках

для обмотки ВН

где - масса провода трех фаз обмотки ВН



для обмотки НН

где - масса провода трех фаз обмотки НН

8.2 Потери от вихревых токов в обмотках, в относительных единицах

для обмотки ВН

где b0 - радиальный размер голого провода соответствующей обмотки;

nX - число проводников в радиальном направлении соответствующей обмотки

?Y - коэффициент заполнения обмотки по высоте материалом провода:

для обмотки НН



8.3 Суммарные потери в обмотках

для обмотки ВН

для обмотки НН

8.4 Общие потери в баке и в других ферромагнитных элементах конструкции

где К - коэффициент, определяемый по формуле линейной интерполяции:

где К1 - значение коэффициента по табл. 4.1 для SН' = 3000 кВА,

К2 - для мощности SН” = 4000 кВА.

8.5 Потери короткого замыкания трансформатора

Потери в обмотках трансформатора рассчитываются в табличной форме, (табл.8.1.)

Таблица 8.1.

Потери в обмотках трансформатора

Обмотка	Основные, кВт	Добавочные	Суммарные, кВт
		в относит. единицах	кВт
ВН	POCBH = 17,44	РВХВН = 0,01077	РВХВН*РОСВН = 17,44*0,01077= 0,1878	РОБВН = 17,63
НН	РОСНН = 11,52	РВХНН = 0,01903	РВХНН*РОСНН = 11,52*0,01903= 0,2192	РОБНН = 11,74
Всего	РОСВН+РОСНН =17,44+11,52= 28,94	_______	?РДОБ = 0,1878+0,2192= 0,407	РОБВН + РОБНН = 17,63+11,74= 29,37

9. Определение параметров упрощенной схемы замещения трансформатора

9.1 Сопротивления схемы замещения в относительных единицах численно равны соответствующим напряжениям короткого замыкания в тех же единицах:

полное сопротивление короткого замыкания

активная составляющая сопротивления короткого замыкания

индуктивная составляющая сопротивления короткого замыкания

где uKX = 7,584% (см. п. 7.1.);

уточненное значение uKA

uKA = ;

уточненное значение uK

uK = .

9.2 Сопротивления короткого замыкания ZK, rK, xK в абсолютных единицах:

10. Потери мощности при нагрузке и КПД трансформатора

Потери активной мощности в трансформаторе подразделяются на электрические потери РЭЛ в обмотках и магнитные потери РМГ в сердечнике. Добавочные потери на вихревые токи в обмотках РВХ от полей рассеяния включаются в электрические потери. К этим же потерям относятся потери на гистерезис и вихревые токи от полей рассеяния в стенках бака и в крепежных деталях РБ.

Магнитные потери РМГ при всех нагрузках и при первичном напряжении U1 = U1H = const принимаются, согласно ГОСТ 11677-85, равными мощности холостого хода Р0 при этом напряжении.

Электрические потери РЭЛ, включая РДОБ и РБ, при номинальном токе, принимаются равными потерям мощности короткого замыкания РК при этом же токе.

Электрические потери РЭЛ при любой нагрузке в соответствии с ГОСТ 11677-85 принимаются равными , где

КНГ=IНН/ IНН Н

представляет собой коэффициент нагрузки трансформатора для текущего значения тока IНН.

10.1Суммарные потери трансформатора при U1=U1H=const и КНГ = 1

Результаты расчета всех видов потерь представлены в табл.10.1

Таблица 10.1

Потери трансформатора в номинальном режиме

Виды потерь	Данные расчета	Данные стандарта	Отклонения от стандарта
	кВт	%		кВт	%
1. Основные потери в обмотках	РОСВН+РОСНН = 28,94	0,8512	-	-	-
2. Добавочные	?РДОБ = 0,407	0,01197	-	-	-
3. В баке		0,0316	-	-	-
4. Короткого замыкания		0,8953			2,51
5. Холостого хода		0,1639			0
Полные		1,152			2,51

10.2 Коэффициент полезного действия трансформатора

КПД рассчитанного трансформатора для и коэффициента нагрузки

= 1 в процентах

КПД трансформатора со стандартными значениями потерь РОН и РКН для и коэффициента нагрузки = 1 в процентах

11. Оценка спроектированного трансформатора

=35/10.5 кВ, схема соединения = Y/? - 11.

Таблица11.1

Сравнение показателей спроектированного трансформатора с требованиями стандартов.

Показатели	Sн , кВА	i0 , %	P0 , кВт	uк , %	Pк , кВт	,%
Рассчитанные	3400	-------	-------		30,4
Стандартные	3400	0,9373	5,754	7,5	29,656
Допустимые отклонения	-------	±30%	±15%	±10%	±10%	-------
Отклонение от стандартного значения в процентах	-------	-------	-------	1,787	2,51	0,02021

Заключение

Согласно заданию необходимо был спроектирован силовой трёхфазный масляный двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой, мощностью SH=3400 кВ*А, номинальными линейными напряжениями UВН/UНН = 35/10,5 кВ при частоте f=50 Гц, схемой и группой соединения обмоток Y/? -11, системой регулирования напряжения ПБВ, количеством ступеней регулирования ±n = ±2, диапазоном регулирования напряжения ? = 10%, напряжением одной ступени регулирования 2,5%, всего ±2*2,5% = ±5%, номинальным напряжением короткого замыкания uKН =7,5%, номинальными потерями мощности холостого хода РОН=5,754 кВт, номинальными потерями короткого замыкания РKH=29,656 кВт. В качестве базовой модели принята конструкция трехфазного масляного трансформатора типа ТМ с системой охлаждения М. Характеристики рассчитанного трансформатора удовлетворяют требования стандартов; отклонения рассчитанных величин от задаваемых техническими условиями не превышают допустимых. Полученные в расчете значения номинальных потерь короткого замыкания Pк =30,44 кВт и номинального напряжения короткого замыкания uK =7,634 %.

Библиографический список

1. Чернышова А.С. Трансформаторы: учеб. - метод. пособие / А.С. Чернышова, Э.Г.Владимирова, В.Д.Сергеев.- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. - 123 с.

2. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. ГОСТ 11677-8

3. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. - Л.: Энергия, 1970.

4. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Трансформаторы. Машины постоянного тока. Учеб. Для вузов.-СПб.: Питер, 2008.

5. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. Расчет и проектирование трансформаторов. Расчет обмоток. Учеб. Пособие - Л.: Изд. ЛПИ, 1976.

6. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. Учеб. Пособие для вузов. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

7. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. Расчет магнитной системы трансформаторов: метод. указания к выполнению курсового проекта. - Л.; Изд. ЛПИ, 1976.

8. Копылов И.П. Электрические машины: учебник для вузов/И.П. Копылов. - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006.

9. Иванов - Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов - М.: Энергия, 1982.

10. Важнов А.И. Электрические машины. Учеб. для вузов - Л. Энергия,

11. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2003. Введены в действие с 1 июля 2003г.

12. Покровский С.В., Шорохов Б.П. Расчет трансформатора: учеб. - метод. пособие к поверочному расчету трансформатора. - Чебоксары: ЧГУ, 1972.

13. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. ГОСТ 13109-97. Изд-во стандартов, 1998.

Размещено на Allbest.ru