Расчет трансформатора ТЛС-160

Будем исправлять.doc

Проведен расчет сухого трансформатора типа ТЛС-160.
Рассмотрены особенности проектирования сухого трансформатора с обмотками из медного провода плоской трёхстержневой магнитной системой и типом регулирования напряжения ПБВ.
Выполнены сборочный чертёж магнитопровода и чертежи обмоток высокого и низкого напряжения.
Расчет основных электрических велечин4
1 Определение основных параметров5
Расчет основных значений трансформатора7
1 Выбор схемы конструкции и изготовления магнитной системы.7
2 Выбор марки толщины листов стали типа изоляции пластин индукции в магнитной системе.7
3 Предварительный выбор конструкции обмоток7
4 Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток основных размеров с учетом заданных значений8
5 Определение диаметра стержня и высоты обмотки15
Расчет обмоток ВН и НН.16
1 Расчет обмотки НН16
2 Расчет обмотки ВН17
1 Потери короткого замыкания20
2 Расчет напряжения короткого замыкания20
3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании21
4 Температура обмоток через 5 с. После возникновения КЗ22
Расчет магнитной системы23
1 Расчет размеров магнитной системы и массы стали23
Расчет параметров холостого ходаОшибка! Закладка не определена.
1 Расчет потерь холостого хода25
2 Расчет тока холостого хода26
Тепловой расчет и расчет системы охлаждения27
1 Поверочный расчет обмоток27
Электрическая схема замещения трансформатора и определение ее параметров 29
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство имеющее две и более индуктивно связанные обмотки и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электроэнергии на большие расстояния от места ее производства до места ее потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.
Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличения числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов.
Определяя место силового трансформатора в электрической сети следует отметить что по мере удаления от электростанций единичные мощности трансформаторов уменьшаются а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери отнесенные к единице мощности а также цена 1 kBm потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов расходуемых на все силовые трансформаторы вкладываются в наиболее отдаленные части сети то есть в трансформаторы 35 kB и 10 kB.
В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии оплачиваемых по дорогой цене.
К высшей категории относятся трансформаторы технико-экономические показатели которых находятся на уровне лучших мировых достижений или превосходят их. В качестве основных критериев для отнесения трансформаторов к той или иной категории служат: значения потерь XX и КЗ тока XX масса трансформатора отнесенная к единице мощности и другие показатели.
Расчет основных электрических величин
1 Определение основных параметров
1.1 Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора
1.2 Номинальный (линейный) ток обмоток
Низкого напряжения (НН)А
Высокого напряжения (ВН)А
1.3 Фазный ток обмотки одного стержня
Низкого напряжения (НН) Iф нн=23094 А.
Высокого напряжения (ВН) Iф вн = 15396 А.
1.4 Фазное напряжение
Низкого напряжения (НН) кВ
Высокого напряжения (ВН) кВ
1.5 Испытательное напряжение (таблица 4.2):
для обмоток НН UИСП НH=5кB
для обмоток ВН UИСП ВН =16 кB
Для испытательного напряжения обмоток ВН изоляционные расстояния (таблица 4.5):
Для испытательного напряжения обмоток НН изоляционные расстояния (таблица 4.4):
Рис. 1.1 Главная изоляция обмоток ВН и НН
Обмотка ВН при напряжении 6 кВ и токе 15396 А цилиндрическая многослойная из круглого провода.
Обмотка НН при напряжении 04 кВ и токе 23094 А двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода.
1.6 Активная составляющая напряжения короткого замыкания
1.7 Реактивная составляющая короткого замыкания
Расчет основных значений трансформатора
1 Выбор схемы конструкции и изготовления магнитной системы.
Для разрабатываемого трансформатора согласно указаниям §2.1 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему. Стержни и ярма собираем в переплет из плоских пластин как единую цельную конструкцию. Используем шихтовку пластин с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне.
Рис.1.2 - Шихтовка магнитной системы
2 Выбор марки толщины листов стали типа изоляции пластин индукции в магнитной системе.
Стержни магнитной системы прессуются расклиниванием с обмоткой. Материал магнитной системы холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 035 мм. Магнитная индукция в стержне трансформатора В=16 Тл (таблица 2.4). В сечении стержня 8 ступеней коэффициент заполнения круга kкр=0935 (таблица 2.5); изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие kЗ=097 (таблица 2.2).
3 Предварительный выбор конструкции обмоток
Расположение обмоток на стержне трансформатора концентрическое. По форме обмотки выполняются в виде круговых цилиндров в поперечном сечении имеющих форму кольца.
4 Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток основных размеров с учетом заданных значений
4.1 Суммарный приведенный радиальный размер обмоток.
где k=05 (табл. 3.3).
4.2 Ширина приведенного канала рассеяния
4.3 Расчет основных коэффициентов
Коэффициент заполнения круга kKp=0935 (таблица 2.5);
изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие k3=097 (таблица 2.3).
Коэффициент заполнения сталью:
Ярмо многоступенчатое число ступеней 7 коэффициент усиления ярма kя=102 (таблица 2.8). Индукция в ярме . Число зазоров в магнитной системе: на косом стыке - четыре на прямом - три. Индукция в зазоре на прямом стыке В"3=ВС=160 Тл на косом стыке В’3=ВС=1131 Тл.
По таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий добавочные потери в обмотках kd=096 и по таблицам 3.4 3.5 постоянные коэффициенты для медных обмоток а=14; b=04
Принимаем kp=095 (стр. 162). Удельные потери в стали рс=1295 Вткг ря=1242 Вткг (таблица 8.10). Удельная намагничивающая мощность qc= 1775 В Акг qя=1625ВАкг. Удельная намагничивающая мощность для зазоров на прямых стыках qз"=19270 ВАм на косых стыках qз’=2624 ВАм
4.4 Минимальная стоимость активной части трансформатора
Решение этого уравнения дает значение соответствующее минимальной стоимости активной части.
4.5 Предельные значения по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:
Оба полученных значения лежат за пределами обычно применяемых.
4.6одного угла магнитной системы
4.7 Активное сечение стержня
4.8 Площадь зазора на прямом стыке:
Площадь зазора на косом стыке:
4.9 Для магнитной системы потери холостого хода
где kп.д.=112 – коэффициент добавочных потерь(табл. 8.14) ; kп.у.=1018 – коэффициент для различного числа углов с косыми стыками и прямыми стыками(табл. 8.13)
4.10 Полная намагничивающая мощность
где =12 (стр. 396)- для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы; =106; ;
Таблица 1.1- Предварительный расчет трансформатора типа ТЛС-160 с плоской шихтованной магнитной системой и медными обмотками
Рис. 1.3- Изменение массы стали стержней ярм магнитной системы и металла обмоток для трансформатора типа ТЛС-160 с медными обмотками
Рис. 1.4 - Изменение относительной стоимости активной части с изменением для трансформатора типа ТЛС-160 с медными обмотками
Рис. 1.5- Изменение потерь с изменением для трансформатора типа ТЛС-160 с медными обмотками
Рис. 1.6- Изменение тока холостого хода с изменением для трансформатора типа
ТЛС-160 с медными обмотками
5 Определение диаметра стержня и высоты обмотки
Для выбранного значения d и рассчитаем некоторые данные: =24;
5.1 Диаметр стержня
Округляем до ближайшего нормализованного диаметра dН=014 м.
5.2 Средний диаметр обмоток
5.4 Активное сечение стержня
5.6 Расстояние между осями стержней
5.7 ЭДС одного витка
Расчет обмоток ВН и НН.
1 Расчет обмотки НН
1.1 Число витков на одну фазу обмотки
1.2 Уточняем напряжение одного витка
1.3 Средняя плотность тока в обмотках
1.4 Ориентировочное сечение витка
По таблице 5.8 выбираем конструкцию цилиндрической двухслойной обмотки из прямоугольного провода.
По сечению витка по таблице 5.2 выбираем 5 параллельных проводов ПСД сечением
Выбираем двухслойную обмотку для намотки плашмя
Полное сечение витка
1.5 Полученная плотность тока
1.6 Осевой размер витка
1.7 Осевой размер обмотки
1.8 Радиальный размер обмотки
1.9 Внутренний диаметр обмотки
1.10 Наружный диаметр обмотки
1.11 Двухслойная обмотка с каналом между слоями шириной не более (45)мм имеет 4 охлаждаемые поверхности
1.12 Плотность теплового потока на поверхности обмотки
Условие выполняется Втм2 (8001000) (стр. 229)
1.13металла обмотки
2.1 Число витков при номинальном напряжении
2.2 Число витков на одной ступени регулирования
2.3 Предварительная плотность тока
2.4 Предварительное сечение витка
По таблице 5.8 выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.
По таблице 5.1 подбираем провод сечением П2"=353 мм2 диаметрами d=212 мм d’=242 мм
2.5 Полное сечение витка
2.7 Число витков в слое
2.8 Число слоев в обмотке
2.9 Рабочее напряжение двух слоев (6.40)
По рабочему напряжению двух слоев (таблица 4.7) выбираем междуслойную изоляцию материалом которой является кабельная бумага толщиной . Число слоев бумаги-3. Выступ межслойной изоляции на торцах в одну сторону — 16 мм.
2.10 Радиальный размер обмотки с одной катушкой без экрана
2.11 Внутренний диаметр обмотки
2.13 Наружный диаметр обмотки
2.14 Полная охлаждающая поверхность
Рис. 3.1. Вариант выполнения многослойной цилиндрической обмотки: обмотка ВН на цилиндре с каналом
2.15 Средний диаметр обмотки
2.16 Плотность теплового потока на поверхности обмотки
2.17 металла обмотки
кг 4. Определение параметров короткого замыкания
1 Потери короткого замыкания
1.2 Добавочные потери в обмотке НН
1.3 Добавочные потери в обмотке ВН
1.4 Полные потери при коротком замыкании
2 Расчет напряжения короткого замыкания
2.1 Активная составляющая UK3
2.2 Реактивная составляющая UK3
2.4 Установившийся ток КЗ на обмотке ВН
где SK=500 (таблица 7.2).
2.5 Мгновенное максимальное значение тока КЗ (таблица 7.3)
3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании
3.2 Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН
3.3 Средние растягивающие напряжения в обмотке ВН
3.4Осевые силы в обмотках
k – коэффициент осевой силы.
3.5 Напряжения сжатия на межвитковых прокладках
4 Температура обмоток через 5 с. После возникновения КЗ
Расчет магнитной системы
1 Расчет размеров магнитной системы и массы стали
Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 035 мм. Стержни магнитной системы прессуются расклиниванием с обмоткой. Размеры пакетов выбраны по таблице 8.3 для стержня диаметром 0169 м без прессующей пластины.
1.1 Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня ярма (табл. 8.6)
1.2 Объем угла магнитной системы (табл. 8.7)
1.3 Активное сечение стержня
1.4 Активное сечение ярма
1.5 Длина стержня магнитной системы
1.6 Расстояние между осями соседних стержней
где - расстояние между обмотками соседних стержней (таблица 4.5).
1.7 стали одного угла магнитной системы
- масса стали частей ярм заключенные между осями крайних стержней
- масса стали частей ярм которые находятся за пределами С.
1.9 Полная масса стали стержня
1.10 Полная масса стали плоской магнитной системы
Расчет параметров холостого хода
1 Расчет потерь холостого хода
1.1 Магнитная индукция в стержнях плоской шихтованной магнитной системы
1.2 Магнитная индукция в ярмах плоской шихтованной магнитной системы
1.3 Индукция на косом стыке
Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.
1.4 Удельные потери для стали стержней ярм и стыков (таблица 8.10):
На основании § 8.2 и таблицы 8.12 принимаем коэффициенты:
1.5 Потери холостого хода
2 Расчет тока холостого хода
2.1По таблице 8.17 находим удельные намагничивающие мощности:
На основании § 8.3 и таблицам 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты:
2.2 Намагничивающая мощность холостого хода
2.3Ток холостого хода
2.4 Активная составляющая тока XX
2.5 Реактивная составляющая тока XX
Тепловой расчет и расчет системы охлаждения
1 Поверочный расчет обмоток
1.1 Внутренний перепад температуры обмоток НН
где =018 - теплопроводность стеклотекстолита изоляции провода
1.2 Внутренний перепад температуры обмоток ВН
В сухих трансформаторах для изоляции различных классов нагревостойкости допускаются различные превышения температуры обмоток над температурой охлаждающего воздуха. Размеры вертикальных и горизонтальных охлаждающих каналов для трансформаторов могут быть выбраны в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока на поверхности обмотки по табл. 9.2б и 9.2в 100
Электрическая схема замещения трансформатора и определение ее параметров
Рисунок 8.1 – Т-образная схема замещения двухобмоточного трансформатора
Параметры короткого замыкания трансформатора:
Параметры холостого хода трансформатора:
Параметры намагничивающего контура схемы замещения:
Разработка и краткое описание конструкции трансформатора
Трансформатор ТЛС-160 состоит из следующих конструктивных элементов:
Обмотка ВН изготавливается из алюминиевого проводника круглого сечения. Изоляция обмотки осуществляется изолирующей смолой или компаундом. Выводы обмотки представляют собой проходящие сквозь смолу латунные втулки с медными болтами.
Обмотка НН изготавливается из алюминиевого проводника прямоугольного сечения. Изоляция обмотки осуществляется изолирующей эпоксидной смолой лаком или компаундом. Пропитка обмоток эпоксидной смолой в вакууме обеспечивает равномерность распределения изоляции и необходимую компактность. Выводы представлены медными шинами прямоугольного сечения.
Обмотки не подлежат ремонту.
Для трансформатора с литой изоляции используется холоднокатаная магнитная листовая сталь с ориентированной зернистой структурой.
Сердечник фиксируется рамой состоящей из верхних и нижних ярмовых балок и прилегающих непосредственно к сердечнику плоских стяжных шпилек. Шпильки изготовлены из немагнитной прокатной стали и соединяют верхнее и нижнее ярмо.
Магнитопровод шихтуется по схеме с 6 косыми стыками из пластин электротехнической стали марки 3405 толщиной 030 мм.
Четыре рым-болта для перемещения трансформатора с помощью подъёмных установок (например подъёмный кран).
Нижнее ярмо опирается на нижние стойки рамы к которым могут крепиться регулируемые по двум направлениям ролики.
Сопоставление технико-экономических показателей серийного и проектируемого трансформаторов.
Таблица 10.1 Сравнительная таблица показателей
Проектируемый трансформатор
Серийный трансформатор
Потери короткого замыкания Pk Вт
Напряжение короткого замыкания uk %
Потери холостого хода P0 Вт
Ток холостого хода i0 %
Масса стали магнитной системы Gст кг
Масса обмоточного провода Gоб.пр. кг
Полная масса трансформатора Gtr кг
Габраритные размеры:
Тихомиров Т.М. Расчет трансформаторов: Учеб. Пособие для вузов.-5-е изд. перераб. И доп.- М.: Энергоатомиздат 1986.- 528 с.: ил.
Герасимова Л.С. Майорец А.И. Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов- М: Энергия 1969.
Магнитопроводы силовых трансформаторов А.И.Майорец Г.И.Пшеничный Я.З. Чечелюк и др. - М.: Энергия 1973.
Методические указания я курсовому проектированию трансформаторов Составители: Н.Д. Монюшко А.С.Важенин- Челябинск: ЧПИ 1976.
Методическое указание по конструированию и механическому расчету магнитовроводов трансформаторов новых серий Составитель Н.Д. Монюшко.- Челябинск: ЧИН 1972.
Мураховская М.А. Проектирование электрических машин: Трансформаторы. - Красноярск: КПИ 1971.
Петров Г.Н. Электрические машины: 4.1. Трансформаторы. - М.: Энергия 1974.
Савопожников А.В. Конструирование трансформаторов- М.-Л.: Госэнергоиздат 1959.

Остов.spw

Остов. Сборочный чертеж
Гайка М12 ГОСТ 15521-70
Гайка М16 ГОСТ 15521-70
Шайба 12 65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 16 65Г ГОСТ 6402-70
Швеллер 12П ГОСТ 8240-97

Остов.cdw

Входной контроль качества электротехнической стали производит в
соответствии с требованиями ГОСТ 21427.1-83
Величины заусенцев для продольных кромок пластин должны быть не
Величины заусенцев для поперечных кромок пластин должны быть не
В магнитной системе зазоры в местах стыков должны быть не более 1
Стержни пресуются расклиниванием с обмоткой
На собранном остове разрешается наличие трещин в изоляционных
не угрожающих целостности детали. При сборке остовов
разрешается подгонять по месту бруски изоляционного материала для
лучшей опрессовки активной стали.
Все места контактов шин заземления остовов со сборочными единицами
кроме контактов с активной сталью
должны быть зачищены до
металлического блеска.
Выступ изоляционных деталей относительно ярмовых балок должен
быть не более величины непрямолинейности ярмовых балок
Допускается лакировка (или нанесение магний-фосфорного покрытия)
части пластин или пакетов магнитно системы.
Общая толщина электроизоляционного покрытия на одну сторону
должна быть не более 7мкм.

обмотка(др).cdw

Для предотвращения выпадания витков при прессовке на наружный слой
многослойной цилиндрической обмотки следует устанавливать рейки.
Рейки изготовить из березы. Поверх них бандажи из стеклянной нетканой
Предельные отклонения на расстояния между любой парой смежных и
несмежных реек (поле обмотки)
измеренные по окружности в любом месте
по высоте обмотки не должны превышать ±10 мм.
Концы обмотки в месте изгиба следует изолировать крепированной
Обмотки НН пропитываются лаком и сушится в вакуумных-сушилках.
Обмотки ВН заливаются эпоксидной смолой и сушится под давлением.
Катушки должны быть намотаны плотно. В процессе намотки обмотки
следует производить замер плотности намотки
начиная через 3-4 поля
от наружного перехода. Намотку считать плотной
если между проводами
катушек под вторым витком в четырех-пяти местах по окружности не
входит полосаэлектроизоляционного картона толщиной 0.5 мм и шириной

Обмотка.spw