Расчет трансформатора ТМ-250/10

Анатация, содержание.docx

Проведен расчет масляного трансформатора типа ТМ25010.
Рассмотрены особенности проектирования масляного 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.
Определение основных параметров . 6
1Расчёт основных размеров трансформатора 6
2 Предварительный расчет трансформатора и выбор основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток 7
3Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток основных размеров с учетом заданных значений 7
4Определение диаметра стержня и высоты обмотки .12
Расчёт обмотки ВН и НН ..13
1Расчёт обмотки НН ..13
2Расчёт обмотки ВН ..15
Определение параметров КЗ 16
1Потери короткого замыкания 16
2Расчет напряжения короткого замыкания .18
3Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при КЗ 19
Расчёт магнитной системы и определение параметров ХХ ..20
1Расчёт размеров магнитной систем .. 20
Тепловой расчёт. Расчёт системы охлаждения 23
1Поверочный тепловой расчёт обмотки .23
2Расчёт системы охлаждения 23
3Допустимое превышение температуры обмоток и масла над температурой воздуха 24
4Превышение температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха ..25
Список литературы 27

Спецификация на остов10.spw

Пояснительная записка
Верхняя ярмовая балка
Нижняя ярмовая балка
Шпилька М16-380 ГОСТ 22033-76
Болт М 20х40 ГОСТ 7805-70
Гайка 20 ГОСТ ГОСТ 9064-75
Гайка 30 ГОСТ 9064-75
Шайба 28 Н ГОСТ 6402-70
Шайба 44 Н ГОСТ 9065-75
Шпилька 20-150 ГОСТ 22033-76
В-63 х 40 х 4 ГОСТ 8510-86

Обмотка10.bak.cdw

Обозначение выводов:
Рейки изготовить из бука.
Расстояния между выводами не менее 20 мм.
На вывода одеть маркировочные трубки.

ОСТОВ.bak.cdw

Спецификация обмоток.10bak.spw

Обмотка высокого напряжения
Обмотка низкого напряжения

Спецификация на остов.spw

Пояснительная записка
Верхняя ярмовая балка
Нижняя ярмовая балка
Шпилька М16-380 ГОСТ 22033-76
Болт М 20х40 ГОСТ 7805-70
Гайка 20 ГОСТ ГОСТ 9064-75
Гайка 30 ГОСТ 9064-75
Шайба 28 Н ГОСТ 6402-70
Шайба 44 Н ГОСТ 9065-75
Шпилька 20-150 ГОСТ 22033-76
В-63 х 40 х 4 ГОСТ 8510-86

ОСТОВ10.bak.cdw

Обмотка.bak.cdw

Обозначение выводов:
Рейки изготовить из бука.
Расстояния между выводами не менее 20 мм.
На вывода одеть маркировочные трубки.

ТМ 250.10.doc

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 кВт потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов расходуемых на все силовые трансформаторы вкладывается в наиболее отдаленные части сети то есть в трансформаторы 35 кВ и 10 кВ.
В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии оплачиваемых по высокой 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 параметров
1.Определение основных параметров
Мощность одной фазы и одного стержня трансформатора
Номинальный (линейный) ток обмоток
Низкого напряжения (НН)
Высокого напряжения (ВН).
Фазный ток обмотки одного стержня:
Низкого напряжения (НН) Iф нн=144 А
Высокого напряжения (ВН) Iф вн = 3608 А.
Низкого напряжения (НН)
Высокого напряжения (ВН)
Испытательное напряжение (таблица 4.1):
для обмоток НН U ИСП НH = 5 кB;
для обмоток ВН U ИСП ВН = 35 кB.
Для испытательного напряжения обмоток ВН изоляционные расстояния (таблица 4.5):
Для испытательного напряжения обмоток НН изоляционные расстояния (таблица 4.4):
Обмотка ВН при напряжении 10 кВ и токе 144 А цилиндрическая многослойная из круглого провода.
Обмотка НН при напряжении 04 кВ и токе 3608 А:
двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
Реактивная составляющая короткого замыкания:
2.Расчет основных размеров трансформатора
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.
Выбор марки толщины листов стали типа изоляции пластин индукции в магнитной системе.
Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм- стальными балками. Материал магнитной системы холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 035 мм. Магнитная индукция в стержне трансформатора В=162 Тл (таблица2.4).
Предварительный выбор конструкции обмоток.
Расположение обмоток на стержне трансформатора концентрическое. По форме обмотки выполняются в виде круговых цилиндров в поперечном сечении имеющих форму кольца.
3.Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношений конструкции обмоток основных размеров с учетом заданных значений
Суммарный приведенный радиальный размер обмоток
где k=063 (табл. 3.3).
Ширина приведенного канала рассеяния
Расчет основных коэффициентов.
Коэффициент заполнения круга kKp=0928 (таблица 2.5); изоляция
пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие k3 = 097 (таблица 2.2).
Коэффициент заполнения сталью
Ярмо многоступенчатое число ступеней 6 коэффициент усиления ярма kя=l03 (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=162 Тл на косом стыке В’3=ВС =1146 Тл. По таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий добавочные потери в обмотках kd=095 и по таблицам 3.4 3.5 постоянные коэффициенты для медных обмоток:
Принимаем kp=095 (стр. 162). Удельные потери в стали рс=1353 Вткг ря=1242 Вткг (таблица 8.10). Удельная намагничивающая мощность qc= 1958 В Акг qя=166 ВАкг. Удельная намагничивающая мощность для зазоров на прямых стыках qз"=25100 ВАм на косых стыках qз’=3200 ВАм.
Минимальная стоимость активной части трансформатора:
Решение этого уравнения дает значение соответствующее минимальной стоимости активной части.
Предельные значения по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:
Оба полученных значения лежат за пределами обычно применяемых.
Масса одного угла магнитной системы
Активное сечение стержня
Площадь зазора на прямом стыке
Площадь зазора на косом стыке
Для магнитной системы потери холостого хода
Полная намагничивающая мощность
= 12 (стр. 396) - для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы; ; .
Таблица 1.1- Предварительный расчет трансформатора типа ТМ-25010 с плоской шихтованной магнитной системой и медными обмотками
Рисунок 1.1 - Изменение массы стали стержней ярм магнитной системы и металла обмоток для трансформатора типа ТМ-25010 с медными обмотками
Рисунок 1.2 - Изменение относительной стоимости активной части с изменением для трансформатора типа ТМ-25010 с медными обмотками
Рисунок 1.3 - Изменение потерь с изменением для трансформатора типа ТМ-25010 с медными обмотками
Рисунок 1.4 - Изменение тока холостого хода с изменением для трансформатора типа ТМ-25010 с медными обмотками
4.Определение диаметра стержня и высоты обмотки (§3.5)
Выбираем нормализованный диаметр стержня d=017 м при=29.
Средний диаметр обмоток
Напряжение одного витка
Расстояние между осями стержней
Масса стали Gcm=425372 кг; масса металла обмоток Go=123845 кг; масса провода Gnp=131387 кг; плотность тока j=3366*106 Ам2; механические напряжения в обмотках р= 17334 МПа;
Сач= 667124 у. е.; Рх=76635 Вт; i0=23 %.
Рисунок 1.5 - Основные предварительные размеры трансформатора типа ТМ -25010
Расчет обмоток ВН и НН.
1Расчет обмотки НН (§6.1)
Число витков на одну фазу обмотки
Уточняем напряжение одного витка
Действительная индукция в стержне
Средняя плотность тока в обмотках
Ориентировочное сечение витка
По таблице 5.8 выбираю конструкцию цилиндрической двухслойной обмотки из прямоугольного провода.
По сечению витка по таблице 5.2 выбираем 3 параллельных проводов ПБ сечением мм. Берем =351 мм
Выбираем двухслойную обмотку для намотки на ребро.
Полное сечение витка
Полученная плотность тока
Осевой размер обмотки
Радиальный размер обмотки
Внутренний диаметр обмотки
Наружный диаметр обмотки
Двухслойная обмотка с каналом между слоями шириной не более (45)мм имеет 4 охлаждаемые поверхности
Плотность теплового потока на поверхности обмотки
Условие выполняется (600800) (стр. 229)
Масса металла обмотки
Число витков при номинальном напряжении
Число витков на одной ступени регулирования
Предварительная плотность тока
Предварительное сечение витка
По таблице 5.8 выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.
По таблице 5.1 подбираем провод сечением П2"=4375 мм2 диаметрами d=236 мм d’=276 мм
Полное сечение витка
Число слоев в обмотке
Рабочее напряжение двух слоев (6.40)
По рабочему напряжению двух слоев (таблица 4.7) выбираем междуслойную изоляцию материалом которой является кабельная бумага марки К-120 толщиной . Число слоев бумаги-3. Выступ межслойной изоляции
на торцах в одну сторону — 10 мм.
Обмотку каждого стержня выполняем в виде двух катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки равно выбираю 5 слоев.
Минимальная ширина масляного канала между катушками (т9.2): .
Радиальный размер обмотки с двумя катушками без экрана (6.42)
По т.4.5: для и S = 250 кВА:
Полная охлаждающая поверхность
Средний диаметр обмотки
Т.к. 28397≤800 то условие выполняется.
Масса провода по табл. 54
Определение параметров короткого замыкания
1Потери короткого замыкания
Основные потери (7.1. по ф.7.3):
В силовых трансформаторах не должно превышать (075-095) .
Условие выполняется 59753700(075095)=(27753515)Вт.
Для того чтобы отклонения не привели к существенному изменению рекомендуется чтобы.
Условие выполняется так как составляет 155% что меньше .
Добавочные потери в обмотке НН
Добавочные потери в обмотке ВН
где =8900 кгм3 – плотность
Потери в стенках бака и других элементах конструкции где k=002 (таблица 7.1).
Полные потери при коротком замыкании
Для номинального напряжения обмотки ВН
2 Расчет напряжения короткого замыкания
Активная составляющая UK3
Реактивная составляющая UK3
Установившийся ток КЗ на обмотке ВН
где SK = 500 (таблица 7.2).
Мгновенное максимальное значение тока КЗ (таблица 7.3)
2Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании
Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН
Средние растягивающие напряжения в обмотке ВН
Осевые силы в обмотках
Осевые силы действуют на обе обмотки. Наибольшая осевая сила возникает в середине высот обмоток НН имеющий меньший радиальный размер.
Напряжения сжатия на межвитковых прокладках
Температура обмоток через 5 с после возникновения КЗ (§7.3)
что меньше 250 для меди.
Расчет магнитной системы и определение параметров КЗ (§ 8.1)
1.Расчет размеров магнитной системы и массы стали
Принята конструкция плоской трехфазной шихтованной магнитной системы собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404 толщиной 035 мм. Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице 8.3 для стержня диаметром 017 м без прессующей пластины.
Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня ярма (табл8.6)
Объем угла магнитной системы
Активное сечение ярма
Объем стали угла магнитной системы
Длина стержня магнитной системы
Расстояние между осями соседних стержней
где - расстояние между обмотками соседних стержней (таблица 4.5).
Масса стали угла магнитной системы
Полная масса стали стержня
Полная масса стали плоской магнитной системы
2.Расчет потерь холостого хода
Магнитная индукция в стержнях плоской шихтованной магнитной системы
Магнитная индукция в ярмах плоской шихтованной магнитной системы
Индукция на косом стыке
Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.
Удельные потери в стали стержней ярм и стыков
На основании § 8.2 и таблицы 8.12 принимаем коэффициенты:
Потери холостого хода
По таблице 8.17 находим удельные намагничивающие мощности:
На основании § 8.3 и таблицам 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты:
Намагничивающая мощность холостого хода
Активная составляющая тока XX
Реактивная составляющая тока XX
Тепловой расчет и расчет системы охлаждения
1.Поверочный расчет обмоток
Внутренний перепад температуры обмоток НН
где =017 - теплопроводность бумажной пропитанной маслом изоляции провода (табл. 9.1).
Внутренний перепад температуры обмоток ВН
Перепад температуры на поверхности обмотки НН
Перепад температуры на поверхности обмотки ВН
Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу:
2.Расчет системы охлаждения
Определение габаритных размеров трансформатора.
По таблице 9.4 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака со стенками в виде волн.
Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.
Изоляционные расстояния
S1=23 мм – для отвода Uисп=35 кВ расстояние до стенки бака по таблице 4.11;
S2=25мм – для отвода Uмсп=35 кВ расстояние до прессующей балки ярма по таблице 4.11;
S3=25 мм – для отвода Uucn=5 кВ без покрытия расстояние до стени бака по таблице 4.11;
S4=33 мм – для отвода Uucn= до 25 кВ для обмотки Uucn=35 кВ отвод без покрытия по таблице 4.12.
Минимальная ширина бака
Минимальная длина бака
Высота активной части
Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака по таблице 9.5 .
3.Допустимое превышение температуры обмоток и масла над температурой воздуха
Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН
Найденное среднее превышение может быть допущено т.к. превышение температуры масла в этом случае будет:
Среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха.
Принимая предварительный перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака и запас 2 °С находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха .
Основные размеры стенок бака.
Бак со стенками в виде волн выполняется с боковой стенкой выполненной из тонколистовой стали толщиной (081)мм выгнутой в виде волн
Поверхность излучения стенки
Развернутая длина волны
Поверхность конвекции стенки
Полная поверхность излучения бака
Полная поверхность конвекции бака
4.Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла
Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха (9.49)
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака (9.50)
Превышение средней температуры над температурой воздуха
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха
Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:
Превышение температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.
Тихомиров Т.М. Расчет трансформаторов: Учеб. Пособие для вузов.-5-е изд. перераб. И доп.- М.: Энергоатомиздат 1986.- 528 с.: ил.