Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформаторы широко применяются в разных областях электротехники, радиотехники, электроники, в устройствах измерения, автоматического управления и регулирования.

По особенностям конструкции и применению трансформаторы можно разделить на силовые, сварочные, измерительные и специальные. Наибольшее применение в народном хозяйстве получили силовые трансформаторы, которые являются необходимым элементом промышленной электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния при относительно низких напряжениях, которые вырабатывают электростанции, экономически невыгодна из - за больших потерь в линии. Действительно, при низких напряжениях U та же мощность (P=UIcosф) получается при большем токе I, следовательно, увеличивается мощность потерь в проводах RI2, т. е. необходимо увеличивать сечения проводов. Поэтому на электрических станциях устанавливаются силовые трансформаторы, повышающие напряжения до 110, 220, 750 и 1150 кВ. У потребителей напряжения при помощи трансформаторов понижается несколькими ступенями до 380/220 В.

По числу фаз трансформаторы подразделяются на однофазные и трёхфазные. Каждая фаза трансформатора имеет первичную и вторичную обмотки.

Проектирование силового трансформатора является сложной задачей, связанной с большим количеством расчетов различных вариантов, зависящих как от исходных данных, так и от выбираемых самим проектировщиком на базе опыта работы и эксплуатации трансформатора.

В данной работе проводится расчёт трансформатора типа ТРДН. Это трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (Р), масляный с дутьём и естественной циркуляцией масла (Д) и с выполнением одной из обмоток с переключением ответвлений под нагрузкой (Н).

Тип трансформатора	ТРДН
Номинальная мощность S,кВА	40000
Номинальные напряжения обмоток
1.Высокого напряжения ВН Uвн, кВ	115
2.Низкого напряжения НН Uнн,кВ	6,3/6,3
Напряжение короткого замыкания	10,5
Ток холостого хода	0,65
Потери:
1.Короткого замыкания	160
2.Холостого хода	42
Материал обмоток	Медь
Вид переключения обмоток	РПН
Схема и группа соеденений	/? - ? - 11 -11

1. Определение основных электрических величин

Мощность одной фазы

Мощность на одном стержне

где m - число фаз; в трехфазном трансформаторе m=3; С - число активных стержней: S - номинальная мощность в кВА.

Номинальный линейный ток обмоток высокого (ВН) и низкого (НН) напряжений, кВ

Высокого напряжения соединена в

Низкого напряжения соединена в ?

где S - мощность трансформатора в кВА; Uл - номинальное линейное напряжение в В.

Фазный ток обмотки одного стержня

Iф = Iл = 201 А, при соединении в

Iф = Iл / = 3670/ = 2121 А, при соединении в ?

Номинальные фазные напряжения

кВ, при соединении в

кВ, при соединении в ?

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания:

Испытательные напряжения:

2.Выбор главной и продольной изоляции

Размер прессующих колец, склеенных из древесно - слоистого материала

Hk = 80 мм

Расстояние между обмотками ВН и НН:

а12 = 50мм;

а22 = 50мм.

Выбор нормальной витковой изоляции

Испытательное напряжение обмотки, кВ	Марка провода	Толщина изоляции на две стороны, мм	Назначение
200	ПБ и АПБ	1,20 (1,35)	Для масляных трансформаторов

Дополнительная изоляция между витками на входных катушках обмоток фаз.

Класс напря- жения, кВ	Испыта- тельное напря- жение, кВ	Первая катушка	Вторая катушка	Третья и четвертая катушки
		Витков	Всей катушки	Витков	Всей катушки	Витков	Всей катушки
Ввод линейного конца в середину высоты обмотки
110	200	1,20 (1,35)	1,0	1,20 (1,35)	3,0	1,20 (1,35)	1,5

Нормальная междуслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках.

Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В	Число слоев кабельной бумаги на толщину листов, мм	Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки(на одну сторону), мм
От 5001 до 5500	9х0,12	22

Нормальная междуслойная изоляция в многослойных цилиндрических катушках обмотки.

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, кВ	Толщина изоляции, мм	Материал изоляции
От 201 до 300	2х0,2	Электроизоляционный картон

Междукатушечная изоляция

Осевой размер масляного канала.

Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках.

Масляные трансформаторы.

Вертикальные каналы	Горизонтальные каналы
Длина канала, мм	Обмотка - обмотка, мм	Обмотка - цилиндр, мм	Обмотка - стержень, мм	Длина канала, мм	Обмотка - обмотка, мм
1500	10	8	10	80	7

Минимальные размеры канала hкр в месте расположения регулировочных витков обмотки ВН.

Класс напряжений ВН, кВ	Изоляция в месте разрыва
	Способ изоляции	Размер канала, мм
110	Масляный канал с барьером из шайб	30 (в том числе шайба 5мм)

Принципиальные схемы регулирования напряжения обмотки ВН.

Конструкция изоляции в месте разрыва обмотки ВН.

3.Выбор конструкции магнитопровода

Для трехфазных силовых трансформаторов мощностью до 100000 кВА применяется плоская шихтованная стержневая система со сборкой в переплет.

План шихтовки магнитной системы:

Сочетание косых стыков с комбинированными.

Для того чтобы магнитная система, собранная из массы пластин тонколистовой стали, обладала достаточной устойчивостью, могла выдерживать механические силы, возникающие между обмотками при коротком замыкании, и не развалилась при подъеме остова или активной части ее верхнее и нижнее ярма должны быть надежно соединены механически. Таким соединением могут служить шпильки, расположенные вне обмоток и достаточно от них удаленные или надежно изолированные.

Способы прессовки ярма ярмовыми балками:

- стальными полубанджами и внешними шпильками;



Прессовки стержня:- бандажами из стеклоленты.

Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных масляных трансформаторов.

Ориентировочный диаметр стержня d = 0, 67 м

С прессующей пластиной:

- число ступеней: 15,

- Коэффициент заполнения круга kkp = 0, 918

В стержнях трансформаторов такой мощности делаются охлаждающие каналы.

трансформатор напряжение изоляция магнитопровод

Ориентировочное число продольных по отношению к листам и поперечных охлаждающих каналов: 3

Ширина продольного канала: 6мм

- поперечного: 10 мм

Выбираем холоднокатаную сталь марки 3405 толщиной 0,35мм.

Коэффициент заполнения: Кз = 0,965

При определении активного сечения стержня в предварительном расчете обычно пользуются коэффициентом заполнения сталью: kс = kкрkз = 0,918*0,965 = 0,886.

Вид изоляционного покрытия: нагревостойкое плюс однократная лакировка.

Индукция в стержне .

Коэффициента усиления ярма для современных масляных трансформаторов:

kя = 1,025

Индукция в ярме

,

Индукция в зазоре на прямом стыке

,

на косых стыках

4.Основные размеры трансформатора

Предварительно рассчитывается величина ?, соответствующая минимальной стоимости активной части трансформатора СА,Ч Затем, изменяя ? в рекомендуемых пределах, определяются параметры холостого хода, плотность тока и растягивающее механическое напряжение , которые не должны превышать допустимые величины. На основании анализа полученных величин выбираются основные размеры трансформатора. Сначала составляется уравнение для определения минимальной СА,Ч .

Постоянные коэффициенты трансформатора а = 1,45-отношение среднего диаметра витка двух обмоток к диаметру стержня d;

b = 0,61- отношение удвоенного радиального размера внешней обмотки к диаметру стержня d;

е = 0,41 - для определения равновеликой площади угла магнитной системы. Коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания , коэффициент Роговского, учитывающий приведение идеализированного поля рассеяния к реальному .

Приведенная ширина двух обмоток:

Ширина приведенного канала рассеяния:

Изоляционное расстояние от обмоток до ярма

,

Коэффициент для определения массы металла обмоток , коэффициент отношения цены 1 кг стали к цене 1 кг обмоточного провода k0С = 1,97; коэффициент, учитывающий увеличение массы провода на изоляцию и регулирования напряжения .

Основные коэффициенты уравнения для определения минимальной стоимости активной части трансформатора.

Уравнение принимает вид х5 + 0,19х4 - 0,45х -1,5 = 0. Решение этого уравнения дает x = 1,115 и ? = 1,75 , соответствующее минимальному САЧ. Диаметр стержня d=A•x=0,55535•1,115=0,62 м.

Выбор того или иного значения ? определяет также параметры холостого хода трансформатора. Диапазон изменения ? принимается ? = 1,5-1,8.

при ? = 1.5;

при ? = 1.6;

при ? = 1.7;

при ? = 1.8.

- коэффициент, учитывающий добавочные потери вызванные резкой стали, снятием заусенцев, прессовкой магнитной системы и перешихтовкой верхнего ярма, а также потери в зоне зазора. Пластины отожжены.

- коэффициент увеличения потерь в углах.

рс = 1,238 Вт/кг - удельные потери в стали стержня для индукции Вс=1,65Тл.

ря= 1,150 Вт/кг (табл.29) - удельные потери в стали ярма для индукции Вя= 1,61Тл.

Потери холостого хода:

44927	1,11
45499	1,12
46696	1,14
47951	1,16

Масса стали стержня:

,кг
13714	1,11
13659	1,12
13555	1,14
13459	1,16

Масса стали ярма:

	х
13439	1,11
13798	1,12
14535	1,14
15297	1,16

Масса одного угла магнитной системы для мощности 1000 кВА и выше:

	х
1047	1,11
1075	1,12
1134	1,14
1195	1,16

Намагничивающая мощность:

	х
171845	1,11
175344	1,12
182684	1,14
190292	1,16

=1,2 - коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины и влияние среза заусенцев.

=1,09 - коэффициент, учитывающий форму ярма, прессовку магнитной системы и перешихтовку верхнего ярма.

2а2 = dAx = , отсюда

а2 = 0,19

=1,25 - коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы. Для индукции В = 1,3 - 1,7 Тл и ширине пластины второго пакета

а2 = 0,19 м.

=38,5 - коэффициент, учитывающий форму стыков в крайних и средних стержнях магнитной системы для индукции 1,4 Тл и комбинированных 4 косых и 2 прямых стыке.

=1,775 ВА/кг - удельная намагничивающая мощность для индукции в стержне Вс = 1,65 Тл.

=1,602 ВА/кг - удельная намагничивающая мощность для индукции в ярме Вя = 1,61 Тл.

общее число зазоров: косых '= 4 и прямых " =2 стыков.

=900 ВА/м - удельная намагничивающая мощность для зазоров косого стыка с индукцией В3' = 1,01 Тл.

=20480 ВА/м - удельная намагничивающая мощность для одного прямого стыка с индукцией В3" =1,61 Тл.

Полный ток холостого хода:

	х
0,53	1,11
0,54	1,12
0,56	1,14
0,58	1,16

Активное сечение стержня:

	х
0,264	1,11
0,269	1,12
0,279	1,14
0,289	1,16

Активное сечение ярма:

	х
0,271	1,11
0,276	1,12
0,286	1,14
0,296	1,16

Для магнитной системы площадь зазора на прямом стыке:

	х
0,271	1,11
0,276	1,12
0,286	1,14
0,296	1,16

Площадь зазора на косом стыке:

	х
0,373	1,11
0,38	1,12
0,394	1,14
0,408	1,16

Стоимость активной части в условных единицах:

	х
42643	1,11
42671	1,12
42776	1,14
42940	1,16

Масса чистого металла обмоток:

	х
27153	1,11
27457	1,12
28090	1,14
28756	1,16

Масса чистого металла обмоток:

	х
7863	1,11
7723	1,12
7455	1,14
7200	1,16

Действительная масса провода для обмоток из алюминия:

	х
8335	1,11
8186	1,12
7902	1,14
7632	1,16

Плотность тока в медных обмотках:

	х
2,62	1,11
2,64	1,12
2,67	1,14
2,69	1,16

К=- для алюминия -постоянный коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления плотности металла обмоток.

Механическое растягивающее напряжение:

	х
32,82	1,11
33,72	1,12
35,56	1,14
37,46	1,16

Диаметр стержня:

	х
0,616	1,11
0,622	1,12
0,633	1,14
0,644	1,16

Средний диаметр витка двух обмоток:

	х
0,894	1,11
0,902	1,12
0,918	1,14
0,934	1,16

Высота обмотки:

	х
1,85	1,11
1,8	1,12
1,71	1,14
1,62	1,16

Удвоенный радиальный размер внешней обмотки:

	х
0,376	1,11
0,38	1,12
0,386	1,14
0,393	1,16

Расстояние между осями соседних стержней:

	х
1,37	1,11
1,381	1,12
1,404	1,14
1,427	1,16

Весь расчет сводится в таблицу:

х	1,11	1,12	1,14	1,16
	13714	13659	13555	13459
	13439	13798	14535	15297
	27153	27457	28090	28756
	1047	1075	1134	1195
	44927	45499	46696	47951
	0,264	0,269	0,279	0,289
	171845	175344	182684	190292
%	0,53	0,54	0,56	0,58
	7863	7723	7455	7200
	42643	42671	42776	42940
	2,62	2,64	2,67	2,69
	32,82	33,72	35,56	37,46
	0,616	0,622	0,633	0,644
	0,894	0,902	0,918	0,934
	1,85	1,8	1,71	1,62
	0,376	0,38	0,386	0,393
	1,37	1,381	1,404	1,427

5.Графики изменения основных расчетных величин трансформатора

Изменение масс стали Gс, Gя, Gcт и металлообмоток Go.

Изменение относительной стоимости активной части трансформатора.

Изменение полного тока холостого хода.

Изменение потерь холостого хода.

Изменение плотности тока в медных обмотках.

Изменение механического растягивающегося напряжения.

Заключение

В данной работе мы провели проектирование силового трансформатора.

В итоге мы определили:

- основные размеры трансформатора;

- конструкцию и произвели расчет обмоток низшего и высшего напряжения;

- параметры короткого замыкания;

- произвели расчёт магнитной системы, определили параметры холостого хода;

- произвели тепловой расчет и расчет охладительной системы;

- определили массу и стоимость трансформатора.

Полученные значения величин отличаются от заданных в пределах допустимого интервала.

Размещено на Allbest.ru