Расчет трансформатора ТСЗ-250/10

moy_chertezh_Dolgopol.dwg

MOJ_KURSACh.docx

Министерство Образования и Науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Кузбасский Государственный Технический Университет
имени Т.Ф. Горбачева
Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Руководитель: Долгопол Т.Л.
Технические требования предъявляемые к трансформатору6
Определение основных электрических величин7
1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН7
Мощность на один стержень7
2 Выбор испытательных напряжений обмоток8
3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания9
Выбор исходных данных расчёта9
Расчёт параметров короткого замыкания19
Расчёт механических сил при коротком замыкании20
Расчёт магнитной системы трансформатора22
Расчёт потерь холостого хода23
Расчёт тока холостого хода24
Тепловой расчёт трансформатора25
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство имеющее две или больше индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти – шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Так при напряжении на шинах электростанции 15 75 кВ в современной сети при удалении потребителей от электростанции питающей сеть около 1000 км часто применяется такая последовательность шести трансформаций напряжения с учетом падения напряжения на линиях передачи: 1575 на 525 кВ; 500 на 242 кВ; 230 на 121 кВ; 115 на 385 кВ; 35 на 11 кВ; 10 кВ на 04 или 069 кВ.
Определяя место силового трансформатора в электрической сети следует отметить что по мере удаления от электростанции 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 т. е. в трансформаторы с высшим напряжением 35 и 10 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии оплачиваемых по наиболее дорогой цене.
Задача построения трансформатора отвечающего современным требованиям в эксплуатации а также наиболее простого и дешевого в производстве решается определением тех воздействий которым он подвергается в эксплуатации рациональным выбором его конструкции правильным выбором размеров и материала отдельных его частей и конструктивных деталей и правильно организованным технологическим процессом его изготовления учитывающим свойства применяемых материалов и назначение трансформаторов.
Расчет трансформатора тесно связан с конструированием. На самых первых стадиях расчета необходимо произвести выбор основной конструктивной схемы трансформатора а также в ходе расчета выбирать конструкции его отдельных частей – магнитной системы обмоток изоляционных деталей отводов и т.д.
До начала проектирования необходимо установить некоторые технологические операции оказывающие существенное влияние на некоторые параметры трансформатора.
В курсовом проекте я выбрал трансформатор ТCЗ-25010. Трансформатор трехфазный с естественным воздушным охлаждением предназначен для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем а так же для питания различных потребителей в сетях переменного тока частотой 50 Гц. В трансформаторах предусмотрена возможность регулирования напряжения — 5 ступеней. Вид регулирования ПБВ (переключение без возбуждения). Переключение трансформатора на другой диапазон производится в ручном режиме в отключенном состоянии.
Технические требования предъявляемые к трансформатору
Номинальная мощность
Номинальное напряжение обмотки ВН
Номинальное напряжение обмотки НН
Схема и группа соединения обмоток
Естественное воздушное
S1 (продолжительный режим)
Категория размещения
У3(в закрытых помещениях с естественной вентиляцией)
Материал обмоточного провода
Номинальные (контрольные) данные трансформатора
Номинальное напряжение короткого замыкания – uк.н
Номинальные потери короткого
Номинальный ток холостого хода – i0н
Номинальные потери холостого хода – Р0н
Определение основных электрических величин
1 Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН
Мощность одной фазы трансформатор
Где S – номинальная мощность трансформатора кВА;
m – число фаз трансформатора.
Мощность на один стержень
С – число стержней трансформатора.
Номинальный (линейный) ток обмотки ВН СН и НН трехфазного трансформатора А:
S – мощность трансформатора кВА;
U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки В.
Номинальный ток на стороне ВН:
Номинальный ток на стороне НН:
2 Выбор испытательных напряжений обмоток
Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземленными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения при которых проверяется электрическая прочность изоляции трансформатора.
Испытательные напряжения обмоток (таблица 4.1): обмотки ВН Uисп=24кВ; обмотки НН Uисп=3кВ.
3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания
Активную составляющую напряжения:
где - номинальные потери короткого замыкания кВт.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Выбор исходных данных расчёта
Мощность обмоток одного стержня S=833 кВА
Ширина приведенного канала рассеяния между обмотками НН и ВН. Для Uисп=24кВ по табл.4.15 a12=35см; 12=05см. По табл.9.2 вертикальный воздушный канал должен быть не менее 08 см; при толщине цилиндра 12=05см в промежутке a12 образуются два канала по 15 см. По таблице 3.28 и 3.3 находим:
Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю k р принимаем равным 095.
Выбираем рулонную холоднокатаную текстурованную сталь марки Э330А с толщиной листов 035 мм. Удельные потери при B=15Tл p=11 Вткг (таблица 2.5). Выбираем индукцию в стержне Bc =143Тл (таблица 2.9). Коэффициент усиления ярма k я = 102; прессовка стержней- расклиниванием с обмоткой; прессовка ярм- балками (таблица 2.3). Конструкция крепления и стяжки остова – без сквозных шпилек в стержнях и ярмах. Четыре крайних стыка стержней и ярм косые на среднем стыки прямые.
В сечении стержня шесть ступеней без каналов; k кр = 092; сечение ярма повторяет сечение стержня. Изоляция пластин — жаростойкое покрытие с однократной лакировкой; k3=093 (табл. 2.2 и 2.6); k с=092093= 0856.
Индукция в ярме Bя =143102=14Тл . Удельные потери в стали стержня и ярма
pc =099 Вткг; pя =0945 Вт-кг;
удельные намагничивающие мощности
qc =172 ВАкг; qя =165 ВАкг;
для зазоров- при Bc =143Тл; qз=128 ВА
Основные изоляционные расстояния: стержень- обмотка НН =15 см (таблица 4.16 и 9.2)
обмотка НН - обмотка ВН =35 см
цилиндр между НН и ВН =05 см
между обмотками ВН =30 см
Uисп=24кВ(табл.4.15)
междуфазная перегородка =05 см
от обмотки и ВН до ярма =80 см
выступ цилиндра =35 см
Выбор может быть сделан в соответствии с указаниями § 3.6 с проведением предварительного расчёта по обобщённому методу или по таблице 3.12. Для трансформатора типа ТСЗ-25010 с алюминиевыми обмотками принимаем предварительно =14 (табл.3.12). Тогда диаметр стержня равен:
где - мощность одного стержня трансформатора;
Принимаем ближайший больший размер из нормализованного ряда (§ 2.2). Уточняем по (3.68)
Средний диаметр обмоток двух обмоток находим по § 3.5 и 3.3
Высота обмотки ориентировочно по (3.72)
Полное сечение стержня по табл.8.2 ; активное сечение равно:
Электродвижущая сила одного витка
Число витков обмотки НН
Средняя плотность тока в обмотках по формуле (3.49) при k Д=092 по табл. 3.6
Где - коэффициент учитывающий наличие добавочных потерь в обмотках потери в отводах стенках баков и т. д.
Для обмотки НН принимаем .
Ориентировочное сечение витка
По таблице 5.8 с учётом замечаний сделанных в § 5.7 для заданных параметров S=250 кВА; I=361А; выбираем конструкцию двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода марки АПСД. Число витков в слое:
По таблице 5.3 выбираем пять прямоугольных алюминиевых проводов размерами 5х с изоляцией из стекловолокна марки АПСД намотка на ребро левая. Сечение витка ; высота витка =5074=37 см. Выбранные размеры провода проверяем по добавочным потерям по таблице 5.9. Для размера 093 см добавочные потери при двух слоях менее 10%.
Радиальный размер провода проверяем также по плотности теплового потока на поверхности обмотки по (7.17)
Получившееся значение ниже допустимого для внутренних обмоток значения 280
Осевой размер обмотки НН
Радиальный размер обмотки
Где осевой канал между двумя слоями обмотки 08 см принят по таблице 9.2 для класса изоляции В для 230q450.
Внутренний диаметр =18+215=21 см
Наружный диаметр =21+2275=265 см
Основные размеры обмотки показаны на рисунке 4.1
Масса металла обмотки
Выбираем схему регулирования по типу представленной на рисунке 6.6(б). Регулировочные ответвления выводятся на доску зажимов. Регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ) производится после отключения трансформатора от сети и от нагрузки путём перестановки соединяющей пластины (рис 5.1). Зажимы рассчитываются на рабочий ток 144 А. Наибольшее напряжение между зажимами двух фаз:
испытательное 2000 В
Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:
Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении
Число витков ВН на одной ступени регулирования
Число витков на ответвлениях:
Ориентировочная плотность тока
Ориентировочное сечение витка По таблице 5.8 по известным параметрам обмотки (S=250 кВА; =144 А; ) выбираем конструкцию многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода. По таблице 5.1 выбираем алюминиевый круглый провод марки АПСД диаметром 3842 мм с сечением =1134 и плотностью тока .
Число витков в слое обмотки
Напряжение двух слоёв принимаем междуслойную изоляцию из стеклолакоткани марки ЛСБ – четыре слоя по 015 мм. Выступ изоляции за конец слоя витков – 2 см (
Распределение витков по слоям:
Четыре слоя по 163 витка=652
Один слой 156 витков=156
Один слой 84 витка=84
Между вторым и третьим слоями канал 08 см. Витки пятого слоя располагаются по середине высоты слоя. Витки шестого слоя располагаются по рис. 5.1(а); основные размеры обмотки ВН -по рис. 5.1(В). Обмотка наматывается на рейках на жестком бумажно- бакелитовом цилиндре с размера 29530576 см.
Внутренний диаметр обмотки
Наружный диаметр =335+2362=4074 см
Поверхность охлаждения обмотки
Масса провода обмотки (таблица 5.1). Увеличение массы 15
Общая масса металла обмоток =656+954=161 кг; общая масса провода Основные размеры обмоток показаны на рис. 5.1
Расчёт параметров короткого замыкания
Потери короткого замыкания (по ). Основные потери по (7.4):
Добавочные потери в обмотке НН по (7.15)
Добавочные потери в обмотке ВН по (7.15)
=1275107+1870101+73=3096 Вт
Потерями в отводах ВН пренебрегаем.
Полные потери короткого замыкания
что на ниже заданной нормы.
Плотность теплового потока на поверхности обмоток НН ВН
Расчёт напряжения короткого замыкания ( по .
Активная составляющая
Реактивная составляющая
Напряжение короткого замыкания
что на меньше заданного при допуске ±5%
Расчёт механических сил при коротком замыкании
Ток короткого замыкания:
Мгновенно максимальный
Растягивающее напряжение в проводе обмотки ВН
Что значительно ниже допустимого для алюминиевого провода
Давление на ярмовую изоляцию – 6 опорных брусков по 4 см шириной при площади опоры обмотки НН по рисунку 4.1
Расчёт магнитной системы трансформатора
Определение размеров и массы стали магнитной системы.
Выбираем конструкцию плоской трёхфазной стержневой шихтованной магнитной системы собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали со стыками по рисунку 7.1(б). Стержень прессуется расклиниванием с обмоткой ярмовыми балками. Размеры пакетов – рис. 10.4(а). В сечение стержня шесть ступеней сечение ярма повторяет сечение стержня в котором объединяются два крайних пакета.
Сечение пакетов в половине сечения стержня
521+15525+13513+12008+9509+6508=1164
Общая толщина пакетов в половине сечения стержня
+25+13+08+09+08=84 см
Активное сечение =093
Расстояние между осями соседних стержней
С=4074+30=4374см 44 см
Масса стали в стержнях
Расчёт потерь холостого хода
Магнитная система собирается из электротехнической тонколистовой рулонной холоднокатаной стали марки Э330А-035 по ГОСТ 802-58.
Индукция в косом стыке
Для рассчитанных индукций по таблице 8.4 находятся удельные потери:
Потери холостого хода определяются по данной формуле в которой принимаются: по таблице 8.6
Расчёт тока холостого хода
По таблице 8.11 находятся удельные намагничивающие мощности
Для принятой конструкции и технологии изготовления магнитной системы с восстановительным отжигом пластин применим формулу(8.43) в которой примем коэффициенты: (по табл. 8.12).
Ток холостого хода. Активная составляющая
Тепловой расчёт трансформатора
При проектировании трансформаторов предназначенных для длительной непрерывной нагрузки а такими являются подавляющее большинство трансформаторов тепловой расчет производится для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке.
Поверочный тепловой расчет обмоток.
Внутренний перепад температуры обмотки НН:
где = 03 · 10-3 м - толщина изоляции провода на одну сторону; q - плотность теплового потока на поверхности обмотки; - теплопроводность стеклолакоткани марки ЛСБ табл. 9.1[1]:
Внутренний перепад температуры обмотки ВН:
Перепад температуры на поверхности обмотки НН:
где = 0285 – постоянный коэффициент.
Перепад температуры на поверхности обмотки ВН:
В данном курсовом проекте дано краткое описание конструкции трансформаторов широкого применения а также описание основных материалов применяемых в трансформаторостроении.
В расчетной части приведен расчет масляного трансформатора мощностью 250 кВА и классом напряжения 10 кВ.
Для данного трансформатора выбрана плоская шихтованная магнитная система из тонколистовой холоднокатаной стали марки 3407 с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне.
Расчёт трансформатора выполнен в соответствии с техническим заданием. При расчёте обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочностям нагревостойкости обмоток и других частей. При этом в соответствии с основными требованиями сочетается малая себестоимость трансформатора.
Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. –М.: Энергоатомиздат 1986.
Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для студентов вузов. -М.: Энергоатомиздат 1990.
Беспалов В.Я. Котеленец Н.Ф. Электрические машины. Учеб. пособие для студентов ВУЗов. –М.: Издательский центр «Академия» 2006
А.А. Федоров. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. . Т.1 2. – М.: Энергоатомиздат 1987. – 590 с.
Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС 2004.
С.Г. Филимонов. Методическое указания к курсовому проекту по дисциплине «Электрические машины». – Кемерово.:Типография ГУ КузГТУ 2011.
Брускин Д.Э. Зорохович А.Е. Хвостов В.С. Электрические машины(часть первая) -