Трансформатор ТМ 1600/35

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Трансформатор ТМ 1600/35

Разработал

Руководитель проекта

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора со следующими данными:

1 Тип трансформатора ТМ 1600/35

2 Число фаз 3

3 Частота 50 Гц

4 Номинальная мощность 1600 кВА

5 Номинальное напряжение обмотки ВН 35000 В

6 Номинальное напряжение обмотки НН 690 В

7 Схемы и группа соединения обмоток Y/Yн-0

8 Система охлаждения - естественное масляное.

9 Режим работы - длительная нагрузка.

10 Установка наружная

Параметры трансформатора

1 Потери холостого хода 2750 Вт

2 Потери короткого замыкания 18000 Вт

3 Напряжение короткого замыкания 6,5 %

4 Ток холостого хода 1,3 %

Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов: ГОСТ 11677-85; ГОСТ 12022-76; ГОСТ 11920-85.

Дополнительные условия

1 Сталь электротехническая марки 3404

2 Обмотка из алюминиевого провода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1 Расчет основных электрических величин трансформатора
• 2 Расчет основных размеров трансформатора
• 2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы
• 2.2 Выбор материала и конструкции обмотки
• 2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток
• 2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток
• 3 Расчет обмоток НН и ВН
• 3.1 Расчет обмоток НН
• 3.1.1 Расчет двухходовой винтовой обмотки
• 3.2 Расчет обмоток ВН
• 3.2.1 Расчет непрерывно катушечной обмотки
• 4 Определение параметров короткого замыкания
• 4.1 Определение потерь короткого замыкания
• 4.2 Расчет напряжения короткого замыкания
• 4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании
• 5 Расчет магнитной системы трансформатора
• 5.1 Определение размеров и массы магнитной системы
• 5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора
• 5.3 Определение тока холостого хода трансформатора
• 6 Тепловой расчет трансформатора
• 6.1 Тепловой расчет обмоток
• 6.2 Тепловой расчет бака трансформатора
• 6.2.1 Бак с навесными радиаторами
• 6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла
• Список литературы

Введение

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство с двумя или большим числом индукционно связанных обмоток, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Трансформаторное оборудование в значительной степени определяет качество и надежность электроснабжения. Генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают электрическую энергию при напряжении 6-35 кВ. При таких напряжениях передача электроэнергии больших мощностей на значительные расстояния практический невозможна вследствие больших потерь в линиях электропередач. Трансформатор, повышая напряжение, пропорционально уменьшает силу тока, поэтому передаваемая мощность остается без изменения, а потери (IR2) в проводах ЛЭП резко уменьшаются.

В данном проекте представлены основные этапы проектирования силового масляного трансформатора общего назначения с плоской магнитной системой и регулированием напряжения при полном отключении трансформатора от сети.

К силовым трансформаторам предъявляют жесткие технико-экономические требования вследствие их особой роли в процессе передачи электроэнергии изучение, которого обязательно для данной специальности. Экономические показатели трансформаторов в эксплуатации определяются потерями мощности холостого хода и короткого замыкания, регламентированными ГОСТ. Заданные потери можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; использовании современных магнитных, проводниковых и изоляционных материалов; грамотном выборе удельных нагрузок активных материалов.

Проектирование трансформатора включает в себя электромагнитный и тепловой расчеты, разработку конструкции по результатам расчетов. В курсовом проекте приведены методики расчета, описание основных этапов инженерного проектирования силовых трансформаторов, материалов используемых в трансформаторостроении. Эти данные позволяют уяснить влияние основных размеров, электромагнитных нагрузок, свойств применяемых активных материалов на технические характеристики трансформатора. Разработка конструкции требует изучения систем охлаждения и очистки масла; приборов сигнализации, защиты и других вспомогательных устройств масляных трансформаторов.

1 Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВ·А,

,

где SH - номинальная полная мощность, кВ·А;

т - число фаз трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформа-тора, А,

,

где UВH, UНH - номинальные линейные напряжение обмоток, кВ, SH в кВ·А.

Фазные токи, А, напряжения, В, для обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в "звезду",

, ,

, ,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

,

где PK - потери короткого замыкания, Вт;

SH - номинальная полная мощность трансформатора, кВ·А.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (uk заданном), %,

.

Таблица 1.1 - Испытательные напряжения для силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ	До 1	35
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	1,2	40,5
Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп, кВ	5,0	85

2 Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35 и коэффициентом заполнения стали kЗ = 0,97.

План шихтовки магнитопровода указан на рисунке 2.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Схема шихтовки магнитопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Основные размеры трансформатора, мм

По таблице 2.1 определяем число ступеней и коэффициент заполнения сталью kКР.

Таблица 2.1 - Диаметр, число ступеней и коэффициент заполнения стержня

Мощность трансформатора SH, кВ·А	Ориентировочный диаметр стержня d, м	Без прессующей пластины
		Число ступеней	kКР
1600	0,25 - 0,29	8	0,928

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

.

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора, Тл, ВС = 1,6.

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

Для обмотки трансформатора используем провод марки АПБ, изолированный лентами кабельной бумаги класса нагревостойкости А (105 єС).

В соответствии с номинальной мощностью, напряжением и током одного стержня выбираем типы обмоток НН и ВН.

Из-за большого номинального тока в обмотке НН используем двухходовую винтовую обмотку. Для НН выбираем непрерывную катушечную обмотку.

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 - Главная изоляция обмоток ВН и НН

Таблица 2.2 - Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение ВН Uисп, кВ	ВН от ярма, мм	Между ВН и НН, мм	Выступ цилиндра lЦ2, мм	Между ВН и ВН, мм
		l02	дш	а12	д12		а22	д22
1600	85,0	75	2	27	5	50	30	3

Таблица 2.3 - Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение НН Uисп, кВ	НН от ярма l01, мм	НН от стержня, мм
			д01	аЦ1	а01	lЦ1
1600	5,0	75	4	6	15	18

Толщина нормальной витковой изоляции провода прямоугольного сечения марки АПБ при испытательном напряжении Uисп = 5 - 85 кВ 2д = 0,45 (0,5) мм.

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

.

Здесь а12 - изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН; второе слагаемое - суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН, мм,

где S / - мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

k - коэффициент, принятый за 0,63,

Коэффициент в - отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки,

.

Диаметр стержня предварительно, м,

.

Здесь S / - мощность трансформатора на один стержень, кВ·А; аP - ширина приведенного канала, мм; коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному kP = 0,95; частота сети f = 50 Гц ; иP - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; ВC - индукция в стержне, Тл; kC - коэффициент заполнения сталью площади круга.

Ближайший нормализованный диаметр dH = 0,26 м.

Определяем коэффициент вH, соответствующий выбранному диаметру dH,

вH находится в допустимых пределах.

Средний диаметр канала между обмотками предварительно, м,

.

Здесь диаметр dH в м; а01 и а02 - минимальные изоляционные промежутки в мм; радиальный размер обмотки НН предварительно, мм,

.

Высота обмоток предварительно, м,

.

Активное сечение стержня (чистое сечение стали), м2,

.

3 Расчет обмоток НН и ВН

Электродвижущая сила одного витка, В,

.

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм2,

.

Здесь коэффициент С1 = 0,463 для обмоток из алюминиевого провода;

kД - коэффициент, учитывающий добавочные потери (0,9); РK - потери короткого замыкания, Вт; иВ - напряжение одного, В; SH - номинальная мощность трансформатора, кВ·А; d12 в м;

Значение JCP находится в пределах 1,5 - 2,6 А/мм2.

Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, мм2,

.

.

3.1 Расчет обмоток НН

Число витков одной фазы обмотки НН,

.

Здесь UФ1 - номинальное фазное напряжение обмотки НН, В; f - частота напряжения сети, равная 50 Гц; BC - индукция в стержне в Тл; ПC - площадь сечения стержня в м2.

Полученное значение w1 округляют до ближайшего целого числа. Для получения заданного значения напряжения короткого замыкания и других параметров задаём число витков обмотки

Находим напряжение (ЭДС) одного витка, В,

и действительную индукцию в стержне, Тл,

.

3.1.1 Расчет двухходовой винтовой обмотки

Осевой размер (высота) одного витка двухходовой обмотки с радиальными каналами, мм,

.

Здесь высота обмотки l1 в м; hK - осевой размер охлаждающего канала между витками, мм. Обычно hK = 0,1·а1, но не менее 4 мм.

Превышает максимальный размер провода, используем двухходовую обмотку.

Минимальное число параллельных проводов в двухходовой обмотке - восемь. Сечения провода выбирают с учетом возможности размещения его по высоте витка и охлаждения обмотки при допустимом уровне добавочных потерь. В обмотках с радиальными охлаждающими каналами между всеми витками и ходами значение большего из двух размеров провода прямоугольного сечения b, мм для одноходовой обмотки:

.

Здесь hK1 - осевой размер охлаждающего канала, мм; 2д - двусторонняя толщина изоляции провода в мм. По условиям охлаждения при допустимом уровне добавочных потерь размер провода b, мм,

, , .

Здесь kЗ - коэффициент, учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки; для винтовых обмоток kЗ = 1,0; q - плотность теплового потока, не должна превышать 1400 Вт/м2; числовой коэффициент k2 = 17,2 для алюминиевого провода; JCP - плотность тока в обмотке, А/мм2.

Радиальный размер a1 обмотки, мм,

Здесь a / - меньший размер провода, мм; nB1 - число параллельных проводов витка; nX - число ходов обмотки =2.

Предельное значение радиального размера обмотки определяют из условия охлаждения, мм,

, ,

Размеры провода, мм,

АПБ

Полное сечение витка обмотки, мм2,

где ППР - сечение одного провода, мм2;

Реальная плотность тока в обмотке, А/мм2,

Осевой размер (высота) , м, опрессованной после сушки трансформатора двухходовой обмотки без канала между ходами,

Здесь коэффициент k = (0,94 - 0,96) учитывает усадку межкатушечных прокладок после сушки и опресовки обмотки.

Полученный результат не превышает более чем на 7% предварительно рассчитанное значение l1.

Внутренний диаметр обмотки, м,

,

где dН - нормализованный диаметр стержня в м;

а01 - ширина канала между обмоткой и стержнем в мм.

Наружный диаметр обмотки, м,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м2, на поверхности двухоходовой обмотки с без каналов между ходами,

.

Здесь коэффициент k1 = 17,2; J1 - реальная плотность тока в обмотке НН в А/мм2; IФ1 - фазный ток обмотки НН в А; число витков в одном ходе wK = 0,5 для двухходовой обмотки; kД - коэффициент, учитывающий добавочные потери (kД = 1,05); kЗ - коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (kЗ = 0,75); а и b -размеры провода без изоляции в мм; а' и b' - размеры провода в изоляции в мм; а1 - радиальный размер обмотки в мм; пВ1 - число параллельных проводов витка; пX - число ходов обмотки.

Полученное значение q не превышает 1100 Вт/м2.

3.2 Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 - Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

Число витков ВН при номинальном напряжении,

.

Число витков на одной ступени регулирования,

.

Число витков обмотки на ответвлениях от номинального напряжения:

+5%	+2,5%	0	-2,5%	-5%
w2н +2wр=1300	w2н +wр=1268	w2н=1268	w2н -wр=1236	w2н -2wр=1204

Предварительно плотность тока в обмотке ВН, А/мм2,

.

Сечение витка обмотки ВН, мм2,

3.2.1 Расчет непрерывно катушечной обмотки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.2 - Устройство обмоток из провода прямоугольного сечения обмотки ВН

По ориентировочному сечению витка П2 и сортаменту провода выбирают провод подходящего сечения или два - четыре одинаковых параллельных провода. Размер провода b, мм, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения, мм,

.

где kЗ - коэффициент закрытия поверхности, примерно равный 1,0; q - предельная плотность теплового потока не более 1400 Вт/м2; k - числовой коэффициент; k = 17,2 для алюминиевого провода; J2 - плотность тока в обмотке, А/мм. Размеры провода, мм,

АПБ.

Полное сечение витка из nB1 параллельных проводов, мм2,

,

где ППР - сечение одного провода таблица 2.4=13,5, мм2;

Реальная плотность тока в обмотке НН, А/мм2,

.

Высота катушки в этой обмотке, мм,

.

Число катушек на одном стержне для катушек с каналами между всеми катушками

.

Здесь осевой размер (высота) канала hK = 4 мм. Значение nкат2 округляют до ближайшего четного числа 98.

Число витков в катушке

.

Так как wр ? wкат2, то число регулировочных катушек 4,

Реальное число витков в основных катушках обмотки (типа В)

.

Высота (осевой размер) l1, м, обмотки: с каналами между всеми катушками

Здесь b/ - размер провода в изоляции, мм; коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 0,94-0,96; hкр - высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных катушек, равная 8, 10, 12 мм для обмоток классов напряжения 6, 10, 35 (20) кВ; толщина шайб дш = 1,0 мм.

Высота l2 ВН не отличается более чем на 5 мм от рассчитанной величины l1.

Радиальный размер обмотки, мм,

.

Здесь а/ - размер провода в изоляции, мм; wосн2 - число витков катушки (В), дополненное до ближайшего целого числа; nв2 - число параллельных проводов в витке.

Внутренний диаметр обмотки ВН, м,

.

Здесь D// - наружный диаметр обмотки НН в м; а12 - минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН, мм.

Наружный диаметр обмотки ВН, м, без экрана,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м2, обмотки,

.

Здесь коэффициент k1 = 17,2; J2 - плотность тока в обмотке ВН в А/мм2;

IФ2 - фазный ток обмотки ВН в А; wосн - число витков в основных катушках;

kД - коэффициент, учитывающий добавочные потери (kД = 1,05); kЗ - коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (kЗ =0,75); b/ - размер провода в изоляции в мм; а2 - радиальный размер обмотки в мм.

Полученное значение q не превышает 1100 Вт/м2.

4 Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр, м, обмоток НН и ВН соответственно:

,

.

Масса металла, кг, обмоток НН и ВН соответственно:

,

,

где k = 25,4 для алюминиевого провода.

Основные потери, Вт, в обмотках НН и ВН соответственно:

,

,

где k = 12,75 для алюминиевого провода.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

Полная масса металла обмоток трансформатора, кг,

.

Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно:

,

.

Здесь bПР - размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм; т - число проводников в осевом направлении обмотки; l - высота обмотки, м; kP = 0,95 - коэффициент приведения поля рассеяния.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН,

,

.

Здесь коэффициент для проводов прямоугольного сечения из алюминия k=0,037; аПР - размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении обмотки, мм; n - число проводников в радиальном направлении обмотки.

Общая длина отводов, м,

. ,

Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг:

,

.

Здесь длина отводов lОТВ в м; сечение ПОТВ в мм; плотность материала обмоток = 2700 кг/м3 для алюминия.

Основные потери, Вт, соответственно в отводах НН и ВН:

,

.

Здесь k = 12,75 для алюминиевых проводов обмоток; плотности тока J1 и J2 в обмотках НН и ВН в А/мм2; масса отводов GОТВ1 и СОТВ2 в кг.

Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт,

,

Полные потери короткого замыкания, Вт,

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

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

где l - наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

d12 - средний диаметр канала между обмотками, м,

.

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

,

где а12 - ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

а1, а2 - радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток,

,

.

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

.

Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

.

Здесь размеры lx и ар в мм; m = 3; l1 - высота обмотки НН, м.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

Напряжение короткого замыкания, %,

.

Значение ик, не отличается от ик в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

,

.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

,

,

где kM - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, НН,

Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, образует механические силы FOC / (рисунок 4.1), сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу FOC /, Н, определяют по формуле

.

Взаимное положение обтекаемых током частей обмоток	Случай F//oc >F/oc
	Обмотка 1	Обмотка 2

Рисунок 4.1 - Схемы сжимающих осевых сил для различных случаев взаимного положения обтекаемых током частей обмоток.

Дополнительная осевая сила F //OC, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

где D//2, - наружный диаметр обмотки ВН в м;

dH - нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S5 - расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке Fсж и действующее на ярмо силы Fя

, ,

, ,

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

,

.

Здесь п - число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 12; а - радиальный размер обмотки, мм; b - ширина опорной прокладки, 40-60 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать уСЖ.Р в алюминиевых более 15 МПа.

Температура обмотки через tК секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

.

Здесь tK - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k - коэффициент, равный 5,5 для алюминиевых проводов обмоток; иH - начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °С. иK ? 200 °С для алюминиевого провода обмоток.

5 Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

Таблица 5.1 Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнито-проводов с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой (при d < 0,22 м) или бандажами из стеклоленты. Обозначения: d - диаметр стержня, аЯ - ширина крайнего наружного пакета ярма; nC и nЯ - число ступеней в сечениях стержня и ярма, kKP - коэффициент заполнения круга для стержней

d,м	Без прессующей пластины	Ярмо	Размеры пакетов aЧb, мм, в стержне
	nC	kKP	nЯ	aЯ	1	2	3	4	5	6	7	8
0,26	8	0,924	6	155	250Ч35	230Ч25	215Ч13	195Ч13	175Ч10	155Ч8	120Ч9	105Ч6

Таблица 5.2 - Площади сечения стержня ПФС, ярма ПФЯ и объем угла VУ шихтованной магнитной системы без прессующей пластины

d, м	Без прессующей пластины
	ПФС, см2	ПФЯ, см2	VУ, см3
0,26	490,6	507,1	10746

Активное сечение стержня ПС и ярма ПЯ, м2,

,

.

Здесь площади сечений ПФС и ПФЯ в см2 по таблице 5.2; kЗ - коэффициент заполнения сталью (kЗ = 0,97).

Длина стержня трансформатора, м,

.

Здесь l2 - высота обмотки ВН, м; I0/, I0// - расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

Расстояние между осями соседних стержней, м,

.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,

,

где VУ - объем угла магнитной системы, см;

УТ = 7650 кг/м3 - плотность трансформаторной стали.

Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг,

,

где С - расстояние между осями стержней, м; ПЯ - сечение ярма в м.

Масса стали стержней, кг,

Здесь ПС - активное сечение стержня, м ; плотность трансформаторной стали СТ = 7650 кг/м3; длина стержня lC в м; а1Я - ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а1С.

Полная масса магнитной системы трансформатора, кг,

.

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35.

Магнитная индукция в стержне ВС и ярме ВЯ,

,

Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт,

Полученное значение потерь холостого хода РХ не превышает заданного более чем на 7,5%.

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Активная составляющая тока холостого хода, %,

.

Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:

1 k/ТД - коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев, с отжигом пластин (k/ТД =1,55).

2 k//ТД - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток (k//ТД =1,07).

3 kТУ - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы kТУ = 41,7.

4 kТПЛ - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы (kТПЛ = 1,5).

Полная намагничивающая мощность, кВ·А,

Здесь GC, GЯ, GУ - массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг; qC, qЯ - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; nЗПР, пЗКОС - число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней; qЗПР, qЗКОС - удельная намагничивающая мощность для зазоров, В·А/м; ПЗПР, ПЗКОС - площадь зазора (стыка) соответственно для прямых и косых стыков, м2.

Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора, м2, в стыке

,

индукция в стыке, Тл,

.

Реактивная составляющая тока холостого хода, %,

.

Полный ток холостого хода, %,

.

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.,

,

6 Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С,

,

.

Здесь q - плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; д - толщина изоляции провода на одну сторону, мм; лИЗ - теплопроводность изоляции провода, лИЗ = 0,17 Вт/(м·°С).

Средний внутренний перепад температуры обмотки, °С,

,

.

Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами, °С,

,

.

Здесь k1 - коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k1 = 1,1 для обмоток НН и k1 = 1,0 для обмоток ВН;

k2 - коэффициент, учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла, °С,

,

.

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.

Рисунок 6.1 - Основные размеры бака, мм

S1 - изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S2 от этого отвода до стенки бака, S1 = 50 мм;

d1 - диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 35 кВ включительно, d1 = 20 мм при мощностях до 10000 кВ·А;

S3 - изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S3 = 50 мм;

d2 - диаметр изолированного отвода обмотки НН, d2 = 20 мм;

S4 - изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, S4 = 50 мм;

S5 - принимают равным S3 при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S5 = S3 + d2 + S4, S5 = 120 мм.

Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6, 10 и 35 кВ (рисунок 6.1), м,

где D2// - наружный диаметр обмотки ВН в м;

С - расстояние между осями стержней в м;

Высота активной части трансформатора, м,

.

Здесь lC - высота стержня магнитопровода, м; hЯ - высота ярма магнитной системы, равная ширине центрального пакета стали ярма а1Я, в м; n - толщина подкладки под нижнее ярмо, в мм (п = 30-50 мм).

Глубину бака, м, определяют по высоте активной части НАЧ и расстоянию НЯК от верхнего ярма до крышки бака (рисунок 6.1),

.

Здесь НАЧ - высота активной части трансформатора м; НЯК - минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, необходимое для установки и крепления вводов, переключателя регулирования напряжения, НЯК = 0,85 м.(при вервертикальной установки переключателя)

Поверхность излучения для овального бака приближенно, м2,

Здесь А, В, Н - размеры бака по рисунку 6.1, м; k - коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 1,5 - 2,0 - для бака с навесными радиаторами.

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом должно быть не более, °С,

,

где иОМСР - большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Среднее превышение температуры бака над воздухом, °С,

.

Полученное значение удовлетворяет неравенству

 °С, °С, 59,6 °С ? 60 °С.

Предварительное значение поверхности конвекции бака, м2,

.

6.2.1 Бак с навесными радиаторами

В трансформаторах мощностью от 100 до 6300 кВ·А используют радиаторы с прямыми вертикальными трубами овального сечения с размерами овала 72Ч20 мм и толщиной стенки трубы 1,5 мм (рисунок 6.2). Эти радиаторы выпускаются с одним рядом труб по 7 труб в ряду и с двумя рядами по 10 труб в ряду.

Таблица 6.2 - Основные данные радиаторов с прямыми трубами

Размер А, м	Поверхность ПКТР, м2	Масса, кг
		стали	масла
С двумя рядами труб
2,2	6,893	89,18	72

ПКК = 0,34 м2 - поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с1 и с2 соответственно 0,085 и 0,10 м.



Рисунок 6.2 - Трубчатый радиатор с прямыми стержнями

При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства

, , .

Определив размер А, следует выбрать радиатор по таблице 6.2 и определить поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки, м2

,

где kФ - коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной, гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами (рисунок 6.2) kФ =1,26.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора, м2,

,

где ПK/ - необходимая поверхность конвекции, м2;

ПКГЛ - поверхность конвекции гладкого бака, м2,

Здесь А, В, Н - размеры бака (рисунок 6.1), м, ПКР - поверхность крышки бака, м2; 0,5 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.

Поверхность крышки, овального бака, м,

.

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов,

.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами, м2,

.

Поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м2,



6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, °С,

,

где РX, РK - потери холостого хода и короткого замыкания, Вт;

ПК, ПИ, - фактические поверхности конвекции и излучения, м2.

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака, °С,

.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С,

.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН, °С,

,

.

Превышения температуры обмоток и масла в верхних слоях над окружающим воздухом согласно ГОСТ 11677-85 не превышают допустимые величины

Список литературы

трансформатор напряжение замыкание изоляция

1. Встовский А.Л. Проектирование трансформаторов: Уч. Пособие / А.Л. Встовский, С.А. Встовский, Л.Ф. Силин ; Красноярск: КГТУ, 2000.- 112 с.

2. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров ; М.: Энергоатомиздат, 1986.- 528с.

3. Аншин В.Ш. Сборка трансформаторов / В.Ш. Аншин , З.И. Худяков ; М.: Высшая школа, 1991.- 288с.

4. Силин Л.Ф. Электрические машины. Конструирование магнитопроводов силовых трансформаторов: Уч. пособие / Л.Ф.Силин, С.И. Мурашкин ; Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2005.- 82 с.

5. Силин Л.Ф. Электромеханика. Вспомогательное оборудование масляных трансформаторов: Уч. пособие/ Л.Ф.Силин, С.И. Мурашкин ; Красноярск: СФУ, ПИ 2007.- 116с.

6. СТО 4.2-07-2012 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной деятельности ; Красноярск, СФУ, 2012. -57с.

Размещено на Allbest.ru