Трансформатор тока на 220 кВ с номинальным током 1000 А

SPETs Shklyar 1 (2).docx

05070201.53.21.01.СК
Складальне креслення
трансформатора струму
Проволка ГОСТ 3282-74
Масло трансформаторне
ТКп ТУ 38.401-58-49-92

Документ Microsoft Word (3).docx

Трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток изолированных кабельной бумагой и помещенных в фарфоровую покрышку заполненную трансформаторным маслом.
Первичная обмотка представляет собой петлю и имеет четыре секции соединяемые последовательно последовательно-параллельно или параллельно благодаря чему трансформатор можно включать на токи 5001000 или 2000 А.
Вторичные обмотки изолированы друг от друга и заключены в общую бумажную изоляцию :три из них класса точности 10Р предназначены для защиты одна класса точности 05-для измерения.
Маслорасширитель установлен на фарфоровой покрышке и обеспечивает необходимый уровень масла под обмоткой при колебаниях температуры. Для наблюдения за уровнем масла имеется маслоуказатель. На крышке трансформатора установлен воздухоосушитель для очистки от пыли воздуха поступающего в трансформатор.
Опорой трансформатора на которой монтируются элементы его конструкции является цоколь. Крепление фарфоровой покрышки к цоколю – механическое. Уплотнение соединений достигается за счет прокладок из маслостойкой резины. Слив и отбор проб масла осуществляется через масловыпускной клапан. Коробка выводов вторичных обмоток расположена на одной из стенок цоколя. В нижней части коробки выводов имеются отверстия для установки двух кабельных муфт с отверстием диаметром 25 мм для разделки и крепления кабелей подходящих к выводам вторичных обмоток. Коробка вторичных выводов закрыта крышкой на которой находится табличка трансформатора. Для подъема трансформатора на цоколе имеются четыре кольца.
Трансформатор складається з первинної та вторинної обмоток ізольованих кабельної папером і поміщених у фарфоровий покришку заповнену трансформаторним маслом.Первинна обмотка являє собою петлю і має чотири секції що з'єднуються послідовно послідовно - паралельно або паралельно завдяки чому трансформатор можна включати на струми 5001000 або 2000 А.Вторинні обмотки ізольовані один від одного і укладені в загальну паперову ізоляцію : три з них класу точності 10Р призначені для захисту одна класу точності 05 - для вимірювання .Маслорасшірітель встановлений на фарфоровій покришці і забезпечує необхідний рівень масла під обмоткою при коливаннях температури. Для спостереження за рівнем масла мається маслоуказатель . На кришці трансформатора встановлений воздухоосушитель для очищення від пилу повітря що надходить в трансформатор.Опорою трансформатора на якій монтуються елементи його конструкції є цоколь. Кріплення порцелянової покришки до цоколя - механічне. Ущільнення з'єднань досягається за рахунок прокладок з маслостійкої гуми. Злив і відбір проб масла здійснюється через масловипускной клапан. Коробка висновків вторинних обмоток розташована на одній зі стінок цоколя. У нижній частині коробки висновків є отвори для установки двох кабельних муфт з отвором діаметром 25 мм для оброблення і кріплення кабелів що підходять до висновків вторинних обмоток. Коробка вторинних висновків закрита кришкою на якій знаходиться табличка трансформатора. Для підйому трансформатора на цоколі є чотири кільця.

Документ Microsoft Word (4).docx

Трансформаторы тока ТФЗМ 220 Б - IV У1.
Трансформаторы тока предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам устройствам защиты и управления в установках переменного тока частоты 50 Гц напряжением 220кВ и используются для установки на вводы силового трансформатора. Технические характеристики.
ТУ У 05755559.011-97
Номинальное напряжение кВ
Наибольшее рабочее напряжение кВ
Номинальный первичный ток А
Номинальный вторичный ток А
Число вторичных обмоток
с номинальной вторичной нагрузкой В·А
Категория внешней изоляции
Ток электродинамической стойкости кА
Ток термической стойкости кА
Время протекания тока короткого замыкания с
Отношение длины пути утечки внешней изоляции к наибольшему рабочему напряжению смкВ
Номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты
- трансформатора с маслом
Габаритные размеры мм
Установочные размеры мм
Габаритные установочные и присоединительные размеры.

titulka.docx

МНСТЕРСТВО ОСВТИ НАУКИ УКРАНИ
ЗАПОРЗЬКИЙ ЕЛЕКТРОТЕХНЧНИЙ КОЛЕДЖ
ЗАПОРЗЬКОГО НАЦОНАЛЬНОГО ТЕХНЧНОГО УНВЕРСИТЕТУ
Предметно-циклова комісія спеціальності
Виробництво електричних машин і апаратів”
Трансформатор струму на Uном = 220 кВ
I1ном=1000А I2ном=1А
Пояснювальна записка до курсового проекту
05070201.53.23.01 ПЗ
Викладач В.В. Панченко
Члени комісії О.М. Новікова
Студент гр. ЕМА 11 29 В.С.Шкляр

Курсовой - копия.docx

1 Огляд існуючих конструкцій трансформаторів
За призначенням трансформатори струму (ТС) поділяються: для вимірів і для захисту. У більшості випадках ці функції сполучаються в одному трансформаторі. Трансформатори струму призначені для зовнішньої та внутрішньої установки у відкритих розподільчих пристроях для передачі сигналу вимірювальної інформації вимірювальним приладам і пристроям захисту і керування в установках змінного струму.
Трансформатори струму відрізняються по конструктивному виконанню по роду ізоляції між первинною і вторинною обмотками.
По роду ізоляції бувають: з литою повітряною масляною і газоподібною (елегазової) ізоляцією.
По конструктивному виконанню можна виділити наступні групи трансформаторів струму: котушкові шинні ланкові петлеві римовидні опорні.
Трансформатори струму напругою до 35 кВ застосовуються для внутрішньої установки. В них переважно використовуються ізоляція з епоксидних компаундів (лита) що утворить ізоляційний блок у якому залиті первинна і вторинна обмотки а іноді і магнітопровід.
Трансформатор струму однофазний котушковий з литою ізоляцією призначений для вбудовування у вибухонебезпечних комплектних розподільчих пристроях для вугільних і сланцевих шахт. Його особливістю є наявність додаткової обмотки для перевірки пристроїв максимального струмового захисту що повинний бути розімкнутий при роботі трансформатору.
Трансформатор струму серії ТШЛ (шинний з литою ізоляцією) вбудовується в закриті пофазно екрановані струмопроводи чи розподільчі пристрої. Два магнітопроводи з вторинними обмотками захищені епоксидним компаундом і утворюють блок. Вони виготовляються в алюмінієвих корпусах і без корпусів. Між зовнішнім діаметром шини і внутрішнім діаметром ізоляційного блоку залишається невеликий повітряний зазор адже в трансформаторах застосовується комбінована ізоляція (повітряно-епоксидний компаунд).
Котушкові трансформатори струму є найпростішими як первинна так і вторинна обмотки їх виконуються у виді котушок намотаних на відповідні ізоляційні каркаси.
Прохідні багатовиткові трансформатори струму знаходять застосування в розподільчих пристроях на 6 35 кВ. Прохідна конструкція має в даному випадку особливу цінність тому що в закритих розподільних пристроях можливість «пройти» трансформатором через перекриття чи стіну дозволяє заощадити відповідний прохідний ізолятор.
Прохідні стрижневі трансформатори струму примітні тим що первинна обмотка проходить через вікно магнітопроводу тільки один раз.
Шинні трансформатори мають конструкцію в яку входять магнітопровід з вторинними обмотками і головною ізоляцією відповідно даній номінальній напрузі а первинна обмотка як конструктивний елемент відсутня.
Трансформатори струму на напругу вище 35 кВ призначені для зовнішньої установки і мають чисто паперово-масляну конденсаторну ізоляцію накладену тільки на первинну обмотку або тільки на вторинну або одночасно на дві обмотки приблизно навпіл. Обмотки з ізоляцією розташовуються усередині фарфорової покришки заповненої трансформаторним маслом.
Для трансформаторів на напругу вище 35 кВ застосовуються три види обмоток:
- ланкова що складається з двох ланок просмикнутих одна в іншу; однією ланкою є магнітопровід з намотаною на нього вторинною обмоткою а інша - первинна обмотка просмикнута крізь вікно магнітопроводу. Внутрішня ізоляція з паперової стрічки розподілена рівно між первинною і вторинною обмотками;
- петлева конфігурація первинної обмотки має ту особливість що на неї накладається майже уся внутрішня ізоляція конденсаторного типу. Магнітопровід із вторинною обмоткою надівається на ізольовану первинну обмотку;
- римовидна у якій уся внутрішня ізоляція конденсаторного типу накладається на магнітопровід із вторинною обмоткою. Один-три витка первинної обмотки пропускаються у вікно магнітопроводу з вторинною обмоткою.
У трансформаторах струму на номінальну напругу 110 кВ і вище передбачається захист масла від зволоження що виключає його безпосереднє зіткнення з зовнішнім повітрям за допомогою повітряно-сушильного силікагелевого фільтра чи еластичної діафрагми (оболонки).
Трансформатори з елегазовою ізоляцією випускаються на напругу
0 500 кВ і містять декілька вторинних обмоток одна з яких призначена для виміру а інші для захисту. Верхня частина трансформатору складається з корпусу що знаходиться під робочим тиском інертного ізолюючого газу (елегазу). Внутрішня порожнина трансформатору заповнена елегазом чи елегазовою сумішшю що служить ізолюючим і тепловідводним середовищем. Для захисту трансформатору від руйнівного підвищення тиску в корпус трансформатора вмонтована мембрана.
Трансформатор струму з паперово-масляною ізоляцією на відміну від елегазового більш простий в експлуатації і менш коштовний у виготовленні тому має ширше застосування. Конструкцію і розрахунок трансформатора струму буде розглянуто далі при виконанні курсового проекту.
2 Призначення та конструктивна будова проектуємого трансформатора
Трансформатор на напругу 220кВ призначений для передачі сигналу вимірювальної інформації приладів вимірювання захисту автоматики сигналізації і управління в електричних ланцюгах змінного струму частоти 50Гц.
Трансформатор струму на 220 кВ відносяться до трансформаторів ланкової конструкції з паперово-масляною ізоляцією.
Трансформатор складається з первинної і вторинної обмоток ізольованих трансформаторним папером і поміщених в фарфорову покришку заповнену трансформаторним маслом.
Вторинні обмотки ізольовані одна від одної і поміщені в загальну паперову ізоляцію. Під ізоляцією закріплена металева підставка за допомогою якої вторинні обмотки встановленні на цоколі.
Опорою трансформатора на який монтується елементи його конструкції є цоколь. Цоколь представляє собою зварну конструкцію. До верхньої плити цоколя за допомогою натискного хомута шпильок і ексцентрикових сухарів кріпиться фарфорова покришка яка є ізоляційним корпусом трансформатора. Сухарі забезпечують рівномірний тиск при механічному ущільненні фарфорової покришки з цоколем через гумову кільце а ексцентриситет потрібен щоб вибрати зазори які виникають через неточні розміри фарфору.
Коробка виводів вторинних обмоток розташована на одній із стінок цоколя. У нижній частині коробки виводів є отвори для установки двох кабельних муфт. Кабельні муфти мають отвори діаметром 25 мм для роз'єднання і кріплення кабелів відповідних до виводів вторинних обмоток. Коробка вторинних виводів закрита кришкою на якій знаходиться табличка трансформатора.
Первинна обмотка являє собою петлю з гнучкої ізольованої шини. Вона охоплює комплект вторинних обмоток і також ізольована трансформаторним папером. Таким чином вся необхідна товщина трансформаторного паперу розподілена між первинною і вторинною обмотками що конструктивно нагадує ланки ланцюга. Звідси і назва конструкції трансформатора – ланкова. Кількість паралельних шин (проводів) в первинній обмотці і кількість паралельних витків обирається в залежності від номінального первинного струму.
Первинна обмотка підтягується до вторинних обмоток і фіксується в цьому положенні за допомогою обмоткотримача який закріплений в середині обмотки на стрижні що проходить через маслорозширник який встановлений на фарфоровій покришці. Маслорозширник забезпечує необхідний рівень масла під обмоткою при коливанні температури. Для спостереження за рівнем масла встановлений масловказівник . На розширювачі трансформатора встановлений повітросушувач - волого поглинаючий фільтр який являє собою скляний циліндр заповнений силікагелем. Силікагель – особлива речовина яка має властивість поглинати вологу з повітря. При пониженні рівня масла у розширнику зовнішнє повітря яке входить через повітря осушувач осушується силікагелем. Силікагель повинен систематично замінюватись у міру його насичення вологою: визначається за змінною кольору силікагелю з блакитного на рожевий.
Зверху маслорозширник закривається з’ємною металевою кришкою. Для ущільнення між маслорозширником і фарфоровою покришкою встановлена гумова прокладка.
Для підйому трансформаторів на цоколі є чотири кільця.
3 Вихідні дані для розрахунків
Вихідними даними для проектування трансформатора є:
- номінальна напруга Uном кВ – 220;
- номінальний первинний струм 1ном А – 2000;
- номінальний вторинний струм 2ном А – 1;
- номінальне навантаження Z2ном В·А – 30;
- струм термічної стійкості т.с. кА – 40;
- тривалість струму термічної стійкості tт.с. с – 2 ;
- коефіцієнт навантаження cos φ – 0.8.
1 Розрахунок параметрів первинної обмотки трансформатора струму
Визначається поперечний переріз струмопровідної частини первинної обмотки виходячи з заданого значення струму і допустимого значення густини струму для вибраного матеріалу обмотки за формулою
де q1 - значення площі поперечного перерізу первинної обмотки мм2;
I 1ном - первинний струм А;
j1 - допустима густина струму в первинній обмотці Амм2 для мідних провідників у межах 09 12 Амм2 приймається 12 Амм2
q1 = 2000 12 = 16666
По одержаному значенню поперечного перерізу за ГОСТ 434-78 вибирається шина з міді з розмірами сторін 20 х 45 мм і поперечним перетином 892 мм2.
Для того щоб отримати розрахунковий поперечний перетин береться чотири шини і для подальших розрахунків поперечний перетин первинної обмотки буде становити 1784 мм2. Поперечний переріз шини зображено на рисунку 1.
Керуючись заданим значенням первинного струму задається значення первинної магніторушійної сили первинної обмотки (МРС) виходячи з умови що F1ном 1000 A.
Приймається F1ном = 2000 А і визначається кількість витків первинної обмотки
W1ном = F1ном I 1ном (2)
де W1ном - кількість витків у первинній обмотці;
F1ном - прийняте значення МРС первинної обмотки А;
I1ном - номінальне значення струму первинної обмотки А відповідно до завдання 2000 А.
W1ном = 2000 2000 = 1
Конструкція первинної обмотки повинна забезпечувати можливість машинного намотування ізоляції технологічність в виготовленні і без різких виступів та переходів.
Рисунок 1 – Поперечний переріз шини
2 Розрахунок термічної стійкості
Термічна стійкість апарату – це його властивість витримувати короткочасні теплові дії струму короткого замикання. Ця властивість характеризується номінальним струмом термічної стійкості при заданих значеннях часу термічної стійкості. При цьому температура струмопровідних частин апарату в кінці короткого замикання при цих значеннях струму і часу може бути вище допустимої температури номінального режиму роботи.
Для розрахунку термічної стійкості первинної обмотки ТС значення струму термічної стійкості 80000 А і час його дії 2с.
По графіку залежності температури нагріву теплового імпульсу знаходиться гранична температура нагріву.
Для цього знаходиться значення теплового імпульсу (j2 t). Густину струму знаходиться з виразу
де jт.с- густина струму термічної стійкості Амм2;
т.с. - задане значення струму термічної стійкості А;
q1 - площа поперечного перерізу первинної обмотки мм2.
jт.с. = 40103. 1784= 2242
Знаючи густину струму знаходиться добуток (j2 t) і позначається Ак.з..
Визначається тепловий імпульс при дії струму короткого замикання:
Ак.з. = .jт.с2 tт.с (4)
де Ак.з - тепловий імпульс від дії струму короткого замикання А2 смм4;
tт.с - час дії струму термічної стійкості с.
Ак.з. = 22422 2 =01 104
За початкову умову згідно 1 приймається допустима температура тривалого режиму роботи рівна 90С.
Розрахунок проводиться по теплових імпульсах згідно 1 по кривим адіабатного нагрівання для міді. Тепловий імпульс для початкової температури зазначеної вище (позначається Ад) буде складати 17104 Асмм4.
Для знаходження температури первинної обмотки ТС в режимі короткого замикання знаходиться сума
Визначається сумарний тепловий імпульс А
Користуючись графіком згідно 1 визначається відповідна температура. Вона дорівнює 110оС. Температура первинної обмотки ТС в кінці режиму короткого замикання не повинна перевищувати для міді 250С. Так як знайдена температура менше допустимої температури (110 250) то в режимі короткого замикання перегріву не відбувається а первинна обмотка є електротермічно- стійкою.
3 Розрахунок ізоляції між обмотками
Електрична міцність одна із основних характеристик ТС яка визначає його придатність до роботи. Розміри ізоляції суттєво впливають на масу і габарити ТС. Ось чому створення раціональної ізоляції в конструкції має таке важливе значення. В проектованому ТС використовується паперово-масляна ізоляція. Вона забезпечує найбільшу електричну міцність і проста в виконанні в порівнянні з другими видами ізоляції при збереженні порівняно відповідних габаритів.
Розміщення ізоляції виконують в дві ступені. При ступінчатому розміщенні ізоляції частина її наноситься на первинну обмотку а друга частина на вторинну.
Для простої паперово-масляної ізоляції враховуючи присутність випрямляючих електричне поле факторів не підлягаючих розрахунку а також зволоження і старіння ізоляції приймається умовний робочий максимальний градієнт напруги Еmax = (2 4) кВ мм.
За даною номінальною напругою ТС знаходиться найбільша робоча напруга за ГОСТ 1516-76. Значення робочої напруги Up = 252 кВ.
Знаходиться напруга на яку має бути розрахована одна ступінь ізоляції:
де Uст - напруга на яку розрахована ступінь ізоляції кВ;
Up - найбільша робоча напруга кВ;
к - коефіцієнт запасу який враховує виробничі відхилення в якості ізоляції (к = 105 115) приймається 11;
n - кількість ступенів ізоляції.
Uст = 252 11 2= 8011
Користуючись виразом для знаходження максимального градієнта знаходиться радіус зовнішнього циліндра ізоляції (рисунок 2).
Для обраного поперечного перерізу первинної обмотки необхідно визначити по теоремі Піфагора радіус описаної окружності r тобто
де а ; b - сторони обмотки мм;
Визначається зовнішній радіус після намотування ізоляції якщо вона паперово-масляна по формулі
де R - зовнішній радіус після намотування ізоляції мм;
е - підстава натурального логарифма;
Е - напруженість електричного поля тобто градієнт напруги для паперово-масляної ізоляції знаходиться в межах від 2 до 4 кВмм приймається
Знаючи внутрішній радіус r і зовнішній R знаходиться товщина ізоляції первинної обмотки:
де 1 - товщина ізоляції первинної обмотки мм.
Рисунок 2 - Переріз первинної обмотки
Аналогічно визначається ізоляція на вторинній обмотці і товщина ізоляції є подвійною між первинною і вторинною обмотками тоді вона буде становити h=21 h=24223=8446
Знаючи товщину ізоляції перевіряється співвідношення між зовнішнім діаметром первинної (з ізоляцією) і діаметром вікна вторинної обмотки (після ізоляції). Діаметр вікна вторинної обмотки повинен бути більше діаметра первинної обмотки не менше ніж на 5мм. Це необхідно для вільного переміщення первинної обмотки в вікні вторинної під час технологічних операцій при виготовленні ТС.
4 Вибір магнітопроводу і розрахунок параметрів вторинної обмотки
На підставі заданого коефіцієнта трансформації знаходиться номінальна кількість витків вторинної обмотки
W2 ном = 1ном W1 2 ном (11)
де W2 ном- номінальне значення витків вторинної обмотки;
ном- номінальне значення струму вторинної обмотки А.
Поперечний переріз проводу вторинної обмотки знаходиться керуючись формулою густини струму яка для мідного проводу береться в межах від 12 до 195 Амм2.Тоді
q2 = I 2 ном j2 (12)
де q 2 - площа поперечного перерізу проводу вторинної обмотки мм2;
j2 - густина струму для вторинних обмоток ТС Амм2 для мідного проводу знаходиться в межах від 12 до 195 Амм2 приймається 195Амм2.
Для знайденого поперечного перерізу по ГОСТ 16512-80 ПЭЛО приймається провід ПБ з діаметром проводу вторинної обмотки 0502 мм2 по міді з діаметром дроту 08 мм. максимальний діаметр дроту з ізоляцією 095 мм.
Вторинні обмотки ТС розміщуються на магнітопроводах як правило кільцеподібної (спіральної) форми. Розміри магнітопроводів в значній мірі впливають на характеристики ТС. Так для підвищення точності ТС намагаються зменшити середню довжину магнітного шляху або збільшити переріз магнітопроводу. Спіральні магнітопроводи одержують шляхом намотування стрічки (смуги) електротехнічної сталі на оправку яка визначає форму магнітопроводу (круглий овальний) і його внутрішній діаметр який для поперечних розрахунків розраховується по формулі
dв= dш+ 2h + 16 dпр + 2 hіз м + 2 (13)
де dв - внутрішній діаметр магнітопроводу м;
dш - діаметр шини первинної обмотки (струмоведуча частина) мм;
- товщина ізоляції між первинною і вторинною обмотками мм;
dпр - діаметр проводу вторинної обмотки з ізоляцією мм;
hіз м - товщина ізоляції магнітопроводу мм;
- технологічний зазор між первинною і вторинною обмотками мм.
dв=602+28446+16095+205+215=2593
Конструктивно приймається 260 мм.
Висота магнітопроводу задається виходячи із конструктивних міркувань і одержаного в результаті розрахунку поперечного перерізу магнітопроводу обмотки.
Q = 0225 I 2ном Z2ном f W2ном Вmax (14)
де Q - поперечний переріз магнітопроводу м2;
I 2 ном - номінальний вторинний струм А;
Z2 ном - номінальний вторинне навантаження Ом;
F - номінальна частота Гц;
W2 ном - номінальне число витків вторинної обмотки;
Вмакс- амплітудне значення індукції Тл у даному розрахунку знаходиться в межах від 004 до 01 Тл приймається 004 Тл;
- коефіцієнт заповнення перерізу сталлю
Визначається поперечний переріз магнітопроводу м2
Q=022513050200000408=00021
Знаючи поперечний переріз магнітопроводу знаходиться його зовнішній діаметр. Приймається висота магнітопроводу в межах від 4060мм; обирається 50мм.
dз=(2Qhм)+dв+ в (15)
де dз - зовнішній діаметр магнітопроводу мм;
hм - висота магнітопроводумм;
dв - внутрішній діаметр магнітопроводу мм
в - допуск на внутрішній діаметр магнітопроводу мм складає 1535 мм приймається 25 мм.
d3 = ( 2 00021 50 ) + 260+ 25 = 347
Середня довжина магнітного шляху магнітопроводу кільцевої форми знаходиться по формулі
де м- довжина магнітного шляху мм.
м = 314 (357+260) 2 = 95299
Маса сталі яка необхідна для виготовлення магнітопроводу
де М- маса сталі кг;
γ - густина матеріалу магнітопроводу кгм3 (для електротехнічної сталі 7650 кгм3);
- коефіцієнт заповнення перерізу сталлю приймаємо 095.
М = 00021 095 7650 08 = 122
На ізольований магнітопровід намотується вторинна обмотка. золяцію магнітопроводу виконуємо складеним трансформаторним папером (ТВ 120) з перекриттям полоси не менш як на половину.
Намотуючи вторинну обмотку розміщують її витки рівномірно по всьому периметру магнітопроводу. Якщо це вдається то довжину намотки по магнітопроводу знаходять так
= (dв - 2 hіз.м.) (18)
де - довжина намотки м;
dв - внутрішній діаметр магнітопроводум;
hіз.м - товщина ізоляції магнітопроводу м.
= 314 (260-2*0 5) = 81326=0813
Знаючи довжину магнітопроводу на якій буде розміщений провід вторинної обмотки та діаметр проводу з ізоляцією знаходиться кількість витків які можливо розмістити на цій довжині
де W2 1 - можлива кількість витків;
Kу - коефіцієнт якості укладки проводу вторинної обмотки (09 095) приймається 095;
dпр - діаметр проводу з ізоляцією м
W21 = 0813095095=813
Приймається 646 витків.
Якщо W21W2 то провід вторинної обмотки розміщується на магнітопроводі в декілька шарів число яких знаходиться так
m = W2 ном W2 1 (20)
Приймається чотири шари.
Середня довжина проводу витка вторинної обмотки знаходиться в відповідності з розмірами перерізу магнітопроводу або за формулою
=d3–dв+2hм+4Kdпр+0012 (21)
де 2 - середня довжина витка проводу обмотки м;
hм - висота магнітопроводу м;
K - коефіцієнт для трьохшарової обмотки дорівнює 325.
= 347-260+240+4325095*10-3 +0012=017
Після цього знаходиться активний та індуктивний опір вторинної обмотки.
Активний опір вторинної обмотки з урахуванням нагріву
де r2 - значення активного опору Ом;
t - питомий електричний опір проводу вторинної обмотки з урахуванням нагріву Ом м;
q2 - площа перерізу проводу вторинної обмотки м2.
r2 =22 10-8 017 2000 05110-6 = 146
ндуктивний опір вторинної обмотки при її рівномірному розміщенні по магнітопроводу рівняється нулю.
Активний опір навантаження вторинної обмотки знаходиться
де r2н - активний опір навантаження вторинної обмотки Ом;
Z2ном- номінальне навантаження вторинної обмотки Ом;
cos2 - коефіцієнт потужності навантаження.
Аналогічно індуктивний опір навантаження Ом
х2н = Z2ном sin z (24)
Повний опір вторинного ланцюгу обмотки і навантаження знаходиться по формулі
п = (r2 + r2н)2 + (х2 + х2н )2 (25)
де 2п - повний опір вторинного ланцюгу Ом.
п= (146 + 24 )2 + 182 =426
Кут зсуву фаз між вторинним струмом 2 і вторинною ЕРС Еz знаходиться по формулі
= arctg (x2 + x2н ) (r2 + r2н) (26)
= arctg 18 (146+24) = 25
5 Розрахунок похибок
Дійсне значення вторинного струму завжди має відхилення від номінального значення тому що мають місце втрати енергії в самому трансформаторі.
Розпізнають похибку по струму і по куту.
Розрахунок похибок ТС на практиці проводять для двох найбільш важких режимів роботи:
- для 5% первинного струму і 100% вторинного навантаження для гірших сортів сталі;
- для 120% первинного струму і 25% вторинного навантаження при кращих сортах сталі.
В першому випадку матимемо найбільшу мінусову а в другому – найбільшу плюсову похибки.
Розрахунок найбільшої мінусової похибки проводиться в такій послідовності.
Знаходиться значення струму в первинній обмотці для першого режиму роботи
I1 = 005 I 1ном (27)
де I1- значення струму первинної обмотки А.
Знаходиться значення МРС первинної обмотки А
де F1- первинна МРС при розрахунку негативної похибки А.
Струм для вторинної обмотки знаходиться по формулі
I2= 005 I 2ном. (29)
де I 2 - значення струму вторинної обмотки в першому режимі А.
Знаходиться значення ЕРС вторинної обмотки В
де Е2 - вторинна ЕРС В.
Знаходиться максимальне значення індукції для цього режиму Тл по формулі
Bмакс = 45 10-3 Е2 W2ном Q (31)
де B макс - максимальне значення індукції Тл;
Q - площа поперечного перерізу магнітопроводу м2.
B макс = 45 10-3 213 2000 21 10-3 = 00022
По таблиці згідно [1] для знайденого значення магнітної індукції знаходиться питома МРС намагнічування гірших сортів електротехнічної сталі: Fо.пт. = 0302 Ам
Знаючи питому МРС намагнічування знаходиться повне значення МРС А
де Fо - повне значення МРС А;
Fо.пт - питома МРС намагнічування Ам.
Fо = 0302 095 = 02869
По таблиці згідно [1] для значення індукції знаходиться значення кута втрат для гірших сортів сталі який становить 250.
Проводиться розрахунок номінальної струмової похибки
fi=Fоsin(+)100F1 (33)
fi = 02869sin ( 492+25 ) 100100 = 014
Знаходиться похибка по куту
=F0cos(+)3440F1 (34)
= 02869cos (492+25)3440100 = 85
Розрахунок плюсової похибки проводиться в такій послідовності:
- знаходиться активний опір навантаження для другого режиму роботи трансформатора струму Ом
r2H=025Z2номcos2 (35)
- індуктивний опір навантаження для цього режиму роботи
х2Н = 025 Z2ном sin 2 (36)
Знаходиться повний опір вторинного ланцюгу обмотки і навантаження з урахуванням умов другого режиму роботи
п = ( 146 + 6 )2 + 452=2108
Кут зcуву фаз між вторинним струмом і вторинної ЕРС знаходиться за формулою (27)
= arctg 45 (146+6 ) = 123
Значення струму в первинній обмотці для другого режиму роботи знаходиться з виразу
Знаходиться значення МРС первинної обмотки
де F1 - значення МРС первинної обмотки А.
Струм вторинної обмотки в другому режимі роботи знайдеться так
де 2- значення струму вторинної обмотки А.
Знаходиться значення ЕРС вторинної обмотки для другого режиму роботи за формулою (31)
Знаходиться значення магнітної індукції за формулою (32)
Bmax = 45 10-3 6324 2000 21 10-3 = 00067
По таблиці для знайденого значення магнітної індукції згідно [1] знаходиться питома МРС намагнічування для кращих сортів електротехнічної сталі Ам: Fо.пит = 055
Знаючи питому МРС намагнічування знаходиться повне значення МРС потім по кривій кута втрат для знайденого вище значення індукції згідно [1] знаходиться значення кута для кращих сортів сталі яке становить 123о.
Проводиться розрахунок номінальної струмової похибки другого режиму роботи за формулою (33)
fi =05sin (1026+123)100 2400 = 0007
похибки по куту формулою (34)
= 05cos (1026+123) 3440 2400 = 066
Отримані значення номінальної струмової похибки і по куту зрівнюються з допустимими значеннями по ДСТУ ГОСТ 7746 – 2003 і знаходиться що розрахований трансформатор струму відповідає класу точності 02.
7 Розрахунок граничної кратності
Для захисних і комбінованих ТС найвідповідальніший режим роботи наступає при різкому підвищенні струму в первинній обмотці яке відбувається як правило при короткому замиканні в електричній мережі. ТС повинен забезпечити в цьому випадку надійну роботу релейного захисту тобто давати вторинний струм похибка якого не перебільшує 5-10%.
Зважаючи що кратність первинного і вторинного струмів однакова з формули для визначення магнітної індукції знаходиться граничну кратність
Кгр = Вгр W2 Q 0225 I2ном Z2П (40)
де Кгр - гранична кратність;
Вгр - гранична магнітна індукція Тл.
Граничне значення магнітної індукції не повинно перевищувати 18 Тл для магнітопроводів кільцевої форми виготовлених з електротехнічних сталей марок 3412 методом спіральної навивки.
Кгр = 18 50 2000 00021 0225 1 426 = 3943
По значенню індукції використовуючи залежність Fо. пт =f(Bгр ) знаходиться питома МРС Fо. пт = 670 Ам.
Потім знаходиться повне значення МРС намагнічування А
Значення МРС первинної обмотки знаходиться по формулі А
F1 = Kгр . F1ном (43)
F1 = 3943 2000 = 78860
Знаючи значення МРС намагнічування і первинної обмотки проводиться розрахунок повної похибки
= 100 6365 78860 = 08
Так як повна струмова похибка не перебільшує 10% то розраховане значення граничної кратності приймається.
8 Розрахунок напруги на розімкнених кінцях вторинної обмотки
При розмиканні вторинної обмотки працюючого ТС в його вторинному ланцюгу зникає струм і як слідство зникає його розмагнічуючи дія на магнітопровід. Первинний струм при цьому стає намагнічуючим тобто I1 = I0. Це приводить до появи великої ЕРС у вторинній обмотці і до сильного насичення заліза магнітопроводу.
Для знаходження напруги на розімкнутих кінцях вторинної обмотки необхідно знайти значення питомої МРС намагнічування цього режиму роботи трансформатора струму:
Fо.пт = 2000. 0 95 = 210526
За [1] використовується залежність питомої напруги від питомої МРС намагнічування Епт = f(Fо пт) для заданої марки сталі знаходиться значення питомої напруги Еопт = 25 кВм2
Напруга на розімкнутих кінцях вторинної обмотки розраховується за формулою
Е2 = Е.пт. W2 Q (46)
де Е.пт – питома напруга що припадає на один виток вторинної обмотки по відношенню до 1м2 поперечного перерізу магнітопроводу яка індукується в розімкнутій вторинній обмотці Вм2.
F2 =25103 2000 00021 = 10500
Напруга на розімкнутих кінцях вторинної обмотки може досягти високих значень (до десятків кіловольт) що показує на аварійність цього режиму для ТС.
Так як у працюючого ТС напруга вторинної обмотки при розімкнутих її кінцях перевищує 350 В то на трансформаторі розміщується попереджувальна табличка: УВАГА! НЕБЕЗПЕЧНО! НА РОЗМКНУТЙ ОБМОТЦ ВИСОКА НАПРУГА!

Курсовой.docx

Одним з найважливіших параметрів електричного кола є струм що протікає в ньому. Вимірювання струму здійснюється вимірювальними приладами - амперметрами. х безпосереднє вмикання в електричну мережу можливе лише при номінальній напрузі що не перевищує 220 В. При більш високих напругах під’єднання вимірювальних приладів до мережі недопустиме за умов ізоляції і безпеки обслуговуючого персоналу. Прилади для безпосереднього підключення в мережу високої напруги були б занадто великими за ізоляційними відстанями а при напрузі 35 кВ і вище їх виготовлення взагалі неможливе.
Тому вимірювальні прилади та деякі електричні апарати під’єднуються за допомогою вимірювальних проміжних виробів – трансформаторів струму.
Підвищуються номінальні напруга і струми енергоустаткування встановлюваного в енергосистемах. У зв'язку з об'єднанням енергосистем значно збільшуються струми короткого замикання усе це приводить до необхідності створення нового високовольтного обладнання одним з видів якого є трансформатори струму.
Трансформатор струму дозволяє вимірювати і враховувати струм високої напруги приладами низької напруги доступними для безпосереднього спостереження обслуговуючим персоналом. При цьому в його вторинне коло включаються амперметри струмові обмотки ватметрів лічильників і т.д.
Крім вимірювальних трансформаторів струму існують і трансформатори струму для захисту. Вбільшості випадків ці функції суміщуються.
При виготовлення трансформаторів струму дуже важливо якісно провести виготовлення елементів його конструкції. Тому тема курсового проекту "Трансформатор струму на Uном= 220 кВ I1 ном= 1000 А I2 ном= 1 А
1 Огляд існуючих конструкцій трансформаторів
За призначенням трансформатори струму (ТС) поділяються: для вимірів і для захисту. У більшості випадках ці функції сполучаються в одному трансформаторі. Трансформатори струму призначені для зовнішньої та внутрішньої установки у відкритих розподільчих пристроях для передачі сигналу вимірювальної інформації вимірювальним приладам і пристроям захисту і керування в установках змінного струму.
Трансформатори струму відрізняються по конструктивному виконанню по роду ізоляції між первинною і вторинною обмотками.
По роду ізоляції бувають: з литою повітряною масляною і газоподібною (елегазової) ізоляцією.
По конструктивному виконанню можна виділити наступні групи трансформаторів струму: котушкові шинні ланкові петлеві римовидні опорні.
Трансформатори струму напругою до 35 кВ застосовуються для внутрішньої установки. В них переважно використовуються ізоляція з епоксидних компаундів (лита) що утворить ізоляційний блок у якому залиті первинна і вторинна обмотки а іноді і магнітопровід.
Трансформатор струму однофазний котушковий з литою ізоляцією призначений для вбудовування у вибухонебезпечних комплектних розподільчих пристроях для вугільних і сланцевих шахт. Його особливістю є наявність додаткової обмотки для перевірки пристроїв максимального струмового захисту що повинний бути розімкнутий при роботі трансформатору.
Трансформатор струму серії ТШЛ (шинний з литою ізоляцією) вбудовується в закриті пофазно екрановані струмопроводи чи розподільчі пристрої. Два магнітопроводи з вторинними обмотками захищені епоксидним компаундом і утворюють блок. Вони виготовляються в алюмінієвих корпусах і без корпусів. Між зовнішнім діаметром шини і внутрішнім діаметром ізоляційного блоку залишається невеликий повітряний зазор адже в трансформаторах застосовується комбінована ізоляція (повітряно-епоксидний компаунд).
Котушкові трансформатори струму є найпростішими як первинна так і вторинна обмотки їх виконуються у виді котушок намотаних на відповідні ізоляційні каркаси.
Прохідні багатовиткові трансформатори струму знаходять застосування в розподільчих пристроях на 6 35 кВ. Прохідна конструкція має в даному випадку особливу цінність тому що в закритих розподільних пристроях можливість «пройти» трансформатором через перекриття чи стіну дозволяє заощадити відповідний прохідний ізолятор.
Прохідні стрижневі трансформатори струму примітні тим що первинна обмотка проходить через вікно магнітопроводу тільки один раз.
Шинні трансформатори мають конструкцію в яку входять магнітопровід з вторинними обмотками і головною ізоляцією відповідно даній номінальній напрузі а первинна обмотка як конструктивний елемент відсутня.
Трансформатори струму на напругу вище 35 кВ призначені для зовнішньої установки і мають чисто паперово-масляну конденсаторну ізоляцію накладену тільки на первинну обмотку або тільки на вторинну або одночасно на дві обмотки приблизно навпіл. Обмотки з ізоляцією розташовуються усередині фарфорової покришки заповненої трансформаторним маслом.
Для трансформаторів на напругу вище 35 кВ застосовуються три види обмоток:
- ланкова що складається з двох ланок просмикнутих одна в іншу; однією ланкою є магнітопровід з намотаною на нього вторинною обмоткою а інша - первинна обмотка просмикнута крізь вікно магнітопроводу. Внутрішня ізоляція з паперової стрічки розподілена рівно між первинною і вторинною обмотками;
- петлева конфігурація первинної обмотки має ту особливість що на неї накладається майже уся внутрішня ізоляція конденсаторного типу. Магнітопровід із вторинною обмоткою надівається на ізольовану первинну обмотку;
- римовидна у якій уся внутрішня ізоляція конденсаторного типу накладається на магнітопровід із вторинною обмоткою. Один-три витка первинної обмотки пропускаються у вікно магнітопроводу з вторинною обмоткою.
У трансформаторах струму на номінальну напругу 110 кВ і вище передбачається захист масла від зволоження що виключає його безпосереднє зіткнення з зовнішнім повітрям за допомогою повітряно-сушильного силікагелевого фільтра чи еластичної діафрагми (оболонки).
Трансформатори з елегазовою ізоляцією випускаються на напругу
0 500 кВ і містять декілька вторинних обмоток одна з яких призначена для виміру а інші для захисту. Верхня частина трансформатору складається з корпусу що знаходиться під робочим тиском інертного ізолюючого газу (елегазу). Внутрішня порожнина трансформатору заповнена елегазом чи елегазовою сумішшю що служить ізолюючим і тепловідводним середовищем. Для захисту трансформатору від руйнівного підвищення тиску в корпус трансформатора вмонтована мембрана.
Трансформатор струму з паперово-масляною ізоляцією на відміну від елегазового більш простий в експлуатації і менш коштовний у виготовленні тому має ширше застосування. Конструкцію і розрахунок трансформатора струму буде розглянуто далі при виконанні курсового проекту.
2 Призначення та конструктивна будова проектуємого трансформатора
Трансформатор на напругу 220кВ призначений для передачі сигналу вимірювальної інформації приладів вимірювання захисту автоматики сигналізації і управління в електричних ланцюгах змінного струму частоти 50Гц.
Трансформатор струму на 220 кВ відносяться до трансформаторів ланкової конструкції з паперово-масляною ізоляцією.
Трансформатор складається з первинної і вторинної обмоток ізольованих трансформаторним папером і поміщених в фарфорову покришку заповнену трансформаторним маслом.
Вторинні обмотки ізольовані одна від одної і поміщені в загальну паперову ізоляцію. Під ізоляцією закріплена металева підставка за допомогою якої вторинні обмотки встановленні на цоколі.
Опорою трансформатора на який монтується елементи його конструкції є цоколь. Цоколь представляє собою зварну конструкцію. До верхньої плити цоколя за допомогою натискного хомута шпильок і ексцентрикових сухарів кріпиться фарфорова покришка яка є ізоляційним корпусом трансформатора. Сухарі забезпечують рівномірний тиск при механічному ущільненні фарфорової покришки з цоколем через гумову кільце а ексцентриситет потрібен щоб вибрати зазори які виникають через неточні розміри фарфору.
Коробка виводів вторинних обмоток розташована на одній із стінок цоколя. У нижній частині коробки виводів є отвори для установки двох кабельних муфт. Кабельні муфти мають отвори діаметром 25 мм для роз'єднання і кріплення кабелів відповідних до виводів вторинних обмоток. Коробка вторинних виводів закрита кришкою на якій знаходиться табличка трансформатора.
Первинна обмотка являє собою петлю з гнучкої ізольованої шини. Вона охоплює комплект вторинних обмоток і також ізольована трансформаторним папером. Таким чином вся необхідна товщина трансформаторного паперу розподілена між первинною і вторинною обмотками що конструктивно нагадує ланки ланцюга. Звідси і назва конструкції трансформатора – ланкова. Кількість паралельних шин (проводів) в первинній обмотці і кількість паралельних витків обирається в залежності від номінального первинного струму.
Первинна обмотка підтягується до вторинних обмоток і фіксується в цьому положенні за допомогою обмоткотримача який закріплений в середині обмотки на стрижні що проходить через маслорозширник який встановлений на фарфоровій покришці. Маслорозширник забезпечує необхідний рівень масла під обмоткою при коливанні температури. Для спостереження за рівнем масла встановлений масловказівник . На розширювачі трансформатора встановлений повітросушувач - волого поглинаючий фільтр який являє собою скляний циліндр заповнений силікагелем. Силікагель – особлива речовина яка має властивість поглинати вологу з повітря. При пониженні рівня масла у розширнику зовнішнє повітря яке входить через повітря осушувач осушується силікагелем. Силікагель повинен систематично замінюватись у міру його насичення вологою: визначається за змінною кольору силікагелю з блакитного на рожевий.
Зверху маслорозширник закривається з’ємною металевою кришкою. Для ущільнення між маслорозширником і фарфоровою покришкою встановлена гумова прокладка.
Для підйому трансформаторів на цоколі є чотири кільця.
3 Вихідні дані для розрахунків
Вихідними даними для проектування трансформатора є:
- номінальна напруга Uном кВ – 220;
- номінальний первинний струм 1ном А – 1000;
- номінальний вторинний струм 2ном А – 1;
- номінальне навантаження Z2ном В·А – 50;
- струм термічної стійкості т.с. кА – 20;
- тривалість струму термічної стійкості tт.с. с – 3 ;
- коефіцієнт навантаження cos φ – 0.8.
1 Розрахунок параметрів первинної обмотки трансформатора струму
Визначається поперечний переріз струмопровідної частини первинної обмотки виходячи з заданого значення струму і допустимого значення густини струму для вибраного матеріалу обмотки за формулою
де q1 - значення площі поперечного перерізу первинної обмотки мм2;
I 1ном - первинний струм А;
j1 - допустима густина струму в первинній обмотці Амм2 для мідних провідників у межах 09 12 Амм2 приймається 12 Амм2
По одержаному значенню поперечного перерізу за ГОСТ 434-78 вибирається шина з міді з розмірами сторін 7 х 30 мм і поперечним перетином 208 мм2.
Для того щоб отримати розрахунковий поперечний перетин береться чотири шини і для подальших розрахунків поперечний перетин первинної обмотки буде становити 832 мм2. Поперечний переріз шини зображено на рисунку 1.
Керуючись заданим значенням первинного струму задається значення первинної магніторушійної сили первинної обмотки (МРС) виходячи з умови що F1ном 1000 A.
Приймається F1ном = 1000 А і визначається кількість витків первинної обмотки
W1ном = F1ном I 1ном (2)
де W1ном - кількість витків у первинній обмотці;
F1ном - прийняте значення МРС первинної обмотки А;
I1ном - номінальне значення струму первинної обмотки А відповідно до завдання 1000 А.
W1ном = 1000 1000 = 1
Конструкція первинної обмотки повинна забезпечувати можливість машинного намотування ізоляції технологічність в виготовленні і без різких виступів та переходів.
Рисунок 1 – Поперечний переріз шини
2 Розрахунок термічної стійкості
Термічна стійкість апарату – це його властивість витримувати короткочасні теплові дії струму короткого замикання. Ця властивість характеризується номінальним струмом термічної стійкості при заданих значеннях часу термічної стійкості. При цьому температура струмопровідних частин апарату в кінці короткого замикання при цих значеннях струму і часу може бути вище допустимої температури номінального режиму роботи.
Для розрахунку термічної стійкості первинної обмотки ТС значення струму термічної стійкості 20000 А і час його дії 3с.
По графіку залежності температури нагріву теплового імпульсу знаходиться гранична температура нагріву.
Для цього знаходиться значення теплового імпульсу (j2 t). Густину струму знаходиться з виразу
де jт.с- густина струму термічної стійкості Амм2;
т.с. - задане значення струму термічної стійкості А;
q1 - площа поперечного перерізу первинної обмотки мм2.
jт.с. = 20103. 832= 2403
Знаючи густину струму знаходиться добуток (j2 t) і позначається Ак.з..
Визначається тепловий імпульс при дії струму короткого замикання:
Ак.з. = .jт.с2 tт.с (4)
де Ак.з - тепловий імпульс від дії струму короткого замикання А2 смм4;
tт.с - час дії струму термічної стійкості с.
Ак.з. = 24032 3 =0173 104
За початкову умову згідно 1 приймається допустима температура тривалого режиму роботи рівна 90С.
Розрахунок проводиться по теплових імпульсах згідно 1 по кривим адіабатного нагрівання для міді. Тепловий імпульс для початкової температури зазначеної вище (позначається Ад) буде складати 17104 Асмм4.
Для знаходження температури первинної обмотки ТС в режимі короткого замикання знаходиться сума
Визначається сумарний тепловий імпульс А
А= (17+0173)104=1873104
Користуючись графіком згідно 1 визначається відповідна температура. Вона дорівнює 110оС. Температура первинної обмотки ТС в кінці режиму короткого замикання не повинна перевищувати для міді 250С. Так як знайдена температура менше допустимої температури (110 250) то в режимі короткого замикання перегріву не відбувається а первинна обмотка є електротермічно- стійкою.
3 Розрахунок ізоляції між обмотками
Електрична міцність одна із основних характеристик ТС яка визначає його придатність до роботи. Розміри ізоляції суттєво впливають на масу і габарити ТС. Ось чому створення раціональної ізоляції в конструкції має таке важливе значення. В проектованому ТС використовується паперово-масляна ізоляція. Вона забезпечує найбільшу електричну міцність і проста в виконанні в порівнянні з другими видами ізоляції при збереженні порівняно відповідних габаритів.
Розміщення ізоляції виконують в дві ступені. При ступінчатому розміщенні ізоляції частина її наноситься на первинну обмотку а друга частина на вторинну.
Для простої паперово-масляної ізоляції враховуючи присутність випрямляючих електричне поле факторів не підлягаючих розрахунку а також зволоження і старіння ізоляції приймається умовний робочий максимальний градієнт напруги Еmax = (2 4) кВ мм.
За даною номінальною напругою ТС знаходиться найбільша робоча напруга за ГОСТ 1516-76. Значення робочої напруги Up = 252 кВ.
Знаходиться напруга на яку має бути розрахована одна ступінь ізоляції:
де Uст - напруга на яку розрахована ступінь ізоляції кВ;
Up - найбільша робоча напруга кВ;
к - коефіцієнт запасу який враховує виробничі відхилення в якості ізоляції (к = 105 115) приймається 115;
n - кількість ступенів ізоляції.
Uст = 252 115 2= 8366
Користуючись виразом для знаходження максимального градієнта знаходиться радіус зовнішнього циліндра ізоляції (рисунок 2).
Для обраного поперечного перерізу первинної обмотки необхідно визначити по теоремі Піфагора радіус описаної окружності r тобто
де а ; b - сторони обмотки мм;
Визначається зовнішній радіус після намотування ізоляції якщо вона паперово-масляна по формулі
де R - зовнішній радіус після намотування ізоляції мм;
е - підстава натурального логарифма;
Е - напруженість електричного поля тобто градієнт напруги для паперово-масляної ізоляції знаходиться в межах від 2 до 4 кВмм приймається
Знаючи внутрішній радіус r і зовнішній R знаходиться товщина ізоляції первинної обмотки:
де 1 - товщина ізоляції первинної обмотки мм.
Рисунок 2 - Переріз первинної обмотки
Аналогічно визначається ізоляція на вторинній обмотці і товщина ізоляції є подвійною між первинною і вторинною обмотками тоді вона буде становити h=21 h=25828=11656
Знаючи товщину ізоляції перевіряється співвідношення між зовнішнім діаметром первинної (з ізоляцією) і діаметром вікна вторинної обмотки (після ізоляції). Діаметр вікна вторинної обмотки повинен бути більше діаметра первинної обмотки не менше ніж на 5мм. Це необхідно для вільного переміщення первинної обмотки в вікні вторинної під час технологічних операцій при виготовленні ТС.
4 Вибір магнітопроводу і розрахунок параметрів вторинної обмотки
На підставі заданого коефіцієнта трансформації знаходиться номінальна кількість витків вторинної обмотки
W2 ном = 1ном W1 2 ном (11)
де W2 ном- номінальне значення витків вторинної обмотки;
ном- номінальне значення струму вторинної обмотки А.
Поперечний переріз проводу вторинної обмотки знаходиться керуючись формулою густини струму яка для мідного проводу береться в межах від 12 до 195 Амм2.Тоді
q2 = I 2 ном j2 (12)
де q 2 - площа поперечного перерізу проводу вторинної обмотки мм2;
j2 - густина струму для вторинних обмоток ТС Амм2 для мідного проводу знаходиться в межах від 12 до 195 Амм2 приймається 195Амм2.
Для знайденого поперечного перерізу по ГОСТ 16512-80 ПЭЛО приймається провід ПБ з діаметром проводу вторинної обмотки 054 мм2 по міді з діаметром дроту 083 мм. максимальний діаметр дроту з ізоляцією 098 мм.
Вторинні обмотки ТС розміщуються на магнітопроводах як правило кільцеподібної (спіральної) форми. Розміри магнітопроводів в значній мірі впливають на характеристики ТС. Так для підвищення точності ТС намагаються зменшити середню довжину магнітного шляху або збільшити переріз магнітопроводу. Спіральні магнітопроводи одержують шляхом намотування стрічки (смуги) електротехнічної сталі на оправку яка визначає форму магнітопроводу (круглий овальний) і його внутрішній діаметр який для поперечних розрахунків розраховується по формулі
dв= dш+ 2h + 16 dпр + 2 hіз м + 2 (13)
де dв - внутрішній діаметр магнітопроводу м;
dш - діаметр шини первинної обмотки (струмоведуча частина) мм;
- товщина ізоляції між первинною і вторинною обмотками мм;
dпр - діаметр проводу вторинної обмотки з ізоляцією мм;
hіз м - товщина ізоляції магнітопроводу мм;
- технологічний зазор між первинною і вторинною обмотками мм.
dв=4102+211656+16098+205+215=32082
Конструктивно приймається 321 мм.
Висота магнітопроводу задається виходячи із конструктивних міркувань і одержаного в результаті розрахунку поперечного перерізу магнітопроводу обмотки.
Q = 0225 I 2ном Z2ном f W2ном Вmax (14)
де Q - поперечний переріз магнітопроводу м2;
I 2 ном - номінальний вторинний струм А;
Z2 ном - номінальний вторинне навантаження Ом;
F - номінальна частота Гц;
W2 ном - номінальне число витків вторинної обмотки;
Вмакс- амплітудне значення індукції Тл у даному розрахунку знаходиться в межах від 004 до 01 Тл приймається 01 Тл;
- коефіцієнт заповнення перерізу сталлю
Визначається поперечний переріз магнітопроводу м2
Q=022515050100001095=00023
Знаючи поперечний переріз магнітопроводу знаходиться його зовнішній діаметр. Приймається висота магнітопроводу в межах від 4060мм; обирається 50мм.
dз=(2Qhм)+dв+ в (15)
де dз - зовнішній діаметр магнітопроводу мм;
hм - висота магнітопроводумм;
dв - внутрішній діаметр магнітопроводу мм
в - допуск на внутрішній діаметр магнітопроводу мм складає 1535 мм приймається 35 мм.
d3 = ( 2 00023 005 ) + 032+ 00035 = 0415
Середня довжина магнітного шляху магнітопроводу кільцевої форми знаходиться по формулі
де м- довжина магнітного шляху мм.
м = 314 (321+415) 2 = 115552
Маса сталі яка необхідна для виготовлення магнітопроводу
де М- маса сталі кг;
γ - густина матеріалу магнітопроводу кгм3 (для електротехнічної сталі 7650 кгм3);
- коефіцієнт заповнення перерізу сталлю приймаємо 095.
М = 00023 1155 7650 095 = 193
На ізольований магнітопровід намотується вторинна обмотка. золяцію магнітопроводу виконуємо складеним трансформаторним папером (ТВ 120) з перекриттям полоси не менш як на половину.
Намотуючи вторинну обмотку розміщують її витки рівномірно по всьому периметру магнітопроводу. Якщо це вдається то довжину намотки по магнітопроводу знаходять так
= (dв - 2 hіз.м.) (18)
де - довжина намотки м;
dв - внутрішній діаметр магнітопроводум;
hіз.м - товщина ізоляції магнітопроводу м.
= 314 (320-2*0 005) = 10047
Знаючи довжину магнітопроводу на якій буде розміщений провід вторинної обмотки та діаметр проводу з ізоляцією знаходиться кількість витків які можливо розмістити на цій довжині
де W2 1 - можлива кількість витків;
Kу - коефіцієнт якості укладки проводу вторинної обмотки (09 095) приймається 095;
dпр - діаметр проводу з ізоляцією м
W21 = 10047095098=974
Приймається 974 витків.
Якщо W21W2 то провід вторинної обмотки розміщується на магнітопроводі в декілька шарів число яких знаходиться так
m = W2 ном W2 1 (20)
Приймається два шари.
Середня довжина проводу витка вторинної обмотки знаходиться в відповідності з розмірами перерізу магнітопроводу або за формулою
=d3–dв+2hм+4Kdпр+0012 (21)
де 2 - середня довжина витка проводу обмотки м;
hм - висота магнітопроводу м;
K - коефіцієнт для трьохшарової обмотки дорівнює 325.
= 041-032+2005+4225095*10-3 +0012=02105
Після цього знаходиться активний та індуктивний опір вторинної обмотки.
Активний опір вторинної обмотки з урахуванням нагріву
де r2 - значення активного опору Ом;
t - питомий електричний опір проводу вторинної обмотки з урахуванням нагріву Ом м;
q2 - площа перерізу проводу вторинної обмотки м2.
r2 =22 10-8 0211 1000 05410-6 = 859
ндуктивний опір вторинної обмотки при її рівномірному розміщенні по магнітопроводу рівняється нулю.
Активний опір навантаження вторинної обмотки знаходиться
де r2н - активний опір навантаження вторинної обмотки Ом;
Z2ном- номінальне навантаження вторинної обмотки Ом;
cos2 - коефіцієнт потужності навантаження.
Аналогічно індуктивний опір навантаження Ом
х2н = Z2ном sin z (24)
Повний опір вторинного ланцюгу обмотки і навантаження знаходиться по формулі
п = (r2 + r2н)2 + (х2 + х2н )2 (25)
де 2п - повний опір вторинного ланцюгу Ом.
п= (859 + 40 )2 + 302 = 5710
Кут зсуву фаз між вторинним струмом 2 і вторинною ЕРС Еz знаходиться по формулі
= arctg (x2 + x2н ) (r2 + r2н) (26)
= arctg 30 (859+40) = 316 0
5 Розрахунок похибок
Дійсне значення вторинного струму завжди має відхилення від номінального значення тому що мають місце втрати енергії в самому трансформаторі.
Розпізнають похибку по струму і по куту.
Розрахунок похибок ТС на практиці проводять для двох найбільш важких режимів роботи:
- для 5% первинного струму і 100% вторинного навантаження для гірших сортів сталі;
- для 120% первинного струму і 25% вторинного навантаження при кращих сортах сталі.
В першому випадку матимемо найбільшу мінусову а в другому – найбільшу плюсову похибки.
Розрахунок найбільшої мінусової похибки проводиться в такій послідовності.
Знаходиться значення струму в первинній обмотці для першого режиму роботи
I1 = 005 I 1ном (27)
де I1- значення струму первинної обмотки А.
Знаходиться значення МРС первинної обмотки А
де F1- первинна МРС при розрахунку негативної похибки А.
Струм для вторинної обмотки знаходиться по формулі
I2= 005 I 2ном. (29)
де I 2 - значення струму вторинної обмотки в першому режимі А.
Знаходиться значення ЕРС вторинної обмотки В
де Е2 - вторинна ЕРС В.
Знаходиться максимальне значення індукції для цього режиму Тл по формулі
Bмакс = 45 10-3 Е2 W2ном Q (31)
де B макс - максимальне значення індукції Тл;
Q - площа поперечного перерізу магнітопроводу м2.
B макс = 45 10-3 285 1000 23 10-3 = 00052
По таблиці згідно [1] для знайденого значення магнітної індукції знаходиться питома МРС намагнічування гірших сортів електротехнічної сталі: Fо.пт. = 0622 Ам
Знаючи питому МРС намагнічування знаходиться повне значення МРС А
де Fо - повне значення МРС А;
Fо.пт - питома МРС намагнічування Ам.
Fо = 0622 1155 = 071
По таблиці згідно [1] для значення індукції знаходиться значення кута втрат для гірших сортів сталі який становить 9230.
Проводиться розрахунок номінальної струмової похибки
fi=Fоsin(+)100F1 (33)
fi = 071sin ( 923+316 ) 10050 = 092
Знаходиться похибка по куту
=F0cos(+)3440F1 (34)
= 071cos (923+316 )344050 = 3697
Розрахунок плюсової похибки проводиться в такій послідовності:
- знаходиться активний опір навантаження для другого режиму роботи трансформатора струму Ом
r2H=025Z2номcos2 (35)
- індуктивний опір навантаження для цього режиму роботи
х2Н = 025 Z2ном sin 2 (36)
Знаходиться повний опір вторинного ланцюгу обмотки і навантаження з урахуванням умов другого режиму роботи
п = (859 + 10 )2 + 752=2004
Кут зcуву фаз між вторинним струмом і вторинної ЕРС знаходиться за формулою (27)
= arctg 75 (859+10) = 21970
Значення струму в первинній обмотці для другого режиму роботи знаходиться з виразу
Знаходиться значення МРС первинної обмотки
де F1 - значення МРС первинної обмотки А.
Струм вторинної обмотки в другому режимі роботи знайдеться так
де 2- значення струму вторинної обмотки А.
Знаходиться значення ЕРС вторинної обмотки для другого режиму роботи за формулою (31)
Знаходиться значення магнітної індукції за формулою (32)
Bmax = 45 10-3 2404 1000 00023 = 0047
По таблиці для знайденого значення магнітної індукції згідно [1] знаходиться питома МРС намагнічування для кращих сортів електротехнічної сталі Ам: Fо.пит = 221
Знаючи питому МРС намагнічування знаходиться повне значення МРС потім по кривій кута втрат для знайденого вище значення індукції згідно [1] знаходиться значення кута для кращих сортів сталі яке становить 123о.
Проводиться розрахунок номінальної струмової похибки другого режиму роботи за формулою (33)
fi =255sin (123+2197)100 1200 = 011
похибки по куту формулою (34)
= 255cos (123+2197) 3440 1200 = 606
Отримані значення номінальної струмової похибки і по куту зрівнюються з допустимими значеннями по ДСТУ ГОСТ 7746 – 2003 і знаходиться що розрахований трансформатор струму відповідає класу точності 02.
6 Розрахунок граничної кратності
Для захисних і комбінованих ТС найвідповідальніший режим роботи наступає при різкому підвищенні струму в первинній обмотці яке відбувається як правило при короткому замиканні в електричній мережі. ТС повинен забезпечити в цьому випадку надійну роботу релейного захисту тобто давати вторинний струм похибка якого не перебільшує 5-10%.
Зважаючи що кратність первинного і вторинного струмів однакова з формули для визначення магнітної індукції знаходиться граничну кратність
Кгр = Вгр W2 Q 0225 I2ном Z2П (40)
де Кгр - гранична кратність;
Вгр - гранична магнітна індукція Тл.
Граничне значення магнітної індукції не повинно перевищувати 18 Тл для магнітопроводів кільцевої форми виготовлених з електротехнічних сталей марок 3412 методом спіральної навивки.
Кгр = 18 50 1000 00023 0225 1 5710 = 5253
По значенню індукції використовуючи залежність Fо. пт =f(Bгр ) знаходиться питома МРС Fо. пт = Ам.
Потім знаходиться повне значення МРС намагнічування А
Значення МРС первинної обмотки знаходиться по формулі А
F1 = Kгр . F1ном (43)
F1 = 5253 1000 =52530
Знаючи значення МРС намагнічування і первинної обмотки проводиться розрахунок повної похибки
Так як повна струмова похибка не перебільшує 10% то розраховане значення граничної кратності приймається.
7 Розрахунок напруги на розімкнених кінцях вторинної обмотки
При розмиканні вторинної обмотки працюючого ТС в його вторинному ланцюгу зникає струм і як слідство зникає його розмагнічуючи дія на магнітопровід. Первинний струм при цьому стає намагнічуючим тобто I1 = I0. Це приводить до появи великої ЕРС у вторинній обмотці і до сильного насичення заліза магнітопроводу.
Для знаходження напруги на розімкнутих кінцях вторинної обмотки необхідно знайти значення питомої МРС намагнічування цього режиму роботи трансформатора струму:
Fо.пт = 1000. 1155 = 86580
За [1] використовується залежність питомої напруги від питомої МРС намагнічування Епт = f(Fо пт) для заданої марки сталі знаходиться значення питомої напруги Еопт = 25 кВм2
Напруга на розімкнутих кінцях вторинної обмотки розраховується за формулою
Е2 = Е.пт. W2 Q (46)
де Е.пт – питома напруга що припадає на один виток вторинної обмотки по відношенню до 1м2 поперечного перерізу магнітопроводу яка індукується в розімкнутій вторинній обмотці Вм2.
F2 =25103 1000 00023 = 5750
Напруга на розімкнутих кінцях вторинної обмотки може досягти високих значень (до десятків кіловольт) що показує на аварійність цього режиму для ТС.
Так як у працюючого ТС напруга вторинної обмотки при розімкнутих її кінцях перевищує 350 В то на трансформаторі розміщується попереджувальна табличка: УВАГА! НЕБЕЗПЕЧНО! НА РОЗМКНУТЙ ОБМОТЦ ВИСОКА НАПРУГА!
В загальний частині курсового проекту згідно виконаному огляду існуючих конструкцій на даний клас напруги був обраний за базовий трансформатора бакової конструкції з масляною ізоляцією і описані його призначення і конструктивні особливості.
Вихідні данні для проектування обиралися згідно завданню на виконання курсового проекту.
В спеціальній частині проекту виконані розрахунки: параметрів первинної та вторинної обмотки магнітопроводу електротермічної стійкості первинної обмотки похибок трансформатору струму. Розпізнаються похибку по струму і по куту. Отримані значення номінальної струмової похибки і по куту зрівнюються з допустимими значеннями по [ 1 ] і знаходиться що розрахований трансформатор струму відповідає класу точності 02. Також було розраховано граничну кратність трансформатора. Для захисних і комбінованих ТС найвідповідальніший режим роботи наступає при різкому підвищенні струму в первинній обмотці яке відбувається як правило при короткому замиканні в електричній мережі. ТС повинен забезпечити в цьому випадку надійну роботу релейного захисту тобто давати вторинний струм похибка якого не перебільшує 5-10%. Повна струмова похибка проектуємого трансформатора складає . Так як похибка не перебільшує 10% то розраховане значення граничної кратності приймається. В курсовому проекті було розраховано напругу на розімкнених кінцях вторинної обмотки.
Додотково конструкція трансформатора висвітлена на складальному кресленні трансформатоа струму на 220кВ і складальному кресленні цоколя.
Всі питання пояснювальної записки і графічної частини освітлені тобто завдання курсового проекту виконано.
Панченко В.В. «Расчёт и конструирование электрических аппаратов высокого напряжения».- М.: Энергоатомиздат 1991.-248с.
«Правила устройства электроустановок». -М.: Энергия1976.-464с.
Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Под редакцией Афанасьева В.В.-Л.: Энергоатомиздат1987.-544с.
Афанасьев Л.Н. «Трансформаторы тока» .-М.-Л.: Госэнергоиздат 1976.-341с.
Опорний конспект лекцій з «Проектування електричних апаратів». Склала Новікова О.М. Запоріжжя ЗЕТК 2000.-122с.
Геращенко Тембель «Обмоточные даные електрических машин и апаратов»
Методичний посібник для курсового та дипломного проектування по розрахунку трансформаторів струму. Склав викладач Панченко В.В. ЗЕТК 1999-21с.

Спецификация ко второму чертежу.docx

05070201.53.23.02.СК
Складальне креслення

Чертеж цоколя.cdw

Складальне креслення
* Розміри для довідок
Перед установкою дроту поз. 30 і кріплення поз. 2911
і поз. 31012 поверхні бобишок зачистити до блиску.

Документ Microsoft Word (2).docx

05070201.53.23.01.ПЗ
Трансформатор струму на Uном=220кВ
Пояснювальна записка*
1 Огляд існуючих конструкцій 4
2 Призначення і конструктивна будова виробу трансформатора 6
3 Вихідні дані для проектування 8
1 Розрахунок первинної обмотки трансформатора 8
2 Розрахунок електротермічної стійкості 10
3 Розрахунок ізоляції між обмотками 11
4 Розрахунок магнітопроводу і параметрів вторинної обмотки 15
5 Розрахунок похибок трансформатору струму 20
6 Розрахунок граничної кратності 24
7 Розрахунок напруги на розімкнених кінцях вторинної обмотки 26
Список літератури 29
* до курсового проекту

shklyar 13.cdw

1. * Розміри для довідок
Допускаеться замість масла поз. примінити трансформаторне
масло Т-750 ГОСТ 982-80.
Вторинні виводи обмотки поз. підключити згідно маркування до
групи виводі цоколя поз.
Первину обмотку підтягнути до вториної забеспечивши натяг
При пошкодженні покриття металевих частин трансформатора
за винятком струмоведучих частин місце пошкодження покрити
Момент затягування гайок поз. при кріпленні хомута поз. Н*м
Одна з пломб поз. встановлюваних у місці роз'єму цоколя поз
та покришки поз полмбуеться державним повірником .
Червона лінія нанесена на склі маслопокажчика поз. відповідає
рівню масла при температурі плюс 20
С. Рівень масла збільшуеться
на 25мм при зміні температури на 10
05070201.53.21.01.СК
Трансфарматор струму