Проектирование масляного трансформатора ТМ-2500/10

ТМ 2500 кВА 10_6,3 - Схема обмоток.cdw

масляного трансформатора
Схема электрическая соединения
-11 с регулированием
напряжения обмотки ВН
Курсовая по электромеханике
Таблица переключений

ТМ 2500 кВА 10_6,3 - Сборный черчеж.cdw

Курсовая по электромеханике
масляного трансформатора
Кран для заливки масла
Привод переключателя
Кран для спуска масла
Электротехническая сталь

Если что.FRW

ТМ 2500 кВА 10_6,3 - Рисунки к пояснительной записке.frw

ТМ 2500 кВА 10_6,3 - Пояснительная записка.docx

Министерство высшего и среднего образования республики Узбекистан
ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ
Кафедра электрическая механика и кабельная техника
по электрической механике
Расчет масляного трансформатора
Пояснительная записка
Техническое задание3
Предварительный расчет трансформатора22
1 Расчет основных электрических величин трансформатора22
2 Определение исходных данных расчета24
Расчет обмоток ВН и НН32
1 Расчет обмотки НН32
2 Расчет обмотки ВН34
Расчет параметров короткого замыкания40
1 Расчет потерь в обмотках40
2 Расчет потерь в отводах и стенках бака трансформатора41
3 Суммарные потери КЗ и расчет напряжения КЗ41
4 Расчет усилий возникающих при КЗ43
Расчет магнитной системы трансформатора46
1 Определение размеров магнитной системы и массы стали46
2 Расчет потерь холостого хода48
3 Расчет тока холостого хода49
Определение рабочих характеристик трансформатора52
Тепловой расчет трансформатора54
1 Тепловой расчет обмоток54
2 Тепловой расчет бака55
Определение массы масла ТР60
Список используемой литературы62
Мощность трансформатора: 2500
Материал обмоток: Алюминий
Схема соединения обмоток:
Напряжения обмоток:
Потери холостого хода: 28000 Вт
Потери короткого замыкания: 5280 Вт
Напряжение короткого замыкания:
Назначение и роль трансформаторов. 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.
В народном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВА и более. Принято различать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных и 5 кВА и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 63 кВА и более для трехфазных и от 5 кВА и более для однофазных сетей.
Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники автоматики сигнализации связи и т. п. а также для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов – преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках предназначенных для приема и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть не отличающуюся особыми условиями работы или для питания приемников электрической энергии не отличающихся особыми условиями работы характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки выпрямительные установки электрические печи.
Централизованное производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов позволяет получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Реальное использование дешевой электрической энергии непосредственно у потребителей находящихся на значительном удалении иногда измеряемом сотнями и тысячами километров и рассредоточенных на территории страны требует при этом создания сложных разветвленных электрических сетей.
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.
Современные тенденции в производстве трансформаторов. 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.
Потери холостого хода трансформатора являются постоянными не зависят от тока нагрузки и возникают в его магнитной системе в течение всего времени когда он включен в сеть. Потери короткого замыкания (нагрузочные) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в сети и характера нагрузки — промышленная бытовая сельскохозяйственная и т д. Для экономических расчетов трансформаторы сети принято разделять на трансформаторы электрических станций основной сети при напряжениях 110 кВ и выше и распределительной сети непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей а следовательно энергетики страны. Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов использование прогрессивной технологии их производства экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка. Коэффициент полезного действия трансформаторов очень велик и для большинства их составляет 98 – 99 % и более однако необходимость многократной трансформации энергии и установки в сетях трансформаторов с общей мощностью в несколько раз превышающей мощность генераторов приводит к тому что общие потери энергии во всем парке трансформаторов достигают существенных значений. Так в середине 50-х годов на потери в трансформаторах расходовалось до 6 % всей энергии выработанной электростанциями. В сериях трансформаторов выпускавшихся в последующие годы потери холостого хода снижены до 50 % и потери короткого замыкания на 20–25 % однако вследствие увеличения числа ступеней трансформации в сетях роста общей мощности трансформаторного парка общие потери в парке трансформаторов уменьшились в меньшей степени. Поэтому одной из важнейших задач в настоящее время является задача существенного уменьшения потерь энергии в трансформаторах т. е. потерь холостого хода и потерь короткого замыкания.
Уменьшение потерь холостого хода достигается главным образом путем все более широкого применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами – низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью. Применение этой стали обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительной к механическим воздействиям при обработке – продольной и поперечной резке рулона на пластины к толчкам и ударам при транспортировке пластин к ударам изгибам и сжатию пластин при сборке магнитной системы и остова сочетается с существенным изменением конструкций магнитных систем а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин и сборки магнитной системы и остова.
Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями собранными из плоских пластин и с ярмами навитыми из ленты холоднокатаной стали а также магнитные системы собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.
Уменьшение расхода электротехнической стали при стабильности допустимой индукции достигается в настоящее время за счет изменения конструкции магнитной системы например путем перехода от плоских к пространственным магнитным системам.
Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВА.
Дальнейшее расширение применения алюминия в трансформаторах больших мощностей ограничивается требованиями механической прочности обмоток при коротком замыкании. Возможность замены меди алюминием в обмотках некоторых типов трансформаторов общего и специального назначения еще не исчерпана.
Сокращение расхода изоляционных материалов трансформаторного масла и металла употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов может быть достигнуто путем снижения испытательных напряжений и уменьшения изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции и применения новых средств защиты трансформаторов от перенапряжений. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях.
В связи с повышением общих требований предъявляемых энергетикой к силовым трансформаторам расширением шкалы мощностей и напряжений в последние годы продолжалась работа по стандартизации силовых трансформаторов.
Постоянное повышение верхнего предела номинальных мощностей и напряжений силовых трансформаторов сопровождается увеличением типовых мощностей нарастающих по стандартизованной шкале с основным коэффициентом нарастания 16 (в отдельных местах шкалы 125). Увеличивается выпуск трансформаторов специального назначения – для питания электрических печей преобразовательных устройств рудничных установок и др. а также трансформаторов для комплектных трансформаторных подстанций. Вследствие этого постоянно увеличивается номенклатура изделий трансформаторного производства и становится необходимым более четкое разделение выпуска трансформаторов по мощностям назначению и классам напряжения между отдельными заводами а также сосредоточения на отдельных заводах производства однотипных трансформаторов.
Наряду с масляными используются также и сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением. Они находят все более широкое применение в установках внутри производственных помещений жилых и служебных зданий т. е. там где установка масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустима. Мощность в единице этих трансформаторов достигает в нормальных сериях 1600 кВА при напряжении 10 кВ. В дальнейшем возможно увеличение единичной мощности до 2500 кВА и напряжения до 15 кВ. Кроме серий сухих трансформаторов для работы в зоне умеренного климата выпускаются сухие трансформаторы для работы в условиях сухих и влажных тропиков.
Трансформаторы классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью до 250 кВА выпускаются с переключением без возбуждения (ПБВ) а мощностью 400–630 кВА с ПБВ в основной массе и с РПН – некоторая часть. Двухобмоточные трансформаторы общего назначения классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью 1000–6300 кВА выпускаются как с ПБВ так и с РПН а мощностью 10000– 80 000 кВА класса напряжения 35 кВ – только с ПБВ.
При разработке трансформаторов и особенно автотрансформаторов большой мощности (более 63 000 кВА) возникает проблема ограничения добавочных потерь возникающих от вихревых токов наводимых магнитным полем рассеяния в обмотках и вихревых токов и гистерезиса возникающих в элементах конструкции трансформатора. Эти потери в сумме могут достигать 25–30 % полных потерь короткого замыкания.
В качестве наиболее эффективных средств для уменьшения добавочных потерь применяют: рациональное размещение витков обмоток для уменьшения поперечной (радиальной) составляющей поля рассеяния искусственную локализацию поля рассеяния при помощи установки магнитных экранов из электротехнической стали и замену некоторых стальных деталей деталями из немагнитных материалов. В дальнейшем наиболее радикальное решение этой проблемы может быть найдено путем замены стальных деталей в которых возникают потери от гистерезиса и вихревых токов неметаллическими (прессующие кольца обмоток ярмовые прессующие балки и т. д.) или деталями из немагнитных металлов.
Разработка новых серий трансформаторов с пониженными потерями холостого хода производится на базе применения электротехнической холоднокатаной анизотропной тонколистовой рулонной стали марок 3404 3405 3406 по ГОСТ 21427–83 допускающей магнитную индукцию до 16 –165 Тл при использовании современной конструкции и технологии изготовления магнитных систем.
В качестве материала обмоток в значительной части силовых трансформаторов общего назначения для мощностей до 16000 – 25 000 кВА применяется алюминиевый обмоточный провод. В трансформаторах больших мощностей и трансформаторах специального назначения обмотки выполняются из медного обмоточного провода.
Перевод ряда серий трансформаторов на алюминиевые обмотки позволил получить большую экономию меди необходимой для общего увеличения выпуска трансформаторов и увеличения массы меди в обмотках трансформаторов большой мощности с целью уменьшения потерь короткого замыкания.Возможность этих исследований обеспечивается широким внедрением вычислительной техники и современных методов экспериментального исследования магнитного ноля.
Важной задачей является совершенствование методов расчета трансформаторов. В условиях проектных организаций и трансформаторных заводов расчет силовых трансформаторов выполняется с использованием ЭВМ. Разработаны математические модели и комплекты стандартных программ при помощи которых ведется расчет отдельных параметров – потерь и напряжения короткого замыкания потерь и тока холостого хода оптимальных размеров сечения стержня тепловой расчет отдельных частей системы охлаждения трансформатора его тепловой постоянной времени и др.
Особо важное значение имеют комплекты программ для расчета поля рассеяния обмоток. Эти программы позволяют выполнять расчет индукции поля рассеяния в области внутри и вне обмоток с последующим определением радиальных и осевых электродинамических сил действующих при коротком замыкании на отдельные части обмоток и суммарных сил для каждой обмотки а также добавочных потерь в обмотках и деталях конструкции трансформатора.
Повышение класса напряжения трансформаторов с 220 до 330 500 750 и 1150 кВ требует развития исследований новых изоляционных конструкций и применения изоляционных материалов повышенного качества. В области производства трансформаторов массовых выпусков мощностью от 25 до 1000–6300 кВА главной задачей остается совершенствование их конструкций для уменьшения расхода материалов снижения потерь энергии в них удешевления производства.
Примером современного подхода к проектированию новых серий трансформаторов может служить серия двух- и трехобмоточных трансформаторов общего назначения класса напряжения 110 кВ с РПН в диапазоне мощностей от 2500 до 125 000 кВА разработанная отечественными проектно-исследовательскими организациями и предприятиями в начале 80-х годов и ныне выпускаемая заводами. При разработке этой серии были приняты новые расчетные и конструктивные решения позволившие улучшить изоляцию трансформатора существенно уменьшить потери холостого хода повысить электродинамическую стойкость обмоток и модернизировать системы охлаждения трансформаторов.
Классификация трансформаторов. Силовые трансформаторы отличаются номинальной мощностью классом напряжения условиями и режимами работы конструктивным исполнением. В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения разделяют на несколько групп (с 1-й по 8-ю).
В зависимости от условий работы характера нагрузки или режима работы силовые трансформаторы разделяются на трансформаторы общего назначения регулировочные и трансформаторы специального назначения (шахтные тяговые пусковые и др.).
Промышленностью выпускаются силовые трансформаторы предназначенные для работы в районах с умеренным холодным и тропическим климатом для установки на открытом воздухе или в помещении.
В зависимости от вида охлаждения различают: сухие масляные трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком.
Условные обозначения трансформаторов. Условное обозначение различных типов трансформаторов включает в себя:
- буквенное обозначение характеризующее число фаз вид охлаждения число обмоток и вид переключателя ответвлений. Кроме вышеуказанных обозначений стандартами и техническими условиями на отдельные виды исполнений трансформаторов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения характеризующие особенности данного типа трансформатора;
- обозначение номинальной мощности и класса трансформатора;
- обозначение климатического исполнения и категории размещения.
Буквенное обозначение трансформаторов состоит из следующих по порядку букв. Первая указывает число фаз: 0 – для однофазных трансформаторов; Т – для трехфазных. Следующая одна две или три буквы указывают условное обозначение вида охлаждения.
Основные материалы. Материалы применяемые для изготовления трансформатора разделяются на активные т. е. сталь магнитной системы и металл обмоток и отводов; изоляционные применяемые для электрической изоляции обмоток и других частей трансформатора» например электроизоляционный картон фарфор дерево трансформаторное масло и др.; конструкционные идущие на изготовление бака различных крепежных частей и т. д. и прочие материалы употребляемые в сравнительно небольших количествах. Применение того или иного материала может отразиться на технологии изготовления трансформатора и его конструкции. Замена одних активных или изоляционных материалов другими иногда приводит к существенному изменению конструкции и технологии изготовления трансформатора.
Одним из основных активных материалов трансформатора является тонколистовая электротехническая сталь. В течение многих лет для магнитных систем трансформаторов применялась листовая сталь горячей прокатки с толщиной листов 05 или 035 мм. Появление в конце 40-х годов холоднокатаной текстурованной стали т. е. стали с определенной ориентировкой зерен (кристаллов) имеющей значительно меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость позволило увеличить индукцию в магнитной системе до 16–165 Тл против 14–145 Тл для горячекатаной стали и существенно уменьшить массу активных материалов при одновременном уменьшении потерь энергии в трансформаторе. Вместе с этим было получено уменьшение расхода остальных материалов – изоляционных конструкционных масла и т. д.
Замена медного обмоточного провода в обмотках силовых трансформаторов алюминиевым проводом затрудняется прежде всего тем что удельное электрические сопротивление алюминия существенно (примерно в 16 раза) больше удельного сопротивления меди.
Выбор марки стали и вида изоляции пластин. Материалом для магнитной системы силового трансформатора служит электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь главным образом марок 3404 3405 3406 3407 и 3408 по ГОСТ 21427.1–83 поставляемая в рулонах. Применение холоднокатаной стали марок 3411 3412 и 3413 по ГОСТ 21427.1–83 для основных серий трансформаторов не практикуется но не исключено использование этой и горячекатаной стали марок 1511 1512 1513 для электрических реакторов выпускаемых трансформаторными заводами.
Современная холоднокатаная электротехническая сталь используемая в силовых трансформаторах поставляется в рулонах с шириной 650 750 800 860 и 1000 мм и толщиной 035 030 и 027 мм при массе рулона не более 5000 кг или в листах тех же толщин с размерами 650–750–800–860× ×1500 и 1000×2000 мм. Применение листовой стали не рекомендуется поскольку существенно усложняет технологию заготовки пластин и увеличивает количество отходов стали. Сталь обычно поставляется с нагревостойким электроизоляционным покрытием с толщиной на одной стороне не более 5 мкм нейтральным по отношению к трансформаторному маслу при 105 °С и маслостойким при 150 °С сохраняющим электроизоляционные свойства после нагрева до 800° С в течение 3 ч в нейтральной атмосфере или после имеет правильный выбор индукции в стержне магнитной системы. В целях уменьшения количества стали магнитной системы массы металла обмоток и стоимости активной части следует выбирать возможно большее значение расчетной индукции что однако связано с относительно малым увеличением потерь и существенным увеличением тока холостого хода трансформатора. Уменьшение расчетной индукции приводит к получению лучших параметров холостого хода (главным образом тока) за счет увеличения массы материалов и стоимости активной части. Верхний предел индукции обычно определяется допустимым значением тока холостого хода
Холоднокатаная электротехническая текстурованная сталь для трансформаторного производства выпускается также в ряде зарубежных стран – Англии США Франции ФРГ Швеции Японии. Марки этой стали можно отнести к трем основным типам: марка М5 – сталь толщиной 035 мм с удельными потерями при 6–15 Тл и f = 50 Гц около 110 – 112 Вткг; марка М5 — сталь толщиной 035–030 мм и удельными потерями 107–097 Вткг и марка М4 – сталь толщиной 030–028 мм с удельными потерями 095–089 Вткг.
Конструкции основных частей трансформатора. Общая конструктивная схема трансформатора. В конструктивном отношении современный силовой масляный трансформатор можно схематически представить состоящим из трех основных систем – магнитной системы обмоток с их изоляцией и системы охлаждения и вспомогательных систем – устройства регулирования напряжения измерительных и защитных устройств арматуры и др. В трансформаторах с воздушным охлаждением как правило отсутствуют измерительные и защитные устройства и арматура а система охлаждения не выделяется в виде отдельных конструктивных единиц.
Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система (магнитопровод) которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система представляет собой комплект пластин или других элементов из электротехнической стали или другого ферромагнитного материала собранных в определенной геометрической форме.
Большинство типов магнитных систем можно четко подразделить на отдельные части. В соответствии с этим делением в магнитной системе различают стержни – те ее части на которых располагаются основные обмотки трансформатора служащие непосредственно для преобразования электрической энергии и ярма – части не несущие основных обмоток и служащие для замыкания магнитной цепи а в некоторых типах трансформаторов также для расположения обмоток имеющих вспомогательное назначение.
В магнитных системах разделяющихся на стержни и ярма при расчете параметров холостого хода трансформатора особо выделяются части находящиеся в зоне сопряжения стержня и ярма и называемые углами магнитной системы. Понятие «угол» определяется как часть ярма магнитной системы ограниченная объемом образованным пересечением боковых поверхностей или их продолжений одного из ярм и одного из стержней.
Практикой трансформаторостроения в течение десятилетий были выработаны различные схемы взаимного расположения отдельных частей магнитной системы. По этому признаку все магнитные системы разделяются на плоские – такие в которых продольные оси всех стержней и ярм располагаются в одной плоскости и пространственные в которых оси стержней и ярм располагаются не в одной плоскости.
По взаимному расположению стержней и ярм плоские и пространственные магнитные системы могут также подразделяться на: стержневые броневые и бронестержневые.
Первой задачей решаемой при проектировании магнитной системы силового трансформатора является выбор ее конструктивной схемы. Плоская магнитная система (рис. 1) может быть принята для производства на любом современном трансформаторном заводе. Пространственные магнитные системы позволяющие получить экономию электротехнической стали и уменьшение потерь холостого хода до 9–10 % применяются в трансформаторах мощностью до 630 кВА. Не исключено их применение и при мощностях 1000–6300 кВА. Для изготовления пространственных магнитных систем необходимо иметь специальное оборудование для навивки и длительного отжига навитых частей.
Рис. 1 – Плоская шихтованная магнитная система трехфазного трансформатора с обмотками: 1 – ярмо; 2 – стержень; 3 – сечение стержня; 4 – угол магнитной системы.
Конструкции магнитных систем силовых трансформаторов. При расчете плоской магнитной системы из рулонной холоднокатаной стали должен быть выбран план шихтовки пластин. Наименьшие потери и ток холостого хода могут быть получены при шихтовке с косыми стыками пластин в шести углах (рис. 2 а). Существенно проще технология заготовки пластин и сборки магнитной системы рис. 2 б – с косыми стыками в четырех и прямыми в двух углах при несколько более высоких потерях и токе холостого хода. Средней по технологической сложности и параметрам холостого хода является схема с косыми стыками в четырех и комбинированными «полукосыми» в двух углах.
Рис. 2 – Варианты плана шихтовки магнитной системы:
а – косые стыки в шести углах; б – косые стыки в четырех и прямые в двух углах
Для того чтобы магнитная система собранная из массы пластин тонколистовой стали обладала достаточной устойчивостью могла выдерживать механические силы возникающие между обмотками при коротком замыкании и не разваливалась при подъеме остова или активной части ее верхнее и нижнее ярма должны быть надежно соединены механически.
В масляных трансформаторах при напряжениях обмоток ВН от 150 кВ и выше и в сухих при напряжениях 10 кВ и выше предпочтительнее соединять верхние и нижние ярмовые балки прессующими пластинами стержня положенными под бандаж по оси крайнего пакета стержня и сцепленными механически с ярмовыми балками. При наличии прессующих пластин верхние ярмовые балки не могут сдвигаться вниз и в остове с плоской магнитной системой осевая прессовка обмоток должна осуществляться прессующими кольцами – разрезными и заземленными металлическими или неразрезными из твердого диэлектрика расположенными между обмоткой и верхним ярмом.
Рис. 3 – Различные способы сборки и прессовки стержня:
а – путем расклинивания с жестким цилиндром обмотки НН: б – бандажи из стеклоленты; в – сквозными стяжными шпильками; сборка стержня: г – из радиально расположенных пластин; д – из пластин эвольвентной формы.
При соединении ярмовых балок шпильками прессующие кольца обычно устанавливаются при мощностях превышающих 1600 кВА. При наличии прессующих колец изоляционное расстояние от обмотки ВН до верхнего ярма увеличивается. Поперечное сечение стержня в стержневых магнитных системах обычно имеет вид симметричной ступенчатой фигуры вписанной в окружность. Диаметр этой окружности d называется диаметром стержня трансформатора и является одним из основных его размеров. Ступенчатое сечение стержня (и ярма) образуется сечениями пакетов пластин. При этом пакетом называется стопка пластин одного размера. Чистое сечение стали в поперечном сечении стержня или ярма называется активным сечением стержня или ярма.
Число ступеней определяемое по числу пакетов стержня в одной половине круга может быть различным. Увеличение числа ступеней увеличивает коэффициент заполнения площади круга kKР площадью ступенчатой фигуры но одновременно увеличивает число типов пластин имеющих различные размеры чем усложняет заготовку пластин и сборку магнитной системы.
Ширина пластин определяющая ширину и толщину пакетов образующих сечение стержня выбирается так чтобы при заданном диаметре было обеспечено получение наибольшего сечения стержня при максимальном использовании и минимальных отходах листовой или рулонной стали. Для ширины пластин существует нормализованная шкала Стержни и ярма шихтованной магнитной системы должны быть стянуты и скреплены так чтобы остов представлял собой достаточно жесткую конструкцию как механическая основа трансформатора. Стяжка и крепление остова должны обеспечивать его достаточную прочность после расшихтовки верхнего ярма при насадке обмоток подъеме активной части трансформатора и коротком замыкании на его обмотках а также отсутствие свободной вибрации пластин и минимальный уровень шума при работе трансформатора в сети. Эти требования достаточно хорошо удовлетворяются при равномерно распределенном напряжении сжатия между пластинами стержня и ярма при сборке 04–06 МПа (40–60 Нсм2) считая по среднему т. е. наиболее широкому пакету.
Прессовка стержней может осуществляться различными способами. При мощности трехфазного трансформатора до 630 кВА и диаметре стержня до 022 м включительно хорошие результаты дает прессовка его без применения специальных конструкций путем забивания деревянных стержней и планок между стержнем и обмоткой НН или ее жестким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром (рис. 3а). Стержни трансформаторов большей мощности – от 1000 кВА и выше – при диаметре d>022 м нуждаются в более надежной прессовке. В этом случае хороший результат может быть достигнут при стяжке стержня бандажами из стеклоленты расположенными по высоте стержня на расстояниях 012–015 м один от другого (рис. 3б).
Перед наложением бандажей при сборке на специальном стенде стержни поочередно опрессовывают прессующей балкой с общим усилием от 04 до 1–2 МН создающей необходимое напряжение сжатия между пластинами или при помощи временных технологических бандажей затягиваемых вручную. Намотка бандажей из стеклоленты производится на опрессованные стержни. Этот способ стяжки обеспечивает равномерное сжатие всего стержня и достаточную механическую прочность остова трансформатора. Возможна также стяжка стержней бандажами из стальной ленты размещаемыми на расстоянии 012–024 м один от другого. Эти бандажи должны замыкаться на пряжках из диэлектрика во избежание появления короткозамкнутого витка и должны заземляться во избежание накопления на них электрических зарядов.
В навитой магнитной системе при навивке из лент различной ширины сечение стержня (и ярма) будет ступенчатым а в системе при навивке из ленты переменной ширины – составленным из двух полукруглых сечений. Эти магнитные системы после навивки и отжига их частей скрепляются бандажами из стеклоленты. Стержни стыковой пространственной магнитной системы собираются из пластин разной ширины и одинаковой длины и после опрессовки стягиваются бандажами. В центральном пакете стержня такой магнитной системы во время его сборки оставляется квадратное отверстие для прохода осевой шпильки соединяющей верхнее и нижнее ярма.
Сечение стержня может быть образовано не только набором пакетов плоских пластин (рис. 3а – в) но также и радиальной шихтовкой плоских пластин (рис. 3 г) или набором пластин изогнутых по форме цилиндрической эвольвентной поверхности (рис. 3 д). Оба эти способа сборки магнитной системы предусматривают стыковую конструкцию остова с отдельно собираемыми стержнями и ярмами. Ярма наматываются из рулонной стали или выполняются в виде набора плоских пакетов. Конструкция с пластинами эвольвентной формы удобна тем что каждый стержень собирается из пластин одного размера. Ширина пластины (длина эвольвентной линии) зависит только от диаметров стержня – внутреннего d1 и внешнего d.
Регулирование напряжения. Для экономичной и безаварийной работы любого потребителя необходимо чтобы напряжение подводимое к нему было с минимальными отклонениями. Допустимые отклонения нормированы и не должны нарушатся. Так для электродвигателей напряжение на зажимах не должно отличаться от номинального более чем на –5% до +10%.
Для осветительных установок нормы ±5% - для жилых помещений и от –25% до –5% – для общественных зданий и производственных помещений.
Однако колебания сети неизбежны вследствие переменных режимов работы потребителей включения и отключения групп потребителей и других причин. Поэтому для поддержания неизменного уровня напряжения требуется постоянное его регулирование.
Напряжение можно регулировать без отключения нагрузки и с отключением трансформатора от сети. Первый способ называется регулирование под нагрузкой (РПН) а трансформатор в котором оно предусмотрено трансформатором с РПН. Однако РПН требует сложных и дорогих переключающих устройств поэтому трансформаторы РПН установлены только там где это дает заметный экономический эффект. В других случаях применяют регулирование без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток от сети. Трансформатор в котором предусмотрено такое регулирование называют трансформатором ПБВ.
При ПБВ потребителя на время вообще отключают от сети что неудобно и особенно там где нагрузка меняется часто но вместе с тем конструкция ПБВ проста и относительно дешева.
Наиболее распространено регулирование напряжения ступенчатым изменением числа витков одной из обмоток. Большинство трансформаторов выполняют с регулированием на обмотке ВН поскольку в обмотке НН большой ток и переключающее устройство получится очень громоздким. Поскольку в обмотке ВН токи гораздо меньше то переключающее устройство получится относительно небольшим хотя его приходится изолировать от заземленных частей трансформатора.
Напряжение регулируют чаще изменением основного магнитного поля в магнитопроводе. Так при постоянном ВН и уменьшении вторичного напряжения следует увеличить магнитной поле чтобы восстановить номинальной НН. Это достигается уменьшением числа витков в обмотке ВН.
При постоянном напряжении U1 для увеличения индукции надо уменьшить число витков в первичной обмотке и наоборот если нагрузка падает а напряжение U2 растет следует уменьшить интенсивность поля т.е. увеличить число витков в первичной обмотке.
Если изменяется первичное напряжение следует поддержать для сохранения НН магнитное поле неизменным что достигается соответственным изменением числа витков w1: при повышении напряжения (например на 10%) надо увеличить на столько же число витков w1 при снижении U1 – уменьшить их.
При одновременном изменении U1 и U2 следует отключить такую часть витков когда скомпенсировалось снижение этих напряжений. Когда регулирование возможно в обмотке НН основное магнитное поле (U1 неизменно) остается постоянным а увеличение (или уменьшение) напряжения НН осуществляется включением (или отключением) части последовательно соединенных витков обмотки НН.
Во всех случаях принцип регулирования заключается в изменении числа витков в обмотке трансформатора определенными ступенями. Обычно в обмотке ВН определяют регулировочную часть и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков концы которых выводят с помощью ответвлений.
Предварительный расчет трансформатора
1 Расчет основных электрических величин трансформатора
Мощность обмоток одного стержня трансформатора определяется по формуле:
где S – мощность трансформатора по заданию; m – число активных стержней трансформатора.
Номинальный (линейный) ток обмотки ВН и НН трехфазного трансформатора определяется по формуле
где U – номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки; I – ток обмотки одного стержня трёхфазного трансформатора.
Определяем фазные токи (согласно заданной схеме соединения):
Определяем фазные напряжения (согласно заданной схеме соединения):
Для определения изоляционных промежутков между обмотками и другими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора существенное значение имеют испытательные напряжения при которых проверяются электрическая прочность изоляции трансформатора. Испытательное напряжение определяется для каждой обмотки трансформатора по её классу напряжения.
Выбирает тип обмоток:
Тип обмотки: Непрерывная катушечная из прямоугольного провода.
Основные преимущества: Высокая электрическая и механическая прочность хорошее охлаждение.
Основные недостатки: Необходимость перекладки половины катушек при намотке.
Для испытательного напряжения кВ находим изоляционные расстояния для обмотки ВН (рис. 4).
Для испытательного напряжения кВ находим изоляционные расстояния для обмотки НН (рис. 4).
Рис. 4 – Главная изоляция обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ:
возможные пути разряда определяющие выступ цилиндра
2 Определение исходных данных расчета
Мощность обмоток одного стержня
Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора определяется как .
Размер - размер канала между обмотками ВН и НН равен 002 м.
определяется по формуле:
где - коэффициент канала рассеяния зависит от мощности трансформатора напряжения обмотки ВН и уровня потерь к.з. Рк:.
Потери короткого замыкания указанные в задании дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания % по формуле:
где Pк – потери короткого замыкания в кВт; S – номинальная мощность в кВА.
Реактивная составляющая при заданном напряжении короткого замыкания определяется по формуле:
Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне (рис. 5). Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм – стальными балками (рис. 5). Материал магнитной системы – холоднокатаная сталь марки 3404 с толщиной одного листа 035 мм. Индукция в стержне . В сечении стержня 9 ступеней коэффициент заполнения круга изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие . Коэффициент заполнения сталью . Ярмо многоступенчатое число ступеней 7 для предварительно выбранного диаметра . Коэффициент усиления ярма индукция в ярме . Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4 на прямом 3. Индукция в зазоре на прямом стыке на косом стыке .
Удельные потери в стали ; . Удельная намагничивающая мощность ; ; для зазоров на прямых стыках ; для зазоров на косых стыках .
Растояние обмотки ВН от нижнего и верхнего ярм
Коэффициент учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания постоянные коэффициенты для аллюминиевых обмоток и .
- коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) приближенно принимаем 095.
Рис. 5 – Эскиз магнитной системы (слева) и прессовка ярм стальными ярмовыми балками стягиваемых шпильками вынесенными за пределы ярма (справа).
3 Расчет основных коэффициентов
где е – постоянный коэффициент этот коэффициент может быть принят: е = 041 при номинальной мощности 1000 кВ·А и выше.
Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях определяемых уравнением:
Для рассматриваемого трансформатора коэффициенты при уравнении равны:
Подставив полученные коэффициенты в уравнение получим:
Решая данное уравнение находим:
где приближенно равен отношению средней длинны витка двух обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора и в данном случае соответствует минимальной стоимость активной части.
Находим предельные значения по допустимой плотности тока
Значение лежит за пределами обычно принимаемых значений.одного угла магнитной системы
Активное сечение стержня
Площадь зазора на прямом стыке площадь зазора на косом стыке.
Для принятой нами магнитной системы потери холостого хода
где коэффициент учитывающий добавочные потери вызванные резкой стали снятием заусенцев прессовкой магнитной системы и перешихтовкой верхнего ярма а также потери в зоне зазора принимаем 115;
коэффициент увеличения потерь в углах принимаем 1018.
Намагничивающая мощность:
коэффициент учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы принимаем 125.
Далее определяем основные размеры трансформатора
Весь дальнейший расчет начиная с определения массы стали магнитной системы для пяти различных значений (от 1 до 3) проводится в форме табл. 1.
Предельные значения для заданных потерь холостого хода . Предельное значение для заданного тока холостого хода лежит за пределами рассматриваемых значений . Ранее были установлены предельные значения ограниченные плотностью тока . С учетом заданных критериев выбираем значение ; соответствующее ему значение по шкале нормализованных диаметров составляет 032 м. В этом случае стоимость активной части отличается от минимального значения не более чем на 4 % (рис. 4) а потери и ток холостого хода оказываются ниже заданного значения.
Рис. 6 – Зависимость и от
4 Определение основных размеров
Основные размеры трансформатора показаны на рис. 7.
Рис. 7 – Основные размеры трансформатора
Расчет основных размеров трансформатора начинается с определения диаметра стержня по формуле:
Выбираем нормализованный диаметр который равен 032 м.
После этого рассчитаем коэффициент соответствующий нормализированному диаметру по формуле:
Активное сечение стержня т.е. чистое сечение стали определим по формуле:
где площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня.
Средний диаметр канала между обмотками определяется по формуле:
Ориентировочная высота обмоток:
Расстояние между осями стержней предварительно:
Напряжение одного витка определяется по формуле:
Число витков в обмотке НН:
но так как не может быть дробное число витков принимаем = 245 витков.
Уточняем напряжение одного витка:
Средняя плотность тока в обмотках:
Расчет обмоток ВН и НН
Ориентировочное сечение витка:
Допустимый размер большего из двух размеров поперечного сечения провода м по условиям теплоотдачи обмотки при плотности теплового потока :
По сечению витка и допустимому размеру выбираем два параллельных алюминиевых проводов с изоляцией 05 мм на две стороны.
Уточненное значение .
Полное сечение витка из двух параллельных проводов определяется по формуле:
Уточняем плотность тока
Ориентировочно число катушек:
где осевой размен провода с изоляцией; канал между катушками.
Принимаем число катушек равным 52 ().
Ориентировочно число витков в катушке
Распределение витков по катушкам:
Осевой размер обмотки
Рис. 8. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке НН. Все неуказанные каналы по 5 мм.
Для испытательного напряжения мощности трансформатора НН:
Находим размеры бумажно -бакелевого цилиндра на котором на 12 рейках наматывается обмотка НН с прокладками между катушками шириной 30 мм
Радиальный размер обмотки
Средний диаметр обмотки
Масса металла обмотки НН
где число активных стержней.
Масса провода обмотки НН
Плотность теплового потока
где число реек ширина прокладок .
Полученное значение теплового потока лежит в пределах рекомендуемых для обмотки из алюминиевого провода.
испытательное т.е. .
Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:
Рис. 9 – Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН
Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле:
Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмоток ВН в звезду определяется по формуле:
где - напряжение на одной ступени регулирования обмотки поскольку на трансформаторе будет установлено РПН с шагом 25%.
Верхние ступени: витков
Номинальное напряжение: витков
Нижние ступени: витков.
Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по формуле:
Сечение витка обмотки ВН предварительно определяется по формуле:
По сортаменту алюминиевого провода выбираем провод марки АПБ (при допустимом размере мм по условиям теплоотдачи см. расчет обмотки НН).
с изоляцией 05 мм на две стороны и сечением .
Полное сечение витка определяется по формуле:
Уточненная плотность тока:
При Ам2 и мм по графикам на рис. 10 находим предварительно плотность теплового потока .
Рис. 10. Графики для ориентировочного определения размера провода по заданным значениям и в катушечных винтовых и цилиндрических обмотках из прямоугольного алюминиевого провода.
Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами между всеми катушками. Схема регулирования по рис. 9 канал в месте разрыва обмотки . Осевой размер катушки . Прокладки между катушками по 30 мм. Число катушек на стержне ориентировочно:
Число витков в катушке ориентировочно:
Общее распределение витков по катушкам:
основных катушек В по 5 витков
основных катушек Г по витка
регулировочных катушек по 3 витка
Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты согласно рис. 11.
Рис. 11. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке ВН. Все неуказанные каналы по 5 мм.
Для испытательного напряжения мощности трансформатора ВН находим:
Канал между обмотками ВН и НН
Выступ цилиндра за высоту обмотки
Между обмотками ВН двух соседних стержней
Расстояние обмотки ВН до ярма
Толщина междуфазной перегородки
Принимаем размеры бумажно -бакелевого цилиндра на котором на 12 рейках наматывается обмотка ВН с прокладками между катушками шириной 30 мм
Внутренний диаметр обмотки ВН
Наружный диаметр обмотки ВН
Средний диаметр обмотки ВН
Масса металла обмотки ВН
Масса провода обмотки ВН с изоляцией
Масса металла двух обмоток
Масса провода двух обмоток
Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушки ВН
Расчет параметров короткого замыкания
1 Расчет потерь в обмотках
Основные потери в обмотке НН определяются по формуле:
Аналогично определяем основные потери в обмотке ВН:
Коэффициент добавочных потерь для алюминиевого прямоугольного провода НН находится по формуле:
где - размер проводника перпендикулярный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; - число проводников обмотки в направлении перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; - коэффициент который в этих формулах может быть посчитан по формуле:
где - число проводников обмотки в направлении параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния равно 52;
коэффициент Роговского;
размер проводника обмотки НН в направлении параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;
Коэффициент добавочных потерь
2 Расчет потерь в отводах и стенках бака трансформатора
Длинна проводов НН для соединения в треугольник определяется по формуле:
Длинна проводов ВН для соединения в звезду определяется по формуле:
Масса отводов НН находится по формуле:
где - плотность алюминия.
Потери в отводах НН определяются по формуле:
Аналогично определяются потери в отводах ВН:
Потери в баке и деталях конструкции до выяснения окончательных размеров бака определяются приблизительно по формуле:
где K – коэффициент равен 003.
3 Суммарные потери КЗ и расчет напряжения КЗ
Полные потери короткого замыкания:
Для номинального напряжения обмотки ВН
Отклонение практически посчитанного значения потерь короткого замыкания от заданных в задании потерь равно:
Активная составляющая напряжения короткого замыкания:
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:
Рис. 12. Определение зоны разрыва в обмотке ВН при расчете и осевых механических сил.
Напряжение короткого замыкания трансформатора:
Отклонение посчитанного значения напряжения короткого замыкания от заданного в задании:
4 Расчет усилий возникающих при КЗ
Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется по формуле:
где - мощность короткого замыкания электрической сети равная 500 МВА.
Максимальное значение тока короткого замыкания:
где - коэффициент учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания определяется по формуле:
Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН
что меньше допустимого значения 30 МПа.
Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН
Рис. 13 – Распределение сжимающих осевых сил.
Осевые силы (рис. 13)
где после установления размеров бака .
Максимальные сжимающие силы в обмотках
Наибольшая сжимающая сила наблюдается в средине высоты обмотки НН где .
Рис. 14 – К расчету механических напряжений в обмотке
Напряжение сжатия на междувитковых прокладках
где n = 12 – число прокладок по окружности обмотки НН (рис. 14);
а1 = 0045 м – радиальный размер обмотки НН;
bпр1 = 003 м – ширина прокладки трансформатора.
Допустимое напряжение сжатия на междувитковых прокладках составляет 18-20 МПа что выше найденного нами значения.
Температура обмотки ВН через после КЗ
где – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора;
начальная температура обмоток.
Полученная величина не превышает допустимого значения для алюминиевых обмоток .
Расчет магнитной системы трансформатора
1 Определение размеров магнитной системы и массы стали
Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы из пластин холоднокатаной стали марки 3404 (рис. 5); с толщиной одного листа 035 мм. Для стержня диаметром 032 м без прессующей пластины число ступеней в сечении стержня 9 в сечении ярма 7.
Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты ярма прессуются ярмовыми балками.
Размеры пакетов в сечении стержня и ярма согласно таблице 2 показаны на рис. 6.
Таблица 2 – Размеры пакетов магнитной системы
Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0286 м т.е:
Полное сечение стержня
Активное сечение стержня
Активное сечение ярма
Объем угла магнитной системы
Объем стали угла магнитной системы
Рис. 15 – Сечения стержня и ярма
Расстояние между осями соседних стержней
где - расстояние между обмотками ВН соседних стержней равно 0018 м.
Масса стали одного угла для многоступенчатой формы поперечного сечения ярма в плоской магнитной системе определяется по формуле:
где - плотность трансформаторной стали (для холоднокатанной стали 7650 кгм3).
Полная масса двух ярм
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма
Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма
Полная масса стали плоской магнитной системы
2 Расчет потерь холостого хода
Индукция в косых стыках
Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке
Удельные потери для стали стержней ярм и для стыков для стали марки 3404 толщиной 035 мм при шихтовке на две пластины:
Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне с многоступенчатым ярмом без отверстий для шпилек с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев изготовленной из холоднокатаной стали для определения потерь холостого хода применим выражение:
где - коэффициент который для стали 3404 с толщиной листов 035мм равен 1018;
- коэффициент увеличения потерь зависящий от формы сечения ярма равен 100;
- коэффициент учитывающий увеличение потерь связанных с отпрессовкой стержней и ярм при сборке остова принимается равным 103;
- коэффициент учитывающий потери от необходимости расшихтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и расшихтовки его после насадки принимается равным 105;
- коэффициент учитывающий потери связанные с закаткой или срезанием заусенцев после резки пластин и при отсутствии отжига принимается равен 100;
- коэффициент учитывающий увеличение потерь после резки пластин при отсутствии отжига равен 111.
Тогда потери холостого хода
Отклонение посчитанного значения потерь холостого хода от заданного значения в задании:
что ниже допустимой погрешности .
3 Расчет тока холостого хода
Удельные намагничивающие мощности для стали марки 3404:
Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне с многоступенчатым ярмом без отверстий для шпилек с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев изготовленной из холоднокатаной стали намагничивающая мощность холостого хода определяются по формуле:
где - коэффициент учитывающий форму ярма при числе ступеней в ярме равном или близком к числу ступеней в стержне принимается 100;
- коэффициент учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке принимаем 105;
- коэффициент учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова принимаем 105;
- коэффициент учитывающий срезку заусенцев принимается равным 100;
- коэффициент учитывающий резку пластин при отсутствии отжига принимается 118;
- коэффициент равен 4240;
- коэффициент учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а2 для холоднокатаной стали равен 132.
Относительное значение тока холостого хода в процентах
Активная составляющая тока холостого хода вызванная потерями холостого хода
Реактивная составляющая тока холостого хода
Отклонение посчитанного значения тока холостого хода от заданного значения в задании
Определение рабочих характеристик трансформатора
Коэффициент полезного действия трансформатора при номинальном токе
где Ркном Рх - потери х.х. и потери к.з. соответственно при номинальном первичном напряжении и при номинальном токе полученные расчетом;
Для характеристики режима нагрузки трансформатора важное значение имеют зависимости к.п.д. и вторичного напряжения от нагрузки трансформатора при постоянных коэффициенте мощности частоте и первичном напряжении.
Зависимость к.п.д. от нагрузки может быть получена с помощью формулы:
где - коэффициент нагрузки сosφ2 - коэффициент мощности нагрузки трансформатора для построения графика принимаем 08; Sн - номинальная мощность трансформатора по заданию.
Таблица 2 – Зависимость КПД от нагрузки.
Рис. 16 – Зависимость КПД от коэффициента нагрузки
Зависимость вторичного напряжения трансформатора от строится по формуле:
Для построения графика примем =08 тогда =06.
Таблица 3 – Зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки
Рис. 17 – Зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки
Тепловой расчет трансформатора
1 Тепловой расчет обмоток
Внутренний перепад температуры является перепадом в изоляции одного провода и определяется по формуле как элементарный перепад для теплового потока постоянной величины:
где - толщина изоляции провода на одну сторону равна 025·10-3 м;
- теплопроводность материала изоляции витков равная 017 ;
- плотность теплового потока на поверхности обмотки.
Рис. 18 – К расчету теплоты выделяющейся в обмотке.
Перепад температуры на поверхности обмоток:
где для естественного масляного охлаждения;
Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу
2 Тепловой расчет бака
В соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с навесными радиаторами с гнутыми трубами.
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.
Минимальная ширина бака трансформатора определяется по формуле:
где - размеры показанные на рис. 19.
– изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки; .
– расстояние от прессующей балки ярма до отвода с .
– изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН; кВ.
– изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака; кВ.
– размер неизолированного отвода НН (шины).
– диаметр изолированного отвода обмотки ВН при классах напряжения 10 и 35 кВ
Высота активной части
где - толщина подкладки под нижнее ярмо принимается раной 005м
Рис. 19 – Изоляционные расстояния отводов.
где - расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака принимается равным 016 м.
Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать двойные радиаторы с гнутыми трубами с расстоянием между фланцев с поверхностью труб и двух коллекторов .
Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята
где и минимальные расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака соответственно 0085 и 01 м.
Допустимое среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН
Найденное среднее превышение температуры масла может быть допущено т.к. превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае
Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака и запас 2°С находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха
Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака
Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами
Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения
Поверхность конвекции составляется из:
поверхности гладкого бака ;
поверхности крышки бака
где 016 удвоенная ширина верхней рамы бака; коэффициент 05 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.
Поверхность конвекции радиаторов
Поверхность конвекции радиатора приведенная к поверхности гладкой стенки
Необходимое число радиаторов
Поверхность конвекции бака
Поверхность излучения принимаем
Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы
Превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха
Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:
Превышения температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.
Определение массы масла ТР
Объём бака трансформатора
Объём активной части трансформатора
где - плотность активной части принимает значение 5300 кгм3.
Объём масла в баке определяется по формуле:
Масса масла в радиаторах
В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан трансформатор мощностью 2500 кВА. Были определены его основные электрические величины рассчитаны обмотки высокого и низкого напряжения 10 и 63 кВ соответственно. Также был проведён расчёт магнитной системы трансформатора и характеристик короткого замыкания.
Расчётные данные находятся в промежутке который удовлетворяет требования ГОСТа.
Список используемой литературы
Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1986. – 528с
Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. – изд.2 М. Л.: Государственное энергетическое издательство 1959.
Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: «Энергоатомиздат» 1990. – 256 с.

ТМ 2500 кВА 10_6,3 - Сборный черчеж2.cdw

Курсовая по электромеханике
масляного трансформатора
Кран для заливки масла
Привод переключателя
Кран для спуска масла
Электротехническая сталь