Проектирование трансформатора ТМ-1950/20/0,69

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Задание на проектирование

1. Расчет основных величин трансформатора

2. Расчет основных размеров трансформатора

3. Расчет обмоток

3.1 Расчет обмотки НН

3.2 Расчет обмотки ВН

4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

5. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток

при коротком замыкании

6. Расчет магнитной системы трансформатора

6.1 Определение размеров магнитной системы

6.2 Определение потерь холостого хода

6.3 Определение тока холостого хода трансформатора

7. Тепловой расчет трансформатора

7.1 Тепловой расчет обмоток

7.2 Тепловой расчет бака трансформатора

7.3 Расчет превышения температуры

Список использованных источников

Размещено на http://www.allbest.ru

Задание на проектирование

трансформатор замыкание обмотка

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора по следующим данным:

Тип трансформатора ТМ

Мощность 1950 кВА

Число фаз - 3

Частота 50 Гц

Номинальное напряжение высокой обмотки, Uвн = 20 кВ

Номинальное напряжение низкой обмотки, Uнн = 0,69 кВ

Схема и группа соединения обмоток Д / Yн - 11

Система охлаждения - естественное масляное

Режим работы - длительная нагрузка

Параметры трансформатора:

1. Напряжение короткого замыкания, Uк = 7 %

2. Потери короткого замыкания, Ркз = 18 кВт

3. Потери холостого хода, Рхх = 2,75 кВт

4. Ток холостого хода, Ixx = 1,3 %

Дополнительное условие:

Обмотка из алюминиевого или медного провода.



1.Расчет основных величин трансформатора

Все расчеты будем производить в соответствии с [1].

Мощность, приходящая на один стержень трансформатора:

. (1)

В дальнейших расчетах для обозначения обмотки низкого напряжения (НН) будем использовать индекс «1», для обмотки высокого напряжения (ВН) - индекс «2».

Активная составляющая напряжения короткого замыкания Uкз:

. (2)

Реактивная составляющая Uкз:

. (3)

Номинальный (линейный) ток обмотки НН трехфазного трансформатора:

. (4)

Для схемы соединения Y фазный ток:

. (5)



Фазное напряжение для схемы соединения Y:

. (6)

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН трехфазного трансформатора:

. (7)

Для схемы соединения Д фазный ток:

. (8)

Фазное напряжение для схемы соединения Д:

. (9)

Выбираем испытательные напряжения:

для обмотки ВН (при ):

. (10)

для обмотки НН (при ):

. (11)



2. Расчет основных размеров трансформатора

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,3 и коэффициентом заполнения стали kЗ = 0,96.

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня,

. (12)

По табл.1.2 [1] выбираем минимально допустимые изоляционные расстояния:

для обмотки НН при :

(13)

По табл.1.3 [1] выбираем минимально допустимые изоляционные расстояния:

для обмотки ВН при :

(14)

Рисунок 1 - Основные размеры обмоток

Ширина приведенного канала рассеяния:

, (15)

где К - коэффициент, зависящий от мощности трансформатора, материала обмоток и напряжения обмотки ВН (по табл.1.6. [1]):.

Значение приближенно равно отношению средней длины витка двух обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора (табл.1.5 [1]). .

Диаметр стержня:



(16)

где f = 50 Гц; Кp = 0,95 - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского); BС - индукция в стержне для рулонной электротехнической стали, принимаем 1,5 Тл.

,

по стандартному ряду [1]: dH = 28 см.

Значение вн, соответствующее нормализованному значению dH:

(17)

Второй основной размер трансформатора - высота обмотки определяется по формуле:

(18)

где d12 - средний диаметр между обмотками:

(19)

см. (20)

;

Активное сечение стержня:

. (21)



3. Расчет обмоток

Основным элементом всех обмоток является виток. Электродвижущая сила одного витка:

(21)

где см. выше;

Средняя плотность тока в обмотках:

, (22)

где С1 - коэффициент пропорциональности для алюминиевых обмоток; Кд - коэффициент, учитывающий добавочные потери (по [1], табл.2.1), остальные - см. выше.

3.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН на одну фазу:

, (23)

Напряжение одного витка:

uв = Uф1 / щ1 = 398/22 = 18,108 В. (24)

Действительная индукция в стержне:

(25)

Ориентировочное количество реек принимаем 8.

Ориентировочное сечение витка:

мм2. (26)

Размер провода по условию охлаждения и допустимых уравнений добавочных потерь:

(27)

где кз = 1,0 ; к1 = 172 - числовой коэффициент для алюминиевого провода; плотность тока в обмотке НН, равная средней плотности тока.

Выбор числа ходов обмотки зависит от заданного осевого размера (высоты) одного витка, определяемого сначала для одноходовой обмотки с учетом транспозиции и радиальных каналов между всеми витками:

см. (28)

Максимально возможный заданный осевой размер витка одноходовой обмотки равен 1,85 см для алюминиевого провода.

Обмотку выбираем винтовую двухходовую, т.к. 2,42 см > 1,85 см.

Принимаем провод сечением 58,5 мм2,

где а = 4,5 мм; b = 13,2 мм - размеры провода без изоляции (см. [1] прил.8),

(29)

(30)

Полное сечение витка: П1 = 16*58,5 = 936 мм2.

Плотность тока

?1 = Iф1/П1 = 1631,642 / 58,5 = 1,743 А/мм2. (31)

hкат1 = b` = 13,7 мм < bmax = 23,71 мм. (32)

Высота (основной размер) обмотки Н.Н.:

(33)

где kу = 0,94-0,96 - коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки; hк1 = 0,46 см - осевой размер (высота);

l1 = 2•1,37 • (22 + 1) + 0,955 • (0,46 • 22 + 0,1*(22+1)) = 74,881 см;

Вывод: : 74,881 ? 74,881.

Радиальный размер обмотки Н.Н.:

а1 = 16/2 а`1 = 16/2 • 0,5 = 4 см; (34)

Внутренний диаметр обмотки Н.Н.:

D`1 = dH + 2a01 = 28 + 2 • 1,5 = 31 см. (35)

Внешний диаметр обмотки Н.Н.:

D``1 = D`1 + 2a1 = 31 + 2 • 4 = 39 см. (36)

Определим плотность теплового потока q, Вт/м2, причем, его значение не должно превышать допустимого , qдоп = 1200 Вт/м2:

, (37)

где k = 344•10-10, kд1 = 1,05 - коэффициент, учитывающий добавочные потери;

kз - коэффициент закрытия охлаждаемой поверхности изоляцией.

3.2 Расчет обмотки ВН

В обмотке ВН выполняют ответвления для регулирования напряжения путем переключения без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток от сети. В ГОСТе предусмотрено пять ответвлений на +5%, 2,5%, 0%, -2,5%, -5% от номинального напряжения. Согласно [1], для непрерывной спиральной катушечной обмотки, применяемой как на ВН, так и на НН, чаще всего используют схему выполнения регулировочных ответвлений, представленную на рис. 2.

Рисунок 2 - Схема выполнения регулировочных ответвлений

Расчет обмотки начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения и напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

(38)

Число витков на одной ступени регулирования:

витков. (39)

Число витков на ответвлениях +5%, 2,5%, 0%,-2,5%,-5%:

;

;

;

;

.

Предварительная плотность тока в обмотке ВН:

?2 = 2?ср - ?1 = 2•1,715 - 1,743 = 1,688 А/мм2. (40)

Предварительное сечение провода обмотки ВН:

мм2. (41)

Размер провода по условию охлаждения и допустимых уравнений добавочных потерь:

(42)

где кз = 1,0 ; к1 = 172 - числовой коэффициент для алюминиевого провода; плотность тока в обмотке ВН.

Принимаем провод сечением 18,7 мм2,

где а = 1,8 мм; b = 10,6 мм - размеры провода без изоляции (см. [1] прил.8),

(43)

(44)

Полное сечение витка: П2 = 18,7 мм2.

Плотность тока

?2 = Iф2/П2 = 32,5 / 18,7 = 1,738 А/мм2. (45)

Высота катушки обмотки:

hкат2 = b` = 11,1 мм < bmax = 24,499 мм. (46)



Ориентированное число катушек на одном стрежне (каналы сделаны между всеми катушками):

nкат2 = (l1 + hk) / (hкат2 + hk), (47)

где l1 = l - 1 = 74,881 - 1 = 73,881 см, (l - см. выше); hk = 0,44 см размер канала охлаждения (из пределов 0,4-0,6);

nкат2 = (73,881 + 0,44)/(1,11 + 0,44) = 47,949;

примем nкат1 = 48 - ближайшее целое четное число.

Ориентированное число витков в катушке:

. (48)

примем реальное число витков в катушке ВН.

Высота (основной размер) обмотки ВН с каналами между всеми катушками:

l1 = b` • nкат2 + k•(hk(nкат2-2)+hкр2), (49)

где k = 0,94-0,96 = 0,958 - коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки; hк = 0,44 см - осевой размер (высота) радиального канала (из пределов 0,4 - 0,6); - высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных катушек, от 0,8 до 1,2 см.

l1 = 1,11 • 48 + 0,958 • (0,44•(48 - 2)+0,8) = 73,877 см;

Вывод: : 73,877+1 ? 74,881.

Радиальный размер обмотки Н.Н.:

а2 = а`•щкат2 = 0,23 • 23 = 5,29 см; (50)

Число витков обмотки НН (общее):

(51)

Определим плотность теплового потока q, Вт/м2, причем, его значение не должно превышать допустимого, qдоп = 1200 Вт/м2:

, (52)

где k = 344•10-10 Ом•м2 - для алюминия, kд1з = 1,05 - коэффициент, учитывающий добавочные потери; kз = 0,75 - коэффициент закрытия охлаждаемой поверхности изоляцией.

Внутренний диаметр обмотки ВН:

D`2 = D``1 + 2a12 = 39 + 2 • 2,0 = 43 см, (53)

где D``1 - наружный диаметр обмотки НН, см.

Внешний диаметр обмотки ВН:

D``2 = D`2 + 2a2 = 43 + 2 • 5,29 = 53,58 см. (54)



4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Для определения потерь короткого замыкания Рк выполним ряд промежуточных вычислений.

Определим средние диаметры:

Dс1 = (D`1 + D``1)/2 = (31+39) = 35 см; (55)

Dс2 = (D`2 + D``2)/2 = (43+53,58)/2 = 48,29 см. (56)

Определим массу металла обмоток ВН и НН:

G01 = Dc1К1 П1 = 35,0•10-2 25410 22 93610-6 = 177,641 кг; (57)

G02 = Dc2 К2н П2 = 48,29•10-2 25410 1104 18,7 10-6 = 245,722 кг, (58)

где К = 25410 - для алюминия, остальные параметры - см. выше.

Определим основные потери в обмотках НН и ВН:

Р01 = К12G01 = 12,75•10-12(1,743)2•1012177,641/1000 = 6,883 кВт; (59)

Р02 = К22G02 = 12,75•10-12(1,738)2•1012245,722/1000 = 9,463 кВт; (60)

К = 12,75•10-12 - для алюминия.

Вычислим коэффициент добавочных потерь для обмотки НН из прямоугольного провода:



, (61)

где Кр = 0,93 - 0,98 - коэффициент приведения поля рассеяния; m - число проводников в осевом направлении;= 1,85 см - осевой размер провода.

;

Вычислим коэффициент добавочных потерь для обмотки ВН из прямоугольного провода:

, (62)

где Кр = 0,93 - 0,98 - коэффициент приведения поля рассеяния; m - число проводников в осевом направлении; = 1,11 см - осевой размер провода.

.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотках НН и ВН соответственно:

Кд1 = 1 + 12 n12 aпр14 К = 1 + (0,730)2220,540,037 = 1,000, (63)

Кд2 = 1 + 22 n22 aпр24 К = 1 + (0,676)22320,2340,037 = 1,025, (64)



где , - размеры прямоугольного провода в радиальном направлении;

К - числовой коэффициент, для алюминиевого провода:

К = 0,037.

Определим длины отводов соединений:

см; (65)

см; (66)

Масса металла отводов:

Gотв1 = кг; (67)

Gотв2 = кг, (68)

где - плотность алюминия.

Потери в отводах:

Ротв1 = К12Gотв1 = 12,75•10-12(1,743)2•101214,193/1000 = 1,596 кВт; (69)

Ротв2 = К22Gотв2 = 12,75•10-12(1,738)2•10120,529/1000 = 0,059 кВт, (70)

где К = 12,75 - для алюминия.

Потери в баке и других частях конструкций:

Рб = КSн = 0,31950/1000 = 0,585 кВт, (71)

К - числовой коэффициент [1].

Определим суммарные потери в трансформаторе, причем полученное значение Рк должно быть в пределах Рк 5 %:

Рк = Р01Кg1 + Р02Кg2 + Ротв1+ Ротв2+Рд = 6,883•1,000 + 9,463•1,025 +

+ 1,596 + 0,059 + 0,585 = 18,825 кВт. (72)

. (73)

Отклонение в пределах допустимого (5%).

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Напряжением короткого замыкания Uк двухобмоточного трансформатора называют напряжение, которое следует подвести к одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель ПБВ должен находиться в положении, соответствующем номинальному напряжению.

Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжения в трансформаторе при нагрузке, его внешнюю характеристику и ток короткого замыкания.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

, (74)

где Рк3 - расчетное значение мощности к.з. (см. выше), SH - номинальная мощность трансформатора.

Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов.

Числовой коэффициент

(75)

где высота обмоток (l = 74,881 см) (см. выше); - средний диаметр канала между обмотками:

(76)

.

Ширина приведенного канала рассеяния:

, (77)

где а1, а2 - радиальные размеры обмоток, см, из расчета обмоток НН и ВН; а12 - ширина канала между обмотками, принимаемая по [1].

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального:

, (78)

где числовой коэффициент

; (79)

.

Расчетный размер , определяющий различие по высоте обмоток НН и ВН, зависит от типа обмотки ВН и схемы регулирования напряжения. При вычислении считается, что трансформатор работает на средней ступени регулирования напряжения ВН.

В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки расположены в середине высоты обмотки ВН и в этом случае

. (80)

Следовательно, коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН равен:

(81)

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

(82)

где - частота сети; номинальная мощность одной фазы трансформатора; напряжение одного витка; остальные числовые коэффициенты - см. выше.

Напряжение короткого замыкания:

(83)



Отклонение напряжения короткого замыкания от заданного значения, указанного в задании:

(84)

Расчетное значение находится в пределах допустимого, так как отклонение менее 5 %.



5. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН:

, (86)

где номинальный фазный ток соответствующей обмотки; напряжение короткого замыкания.

В начальный момент ток короткого замыкания за счет апериодической составляющей может значительно превысить установившийся. При этом максимальное мгновенное значение тока короткого замыкания:

, (87)

где КМ - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

(88)

Рисунок 3 - Направление сил

Согласно направлению токов (рис.3) и правилу левой руки, механические силы FР , обусловленные продольным полем рассеяния, будут действовать на обмотки в радиально-противоположных направлениях, сжимая обмотку НН и растягивая обмотку ВН.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН:

, (89)

где - число витков обмотки ВН; средний диаметр обмотки ВН; осевой размер (высота) обмотки ВН; КР - коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального - см. выше.

Радиальная сила, действующая на обмотку НН, будет равна силе FР, действующей на обмотку ВН, но противоположного направления.

Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, вызывает механические силы , сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу находим по формуле:

, (90)

где ширина приведенного канала.

Схема расположения обмоток для случая, когда присутствует дополнительная осевая сила от второго поперечного поля представлена на рис.4.

Дополнительная осевая сила:

(91)

Здесь расстояние от сердечника магнитопровода до стенки бака трансформатора:

(92)

. (93)

Рисунок 4 - Направления сил обмоток



Осевые сжимающие силы воспринимаются обычно межкатушечными и опорными прокладками из электроизоляционного картона. Ширину таких прокладок принимаем 50 мм, длину берем равную радиальному размеру обмотки.

Сжимающие силы:

(94)

(95)

Для оценки механической прочности обмотки вычислим напряжение сжатия в прокладках межкатушечной (межвитковой) и опорной изоляции и напряжение на разрыв обмотки.

Напряжение сжатия на опорных поверхностях:

сж1 = Fсж1/(na1b1); (96)

сж2 = Fсж2/(na2b2), (97)

где n = 12 число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек; а -радиальный размер обмотки (a1 = 0,5 см; a2 = 0,23 см; b = 40 ч 60 мм - ширина прокладки.

сж1 = Fсж1/(na1b1) = 147774.161 / (120,50050) = 12.389 МПа;

сж2 = Fсж2/(na2b2) = 147774.161 / (120,23050) = 19.062 МПа,

Напряжение сжатия сж1 < д; сж2 < д; где д - допустимое значение д -18ч20 МПа.

Определим усилие, разрывающее обмотку:

F = Fp/(2) = 2023082.596 / (23,14) = 321983.595 Н. (98)

Напряжение на разрыв

р = F/(2nП2 ) = 321983.595 / (110418,7) = 21,596 МПа. (99)

Расчет значения р меньше допустимого р = 22 ч 25 МПа (для трансформаторов мощностью до 6300 кВА при применении алюминиевых обмоток).

Температура обмотки, 0С, через tk секунд после возникновения К.З.

, (100)

где плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм2.

К = 5,5 - коэффициент для алюминиевых обмоток;

начальная температура обмотки;

tk - длительность короткого замыкания принимают примерно равной 5 с.

Полученное значение не превышает допустимой для алюминиевой проволоки температуры идоп = 200оС.



6. Расчет магнитной системы трансформатора

6.1 Определение размеров магнитной системы

При расчете магнитной системы определяют размеры пакетов и активные сечения стержня и ярма, высоту стержня, расстояние между осями стержней, массу стержней, ярм и всего магнитопровода. По результатам расчета магнитной системы определяют потери в стали и ток холостого хода.

Принимаем стержень без прессующей пластины. Стержни прессуем при помощи деревянных клиньев, забиваемых в пространство между ступенчатым стержнем и обмоткой НН.

Для диаметра стержня dH = 28 см выбираем по [1], прил.12.1 размеры магнитной системы (табл.1 и табл.2).

Таблица 1

а	270	250	230	215	195	175	135	105
b	37	26	17	9	11	9	13	7

Таблица 2

а	270	250	230	215	195	175	135
b	37	26	17	9	11	9	20

Площади поперечного сечения стержня и ярма находим по [1], прил.6:

Активное сечения стержня и ярма (при коэффициенте КЗ = 0,96):

ПС = КЗ•ПфС = 0,96 • 570,9 = 548,064 см2; (101)

ПЯ = КЗ•ПфЯ = 0,96• 591,1 = 567,456 см2. (102)

Длина стержня трансформатора:

lC = l2 + 2•l02, (103)

где l2 - высота обмоток, l01, l02 - расстояние от обмотки НН и ВН до ярма.

lC = 74,881 + 2•5 = 84,881 см.

Расстояние между осями соседних стержней:

С = D``2 + a22 , (104)

где а22 = 2,0 см - расстояние между обмотками ВН соседних стержней; D``2 = 53,58 см - внешний диаметр обмотки ВН.

С = 53,58 + 2 = 55,58 см;

Масса стали угла магнитной системы:

Gу=Кз•Vy•гст (105)

где гст = 7650 кг/м3 - плотность холоднокатаной стали; Vy - объем угла магнитной системы ([1], прил.6).

Gу = 0,96•13738•10-6•7650 = 100,892 кг.

Масса стали ярм трехфазного стержневого трансформатора с плоской магнитной системой:



Gя=2•(2•С•Пя•гст•10-6+ Gy), (106)

где С, ПЯ ,гст ,Gу - см. выше.

Gя=2•(2•55,58•567,456•7650•10-6+ 100,892) = 1166,883 кг.

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма:

Gc = 3•(Пс•гст(lc+aя1)•10-6 - Gу) =

= 3•(548,064•7650(84,881+27)10-6 - 100,892) = 1104,576 кг. (107)

Полная масса магнитной системы:

G = Gя+Gс = 1166,883+1104,576 = 2271,459 кг. (108)

6.2 Определение потерь холостого хода

Потери холостого хода трансформатора Р0 складываются из магнитных потерь (гистерезис, вихревые токи) в магнитопроводе, потерь в стальных элементах конструкции трансформатора от потоков рассеяния, электрических потерь в первичной обмотке от тока холостого хода и диэлектрических потерь в изоляции.

Магнитные потери составляют основную часть потерь холостого хода и рассчитывают их по экспериментально установленным зависимостям между индукцией магнитного поля и удельными потерями в стали (Вт/кг) при частоте 50 Гц.

Индукции в стержне ВС и ярме ВЯ , для установленных значений ПС и ПЯ будут:



(109)

(110)

Здесь ЭДС одного витка из расчета обмоток (см. выше); f = 50 Гц;

ПС, ПЯ, см2 - сечения стержня и ярма соответственно.

Удельные потери с, Вт/кг в холоднокатанной текстурованной стали 3405 в зависимости от индукции определяем по [1] табл.4.1:

Применим при сборке магнитной системы число косых стыков - 5, число прямых - 1. Тогда коэффициент Куп = 9,74 (по [1], табл.4.2).

Резка стальных пластин, закатка или срезание заусенцев после резки, опрессовка стержней и ярм при сборке магнитопровода, расшихтовка и зашихтовка верхнего ярма для насадки обмоток на стержни приводят к увеличению потерь в стали. Общее увеличение потерь из-за технологических факторов может быть учтено коэффициентом Кпq. Применение отжига пластин после их резки и закатки заусенцев приводит к уменьшению добавочных потерь. В этом случае коэффициент Кпq =1,15.

Потери холостого хода в плоской магнитной системе стержневого типа:

, (111)

где все величины - см. выше в этом и предыдущем пункте.

Потери холостого хода не превышают допустимые 7,5% по ГОСТ:

6.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Ток в первичной обмотке трансформатора, протекающий при холостом ходе, называют током холостого хода.

Активная составляющая тока холостого хода зависит от потерь холостого хода:

, (112)

где - см. выше; - номинальная мощность трансформатора.

Реактивную составляющую тока холостого хода определяют по намагничивающей мощности трансформатора . Для этого магнитную систему делят на четыре участка: стержни; ярма, за исключением углов магнитопровода; углы и немагнитные зазоры в местах стыков пластин стали стержней и ярма.

Намагничивающая мощность равна сумме намагничивающих мощностей всех участков с учетом следующих дополнительных коэффициентов:

1. - коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3404, 3405 с отжигом пластин .

2. - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярма магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхней части ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ•А .

3. - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы ([1], табл. 4.4), .

4. - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета стержня или ярма ([1], табл. 4.5), .

Для косых стыков индукцию и сечение немагнитного зазора определяем соответственно:

(113)

(114)



где - сечение стержня (см. выше).

Полная намагничивающая мощность

(115)

где , ? удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярма, определяются по [1], табл. 4.6 для индукций и соответственно; , - число прямых (1 шт.) и косых (5 шт.) стыков пластин стали ярма и стержней (см. [1], табл. 4.4, рис.4.3, б); , - удельные намагничивающие мощности для зазоров, определяются по [1], табл. 4.6 по индукциям в прямых и (см. выше); , (см. выше) - площади зазоров (стыков) для прямых и косых стыков соответственно.

Реактивная составляющая тока холостого хода:

(116)

Полный ток холостого хода:

(117)

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданное в пределах ГОСТ - 15% = 1,3 %:

(118)

Коэффициент полезного действия трансформатора:

. (119)



7. Тепловой расчет трансформатора

7.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний теплоперепад в изоляции одного провода:

и0 = q?д/лиз, (120)

где q - плотность теплового потока на поверхности рассматриваемой обмотки (из расчета обмоток):

д - толщина изоляции провода на одну сторону; д1 = 0,25 мм;

лиз = 0,17 Вт/мм 0С - теплопроводность изоляции провода (для кабельной бумаги в масле).

и01 = (1031,813•0,25/0,17)•10-3 = 1,517 0С;

и02 = (748,096•0,25/0,17)•10-3 = 1,100 0С;

Среднее значение внутреннего теплоперепад:

иср01 = 2/3 и01= 1,012 оС;

иср02 = 2/3 и02 = 0,733 оС.

Отношение ширины радиальных потоков:

h`k1 = hk1/a1 = 0,48/ 4 = 0,115, (121)

h`k2 = hk2/a2 = 0,45/ 5,29 = 0,085. (122)

Перепад температуры на поверхности обмоток (катушечной) НН:

иом1 = 0,35•К1•К2•q0.6, (123)

где К1, К2 - коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины радиального охлаждающего канала h`k (определяем по [1], табл.5.1) К1 = 1,1; К2 = 1,0 - для НН; К1 = 1,0; К2 = 1,05 - для ВН.

иом1= 0,35•1,1•1,0•(1031,813)0,6 = 24,753 оС,

иом2= 0,35•1,0•1,05•(748,096)0,6 = 19,482 оС.

Среднее превышение температуры над средней температурой охлаждающего масла:

иом ср= иоср+иом; (124)

иом ср1 = 1,012 + 24,753 = 25,764 оС.

иом ср2 = 0,733 + 19,482 = 20,215 оС.

7.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Определим длину А и ширину В бака:

А = 2•С + D``2 + 2•S5; (125)

В = D``2+S1+S2+d1+S3+S4+d2, (126)

где изоляционные расстояния (по [1], табл.5.3):

S1 = 5 см; d1 = 2,0 см;

S2 = S3 = S4 = 5 см; d2 = d1 = 2,0 см; S5 = 8.4 см;

С = 55,58 см; D``2 = 53,58 см.

А = 2•55,58+53,58+2•8,4 = 181,54 см;

В = 53,58+5+5+2,0+5+5+2,0 = 77,580 см.

Высота активной части:

Hак = lc+2a1я+n; (127)

lc = 84,881 см; a1я = 27 см - высота ярма; n = 5 см - подкладка под нижнее ярмо.

Hач = 84,881+2•27+5 = 143,881 см.

Глубина бака:

H = Haч + Hяк, (128)

где Hяк = 30 см - расстояние от верхнего ярма до крышки бака (по [1],табл.5.4);

Н = 143,881 + 30 = 173,881 см.

Длительное превышение температуры обмотки под воздухом при номинальной нагрузке принимаем 65оС, потому среднее превышение температуры масла над воздухом должно быть не больше:

(129)

среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:



(130)

значение должно удовлетворять неравенству:

1,2•(+) ? 60оС;

1,2•(33,236+6) = 47,083 ? 60 оС - неравенство выполняется.

Необходимая поверхность конвекции:

(131)

где - потери короткого замыкания и холостого хода трансформатора.

Фактическая поверхность конвекции гладкого бака с учетом его свободной от изоляторов части крышки:

Пк.гл= (2 (А - В) + р В) Н • 10-4 + 0,5 ПКР. (132)

где поверхность конвекции крышки:

ПКР=((А-В)В+В2•р/4)10-4=((181,54-77,580)•77,580+77,5802р/4)10-4=1,279 м2. (133)

Пк.гл = (2(181,54-77,580)+ р•77,580)•173,881•10-4 + 0,5•1,279 = 8,493 м2.



Принимаем бак с охлаждающими трубами (параметры труб - в табл.3)

Таблица 3 - Параметры труб

Форма трубы	Число рядов труб	Пм поверхность 1 метра трубы, м2	Шаг, мм	Толщина стенки, мм	Поперечное сечение в свету, мм2	Радиус изгиба, мм	Масса 1м, кг
			Между рядами tp	В ряду tT				Металла	Масла в трубе
Овальная 72х20	3	0,16	100	50	1,5	890	188	1,82	0,79

Рисунок 6 - Элементы бака с охлаждающими трубами

Минимальные расстояния между осями труб от дна до крышки бака:

расстояния с=9см, e=10см.

Расстояния между осями труб на стенке бака, см:

(134)

Развернутая длина труб в каждом ряду, см:

(135)

Необходимая поверхность конвекции труб, м2:

. (136)

Необходимая реальная поверхность труб, м2:

, (137)

где Кф=1,302 - коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи путем конвекции с помощью труб по сравнению с вертикальной стенкой бака.

Необходимая общая длина всех труб (овальных), м:

. (138)

Число труб в каждом ряду:

, (139)

округляем до ближайшего чётного числа: 78.

Шаг труб в ряду, м:

. (140)

Фактическая поверхность труб, м2:

. (141)

.

Фактическая поверхность конвекции бака с трубами, м2:

. (142)

Фактическая поверхность излучения бака с трубами, м2:

. (143)

7.3 Расчет превышения температуры

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:

(144)

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над стеной:

(145)

Превышение температуры масла в верхних слоях над окружающим воздухом:

= 1,2(+) = 1,2(22,383+4,301) = 32,021 оС; (146)

Превышение температуры обмотки над окружающим воздухом:

, (147)

Полученные значения соответствуют неравенствам:

? 65 оС; (148)

? 60 оС. (149)



Список использованных источников

Э. Н. Подборский. Проектирование трансформаторов: учебное пособие. Красноярск: СФУ, 2010.

Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. - М.: Энергия, 1976.

Яныгин Б. Г. Проектирование трансформатора. - Красноярск, 1983.

Размещено на Allbest.ru