Расчет и проектирование трансформатора 250 кВА (укр. язык)

спец3.dwg

спец1.dwg

Чертеж.dwg

Чистовик.docx

ТЕХНЧН ВИМОГИ ВИСУНУТ ДО ПРОЕКТОВАНОГО ТРАНСФОРМАТОРА5
РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН.6
РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ РОЗМРВ ТРАНСФОРМАТОРА8
ВИБР КОНСТРУКЦ ОБМОТКИ12
РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ19
1.Втрати короткого замикання19
2.Напруга короткого замикання22
ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНЧНИХ СИЛ В ОБМОТКАХ Й НАГРВАННЯ ОБМОТОК ПРИ КОРОТКОМУ ЗАМИКАНН25
РОЗРАХУНОК МАГНТНО СИСТЕМИ33
1.Розміри магнітної системи та маси сталі33
2.Втрати холостого ходу36
3.Струм холостого ходу38
ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК40
1.Тепловий розрахунок обмоток40
2.Тепловий розрахунок баку42
3.Кінцевий розрахунок перевищень температури обмоток і масла трансформатора46
4.Приблизне визначення маси конструктивних матеріалів й масла трансформатора47
Трансформатором називається статичний електромагнітний пристрій що має дві або більше індуктивно пов'язаних обмоток і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або кілька інших систем змінного струму.
Прийнято розрізняти трансформатори малої потужності з вихідною потужністю 4 кВ*А і нижче для однофазних мереж і 5 кВ*А і нижче для трифазних мереж і трансформатори силові потужністю від 63 кВ*А і більше для трифазних і від 5 кВ*А і більше для однофазних мереж.
Призначення силових трансформаторів - перетворення електричної енергії в електричних мережах і установках призначених для прийому і використання електричної енергії. Силові трансформатори поділяються на два види. Трансформатори загального призначення призначені для включення в мережу не відрізняється особливими умовами роботи. Трансформатори спеціального призначення призначені для безпосереднього живлення споживчої мережі або приймачів електричної енергії якщо ця мережа або приймачі відрізняються особливими умовами роботи.
Силовий трансформатор є одним з найважливіших елементів кожної електричної мережі. Передача електричної енергії на великі відстані від місця її виробництва до місця споживання вимагає в сучасних мережах не менш ніж п'яти - шестикратної трансформації в підвищуючих і понижуючих трансформаторах.
Особливо важливими завданнями є підвищення якості трансформаторів використання прогресивної технології виробництва економія матеріалів при їх виробництві та можливо низькі втрати енергії при їх роботі в мережі.
Технічні вимоги висунуті до проектованого трансформатора
)Проектований трансформатор повинен відповідати технічним вимогам викладеним у ГОСТ 12022 - 76 ГОСТ 11677 - 85:
)втрати холостого ходу не повинні перевищувати заданих більш ніж на + 75%;
)струм холостого ходу не повинен перевищувати заданого значення більш ніж на 15%;
)втрати короткого замикання не повинні перевищувати заданих більш ніж на +5%;
)напруга короткого замикання не повинно відхилятися від гарантійного значення більш ніж на ± 5%;
)щільність струму в мідних обмотках не повинна перевищувати значення викладеного у ГОСТ 12022;
)обмеження перевищення температури частин трансформатора понад температури охолоджуючої середовища при як завгодно довго підтримуваних під час випробування нормованих втрати холостого ходу і втрати короткого замикання наведених до 75С:
)обмоток не більше 65С;
)масла у верхніх шарах не більше 60С.
Розрахунок основних електричних величин.
1.Потужність однієї фази трансформатора
2.Номінальний лінійний струм обмоток трьохфазного трансформатора
3.Фазний струм обмотки НН зэднаної в зірку
4.Активна складова короткого замикання
5.Реактивна складова короткого замикання
6.Найбільша робоча напруга трансформатора згідно таблиці 4.1
7.Випробувальні напруги обмоток ВН та НН
Розрахунок основних розмірів трансформатора
1.Потужність обмоток одного стержня трансформатора
де с кількість стержнів на яких розташовані обмотки
Рис.1 Пласка магнітна система з чотирма косими й двома прямими стиками
2.Ширина зведеного каналу розсіювання трансформатора
де розмір каналу між обмотками ВН і НН визначається як ізоляційний проміжок вибраний з таблиці 4.5
сумарний зведений радіальний розмір обмоток ВН та НН знаходиться за формулою
де відношення основних розмірів
коефіцієнт Роговського
В індукція в стержнях трансформатора таблиця 24
коефіцієнт заповнення
4.Нормалізований діаметр вибраний за стандартом ст..88
5.Нормалізоване відношення основних розмірів
6.Середній діаметр каналу між обмотками
де розмір осьових каналів між стержнем і обмоткою
8.Активний переріз стержня
Вибір конструкції обмотки
1.Середня платність струму в обмотках НН
де добав очний коефіцієнт вибраний з таб. 3.6
2.Орієнтований переріз витка кожної обмотки
де струм відповідної обмотки одного стержня А
Вибрана циліндрична багатошарова обмотка з круглого проводу на високій стороні
Вибрана циліндрична багатошарова обмотка з прямокутного проводу на низькій стороні
3.Число витків на одну фазу обмотки НН визначаємо по формулі
5.Знаходимо діючу індукцію в стержні
6.Орієнтовний осьовий розмір витка
7.Орієнтовний переріз витка
8.В відповідності до отриманих даних по сортаменту проводів вибираємо провід підходящого перерізу ()
9.Повний переріз витка з одного паралельного проводу ()
10.Отримана густина струму
11.Осьовий розмір витка
12.Осьовий розмір обмотки
Округляємо до більшого значення nсл=2
13.Кількість витків в слої
14.Уточнення висоти
15.Радіальний розмір обмотки при наявності екрану
16.Внутрішній діаметр обмотки
17.Зовнішній діаметр обмотки
18.Повна поверхня охолодження обмотки НН
19.Число витків на одну фазу обмотки ВН визначаємо по формулі
20.Число витків на одному щаблі регулювання напруги при з’єднанні обмотки ВН у зірку
21.Осьовий розмір обмотки ВН
22.Густина струму в обмотці ВН попередньо визначається по формулі
23.Перетин витка обмотки ВН попередньо визначається за формулою
24.Відповідно до отриманних данних вибираємо круглий провід відповідного перерізу
25.Повний переріз витка табл.51
26.Отримана густина струму
27.Кількість витків в слої
28.Кількість слоїв в обмотці
29.Робоча напруга двох слоїв
30.Загальна товщина кабельного паперу в ізоляції між двома шарами обмотки табл..47 табл.92
31.Радіальний розмір обмоток дві катушки без екрану
32.Внутрішній діаметр обмотки (а12=0.02)
33.Зовнішній діаметр обмотки без екрану
34.Повна поверхня охолодження обмотки ВН
Розрахунок параметрів короткого замикання
1.Втрати короткого замикання
1.1.Маса міді в обмотці НН
1.2.Основні втрати в обмотці НН
1.3.Маса міді в обмотці ВН
1.4.Основні втрати в обмотці ВН
1.5.Коефіцієнт який враховується при розрахунку коефіцієнту додаткових втрат
де m=10 число провідників по направленню паралельному напрямку магнітної індукції
1.6.Коефіцієнт додаткових втрат для обмотки з прямокутного проводу
1.7.Коефіцієнт який враховується при розрахунку коефіцієнту додаткових втрат ВН для круглого проводу
де m=wсл2=100 число провідників по направленню паралельному напрямку ліній магнітної індукції
1.8.Коефіцієнт додаткових втрат для обмотки з круглого проводу
1.9.Приймаємо переріз відводу рівний перерізу витка обмотки
1.10.Приймаємо загальну довжину проводу для зєднання в трикутник
1.11.Маса металу проводу відводів можна знайти за формулою
де платність металу відводів мідних проводів
1.12.Основні втрати в відводах обмотки НН
1.13.Приймаємо переріз відводу рівний перерізу витка обмотки
1.14.Приймаємо загальну довжину проводу для зєднання в зірку
1.15.Маса металу проводу відводів можна знайти за формулою
1.16.Основні втрати в відводах обмотки ВН
1.17.Втрати в стінках баку і інших стальних деталях
де к=0.015 табл. 7.1
1.18.Повны втрати короткого замикання
1.19.Втрати при номінальній напрузі
1.20.Відносна різниця втрат при номінальній напрузі і заданих втрат
2.Напруга короткого замикання
2.1.Активна складова напруги короткого замикання
2.2.Ширина зведеного каналу розсіювання
2.3.Коефіцієнт який враховує відхилення реального поля розсіювання від ідеального паралельного поля
2.4.Уточнення середнього діаметру каналу між обмотками
2.5.Відношення яке визначає розподілення активних матеріалів трансформатора
2.6.Реактивна складова напруги короткого замикання
2.7.Розрахована напруга короткого замикання
2.8.Відносна різниця розрахованого і заданного значення
Визначення механічних сил в обмотках й нагрівання обмоток при короткому замиканні
1.Потужність короткого замикання електричної мережі згідно табл.. 72
2.Діюче значення усталеного струму короткого замикання обмотки ВН
3.Діюче значення усталеного струму короткого замикання обмотки НН
4.Коефіцієнт який враховує максимально можливу аперіодичну складову струму короткого замиканя
5.Ударний струм короткого замикання який визначається за формулою для обмотки ВН
6.Ударний струм короткого замикання який визначається за формулою для обмотки НН
7.Радіальні сили обмоток ВН
8.Радіальні сили обмоток НН
Для визначення сумарних радіальних сил розглянемо зображення на рис. 5.1 найпростіший випадок взаємного розташування обмоток трансформатора.
Обидві обмотки мають рівні висоти і рівномірний розподіл витків по висоті.
Визначення механічних сил в обмотці будемо вести розраховуючи окремо сили викликані поздовжнім і поперечним полями.
Рис.5.1 Продольні й поперечні поля в обмотці
9.Середнє сжимаюче напруження в проводі обмотки НН
10.Середнє розтягуюче напруження в проводі обмотки ВН
13.Осьові сили викликані другим поперечним полем рівні нулю тому що довжини обмоток ВН та НН рівні
14.Максимально сжимаючі осьові сили
15.Максимально зжимаючі осьові сили ВН
16.Максимально зжимаючі осьові сили НН
Рис 5.2 розподіленя радіальних сил на концентричній обмотці
17.Сила яка зжимає внутрішню обмотку ВН
18.Сила яка зжимає внутрішню обмотку НН
19.Напруженість зжимання проводів внутрішньої обмотки ВН
20.Напруженість зжимання проводів внутрішньої обмотки НН
21.Напруженість зжимання на опорних поверхнях ВН якою можна знехтувати через малу потужність трансформатора і не використовувати прокладки по окружності обмотки
де npr1 число прокладок по окружності обмоток
bpr1 ширина прокладок
22.Напруженість зжимання на опорних поверхнях НН якою можна знехтувати через малу потужність трансформатора і не використовувати прокладки по окружності обмотки
Напруженності задовольняють нерівності
для обмоток з регулювальними витками симетрично розташованими відносно середини висоти обмоток на кожному щаблі
коефіцієнт осьової сили
24.Температура обмотки ВН через 4 с після короткого замикання
де tk час після виникнення короткого замикання
.н початкова температура обмотки
25.Температура обмотки НН через 4 с після короткого замикання
26.Час досягнення температури 250 градусів при короткому замиканні ВН
27.Час досягнення температури 250 градусів при короткому замиканні НН
Розрахунок магнітної системи
1.Розміри магнітної системи та маси сталі
Загальна площа пакетівТаблиця
Розміри пакетів a х b см в стержні
Без пресуючої пластини
де kкр коефіцієнт заповнення круга для стержня;
ая ширина крайнього зовнішнього пакету ярма.
1.1.Загальна площа пакетів
1.2.Площа перерізу стержня і ярма (табл. 8-7)
1.3.Активний переріз стержня і ярма
де kз=0.96 табл. 2.2
приймаємо висоту ярма 0.21 см
де l01=l02=2см згідно таблиці 4-5
1.7.Відстань між осями стержня
1.8.Маса частин ярм заключних між осями крайніх стержнів
1.9.Маса кутів (табл. 8.3)
1.10.Маса сталі ярма
1.11.Маса сталі стержнів в магнітній системі
1.12.Маса сталі в місцях стику пакетів стержня і ярма
1.13.Мас сталі стержнів при багатоступінчатій формі січення ярма
1.14.Повна маса сталі трансформатора
2.Втрати холостого ходу
2.1.Магнітна індукція стержня
2.2.Магнітна індукція в ярмі
2.3.Магнітна індукція на косому стику
Питомі втрати для сталі стержнів ярм і стиковдля сталі марки 3404
2.4.Для плоскої магнітної системи з косими стиками на крайніх стержнях і прямими стиками на середньому стрижні; з багатоступеневим ярмом без отворів для шпильок; з відпалом пластин після різання сталі і видалення задирок для визначення втрат застосуємо вираз
де (стр. 382 табл. 8.13)
Якщо число щаблів у перерізі ярма одне або відрізняється на один - два ступені від числа ступенів у перерізі стержня то розподіл індукції в ярмі і стрижні можна вважати рівномірним і прийняти коефіцієнт збільшення втрат що залежить від форми перерізу ярма рівним 1.0.
(стр. 380 табл. 8.12)
при пооотужностях трансформатора 100 – 400 кВа
2.5.Відносна різниця заданого значення та отриманого
3.Струм холостого ходу
3.1.Знаходимо питомі намагнічуючі потужності
де для сталі марки 3404
(табл. 8.20 стр. 395)
(табл. 8.21 стр. 396)
для ярма багатоступеневого січення
при потужностях трансформатора 100 – 400 кВа
3.2.Струм холостого ходу реактивна складова
3.3.Струм холостого ходу активна складова
3.4.Струм холостого ходу
3.5.Відносна різниця між заданим і розрахованим значенням струму холостого ходу
1.Тепловий розрахунок обмоток
1.1.Внутрішній перепад температур обмотка НН
де - теплопровідність ізоляції проводу; (стр. 424 табл. 9.1)
q – густина теплового потоку на обмотки;
товщина ізоляції проводу на одну сторону;
1.2.Полотніють теплового потоку ВН
1.3.Внутрішній перепад температур обмотки ВН
де рм втрати які виділяються в 1м3 загального об’єму обмотки
а радіальний розмір катушки
λ середня умовна теплопровідність обмотки
λср середня теплопровідність обмотки λмс=017
1.4.Перепад температури на поверхні обмотки НН
1.5.Перепад температури на поверхні обмотки DН
1.6.Повний середній перепад температури від обмотки до масла НН
1.7.Повний середній перепад температури від обмотки до масла ВН
2.Тепловий розрахунок баку
2.1.В відповідності з потужністю трансформатора вибираємо конструкцію баку зі стінками в вигляді хвиль (рис. 7.1)
Рис.7.1 Бак з стінками в вигляді хвиль
- ізоляційна відстань від ізольованого відводу обмотки ВН (зовнішньої) до власної обмотки і рівний йому відстань цього відводу до стінки бака по таблиці 4.11 на стор.199; кВ.
- відстань від пресуючою балки ярма до відведення з кВ по таблиці 4.11 на стор.199.
ізоляційна відстань від неізольованого або ізольованого відводу обмотки НН і СН до обмотки ВН по таблиці 4.12 на стор. 200; кВ.
- ізоляційне відстань від відведення ПН або СН до стінки бака по таблиці 4.11 на стор.199; кВ.
діаметр ізольованого відводу обмотки ВН при класах напруги 6 10 та 35 кВ при потужностях до 1000
- діаметр ізольованого відводу від обмотки НН або СН рівний або розмір неізольованого відведення НН (шини) рівний 10 - 15 мм.
- мінімальна номінальна відстань до основних котушок знаходимо по таблиці 4.12 на стор.200.
2.2.Мінімальна ширина баку
2.3.Мінімальна довжина баку
2.4.Висота активної частини
де товщина прокладки під нижнє ярмо
Глибина бака визначається висотою активної частини і мінімальною відстанню від верхнього ярма до кришки бака що забезпечує розміщення внутрішніх частин прохідних ізоляторів відводів і перемикачів
2.5.Мінімальна відстань від ярма до кришки бака
2.7.Допустимі перевищення середньої температури масла над навколишнім середовищем
2.8.Знайдене середнє перевищення може бути допущено так як перевищення температури масла в верхніх шарах менше 65 в цьому випадку буде:
2.9.Беручи попередньо перепад температури на внутрішній поверхні стінки бака 4 і запас 2°С знаходимо середнє перевищення температури зовнішньої стінки бака над температурою повітря
2.10.Поверхність випромінювання баку
2.11.Поверхність конвекції
2.12.Поверхня випромінювання стінки
2.15.Площа кришки баку
2.16.Поверхня конвекції стінки
2.17.Повна поверхня випромінювання баку
3.Кінцевий розрахунок перевищень температури обмоток і масла трансформатора
3.1.Середнє перевищення температури стінки баку над навколишнім середовищем
3.2.Середнє перевищення температури стінки баку над температурою внутрішньої поверхні стінки баку
3.3.Перевищення температури масла в верхніх слоях над оточуючим середовищем
3.4.Перевищення середньої температури обмоток над оточуючим середовищем
4.Приблизне визначення маси конструктивних матеріалів й масла трансформатора
4.1.Маса активної частини
4.2.Об’єм активної частини
4.4.Загальна маса масла
У даному проекті був розрахований силовий понижувальний трансформатор потужністю 250кВ*А з мідними обмотками і схемою з’єднання обмоток .YΔ
В ході розрахунку були отримані наступні результати:
індукція у стрижні Bc=1.049Тл
розрахункове значення індукції знаходиться в межах інтервалу рекомендованого табл. 2.4
середня щільність струму Jср=2697Ам2
розрахункове значення середньої щільності струму не виходить за рамки інтервалу рекомендованого табл. 5.7
густини теплового потоку обмоток і розрахункові значення густини теплового потоку не перевищують гранично допустимих значень
втрати короткого замикання що становить -29% заданого значення;
розрахункове значення втрат короткого замикання не перевищує граничного допустимого відхилення по ГОСТ 11677 - 85 до +5% від заданого значення;
напруга короткого замикання 4.34%-що становить 35% заданого значення
розрахункове значення напруги короткого замикання знаходиться в межах межі допустимого відхилення до ± 5% від заданого значення;
середня стискаюча напруга в проводах обмотки НН 6.4МПА
отримане значення не перевищує граничного допустимого значення 15МПа;
середня розтягуючи напруженість у дротах обмотки ВН 7.707МПа
отримане значення також задовольняє умові стійкості обмоток так як не перевищує гранично допустимих 25МПа;
температура обмоток через 4с після виникнення короткого замикання 225°С
отримане значення температури після виникнення короткого замикання не перевищує гранично допустимої температури для мідних обмоток
втрати холостого ходу що становить 4.6% заданого значення
розрахункове значення втрат холостого ходу не перевищує граничного допустимого відхилення по ГОСТ 11677 - 85 до + 75% від заданого значення;
струм холостого ходу 1.351%
розрахункове значення струму холостого ходу -41% вийшло менше заданого а так як за ГОСТ 11677 - 85 відхилення унормовано тільки в більшу сторону (Δ +15%) то отримане значення струму холостого ходу припустимо;
перевищення температури масла в верхніх шарах над температурою повітря і середньої температури обмоток над температурою повітря обмоток НН і ВН лежать в межах допустимого нагрівання по ГОСТ 11677 - 85.
З вищесказаного випливає що розрахований трансформатор відповідає технічним вимогам викладеним у п.1 значить завдання на курсовий проект виконано.
Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1986. – 528 с. : ил.
Чешева Т.В. Винокурова Р.Ф. Стукач В.С. Конструирование трансформаторов. Учебное пособие. Томск; ТПУ 1992. – 116 с.
Силовые трансформаторы. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу “Электрические машины” для студентов электротехнических специальностей дневного вечернего и заочного обучения. Томск изд. ТПИ им. С.М.Кирова 1991. – 35 с.