Расчёт трансформатора с чертежами и расчетом в Mathcad

Чертеж обмотки НН (правильная).cdw

ПЗ ТМ.doc

Задание на проектирование ..стр.4
Расчёт основных электрических величин .. стр.5
Выбор главной изоляции .. .. .стр.6
Определение основных размеров трансформатора стр.13
Выбор конструкции обмоток . стр.19
Расчёт обмотки низкого напряжения стр.21
Расчёт обмотки высокого напряжения . стр.28
Расчёт параметров короткого замыкания ..стр.33
Расчёт магнитной системы стр.36
Тепловой расчёт . . .стр.43
Определение массы масла . .стр.51
Расчёт массы трансформатора .. ..стр.51
Выбор трансформаторного масла стр.52
Список используемой литературы ..стр.53
В данном курсовом проекте проведен расчет масляного трехфазного силового трансформатора общего назначения типа ТМ – 100012. Рассмотрены особенности проектирования масляного трансформатора с непрерывной катушечной обмотки из прямоугольного провода плоской трех стержневой магнитной системы и типом регулирования напряжения ПБВ.
Трансформатор соответствует требованиям ГОСТ 11677-85
Задание на проектирование трёхфазного силового трансформатора с
масляным охлаждением
Мощность трансформатора:
Напряжение холостого хода:
Группа соединения: Y--11
Характеристики трансформатора:
Потери холостого хода:
Потери короткого замыкания:
Ток холостого хода:
Напряжение короткого замыкания:
Число активных стержней:
Сталь холоднокаткая марки Э330 толщиной 035 мм
Охлаждение естественное масляное
Расчет основных электрических величин
Расчет производится для трехфазного трансформатора ТМ-1600-1263
Мощность одной фазы Sф и одного стержня S кВА:
где mф - число фаз трансформатора (mф = 3); с - число стержней (с = 3).
Фазные напряжения Uф и токи Iф (определяют для обмоток ВН и НН в зависимости от схем их соединения):
где Uл - номинальное линейное напряжение обмоток ВН и НН приведенное в задании.
Обмотки трансформатора соединены по схеме звезда-звезда с нулевым проводом следовательно расчёт фазного напряжения и фазного тока будет проводиться для соединения звездой:
- линейное напряжение со стороны высокого напряжения.
- линейное напряжение со стороны низкого напряжения.
-фазное напряжение обмотки высокого напряжения.
-фазное напряжение обмотки низкого напряжение..
- фазный ток обмотки высокого напряжения.
- фазный ток обмотки низкого напряжения.
Активная uк. а и реактивная uк. р составляющие напряжения короткого замыкания %:
-активная составляющая напряжения короткого замыкания;
-реактивная составляющая напряжения короткого замыкания.
Выбор главной изоляции
Главная изоляция обмоток определяется в основном электрической прочностью при частоте 50 Гц и соответствующими испытательными напряжениями которые зависят от напряжения обмоток и должны быть определены по табл. 1 методического указания:
для обмотки НН – UиспНН для обмотки ВН - UиспВН.
Испытательные напряжения промышленной частоты
для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)
Класс напряжения обмотки высокого напряжения: 10 кВ;
Класс напряжения обмотки низкого напряжения: до 1 кВ;
- испытательное напряжение обмотки высокого напряжения;
- испытательное напряжение обмотки низкого напряжения;
Конструкция главной изоляции обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ представлена на
Рис. 1. Главная изоляция обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ
Изоляцию между обмотками ВН и НН осуществляют жесткими бумажно-бакелитовыми цилиндрами (d12) или мягкими цилиндрами из электроизоляционного картона намотанными при сборке трансформатора. Размер выступа цилиндра за высоту обмотки (lц1 и lц2) обеспечивает отсутствие разряда по поверхности цилиндра между обмотками или с обмотки на стержень. Между обмотками ВН соседних стержней устанавливают междуфазную перегородку (d22) из электроизоляционного картона.
Минимальные изоляционные расстояния от обмоток до стержня и ярма (l01 l02 а01 lц1 lц2 dш ац1) между обмотками (а12 а22) а также главные размеры изоляционных деталей (d01 d12 d22) с учетом конструктивных требований и производственных допусков в зависимости от мощности трансформатора для испытательных напряжений 585 кВ определяют для обмотки НН по табл. 4.4 [1 с. 183]
-изоляция обмотки от стержня.
-расстояние от цилиндра до изоляции;
-расстояние от изоляции до обмотки низкого напряжения;
-выступ цилиндра низкого напряжения;
а для обмотки ВН – по табл. 4.5 [1 с. 184].
Поперечное сечение стержня в стержневых магнитных системах обычно имеет вид симметричной ступенчатой фигуры вписанной в окружность. Диаметр этой окружности d называют диаметром стержня трансформатора; он является одним из основных размеров трансформатора. Ступенчатое сечение стержня (и ярма) образуется сечением пакетов пластин. При этом пакетом называют стопу пластин одного размера. Чистое сечение стали в поперечном сечении стержня или ярма называют активным сечением стержня Пс или ярма Пя. На данном этапе расчета когда размеры пакетов стержня еще не установлены используют коэффициент заполнения сталью Kс равный отношению активного сечения стержня Пс к площади круга диаметром d. Этот коэффициент равен произведению двух коэффициентов:
где Kкр - коэффициент заполнения площади круга площадью Пф. c ступенчатой фигуры сечения стержня;
Kз - коэффициента заполнения площади ступенчатой фигуры Пф. c чистой сталью.
Коэффициент заполнения Kз зависит в основном от толщины пластин стали вида изоляции пластин. Согласно рекомендациям приведенным в [1 п. 2.2] для современных трансформаторов обычно применяют холоднокатаную рулонную сталь марок 3404 3405 с толщиной листов 035 и 03 мм. Для заданной стали с жаростойким покрытием и однократной лакировкой при толщине листов 035 мм рекомендуется принять Kз = 0965; а при толщине листов 03 мм - Kз = 0955.
Коэффициент заполнения площади круга Kкр и число ступеней в сечении стержня определяемое по числу пакетов стержня в одной половине круга nс зависят от мощности трансформатора Sн диаметра стержня d способа крепления пластин способа охлаждения трансформатора и на данном этапе расчета могут быть определены по заданной расчетной мощности для масляного трансформатора по табл. 2.
Число ступеней в сечении стержня и коэффициент круга современных трехфазных масляных трансформаторов
Прессовка стержня бандажами сечение стержня диаметром
от 036 м и выше имеет продольные каналы
Магнитная система (остов) служит также и механической основой трансформатора. На остове располагают и укрепляют обмотки и отводы от обмоток и в некоторых конструкциях на остове в процессе сборки трансформатора укрепляют крышку бака с вводами и различной арматурой. 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 на стержни
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 0406 МПа считая по среднему т. е. по наиболее широкому пакету.
Прессовка (сжатие) стержней может осуществляться различными способами. Стержни трансформаторов мощности - от 1000 кВА и выше - при диаметре d > 022 м нуждаются в более надежной прессовке. В этом случае стержни стягивают бандажами из стеклоленты расположенными по высоте стержня на расстояниях 012015 м один от другого причем перед наложением бандажей при сборке стержни поочередно опрессовывают на специальном станке прессующей балкой создающей необходимое натяжение сжатия между пластинами.
Стержни диаметром до 036 м обычно достаточно хорошо охлаждаются маслом омывающим их наружную поверхность.
Для диаметров стержней силовых трансформаторов применяют стандарт который содержит следующие нормализованные диаметры м: 008; 0085; 009; 0092; 0095; 010; 0105; 011; 0115; 012; 0125; 013; 014; 015; 016; 017; 018; 019; 020; 021; 022; 0225; 023; 024; 0245; 025; 026; 027; 028; 029; 030; 031; 032; 033; 034; 035; 036; 037; 038; 039; 040; 042; 045; 048; 050; 053; 056; 060; 063; 067; 071; 075 – для магнитных систем без поперечных каналов (в данных расчетах поперечные каналы не предусмотрены).
Выбор правильной формы и размеров поперечного сечения ярма особенно в магнитных системах собираемых из холоднокатаной текстурованной стали играет существенную роль. Наиболее рациональной и применяемой в данном расчете является многоступенчатая форма сечения ярма с числом ступеней равным числу ступеней в сечении стержня и активным сечением равным сечению стержня. Поэтому коэффициент усиления ярма Kя равный отношению () в данном случае может быть принят равным 1.
Важное значение при расчете трансформатора имеет правильный выбор индукции в стержне магнитной системы Bс. 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.
Рекомендуемые значения расчетной индукции в стержнях современных масляных трансформаторов мощностью 160 кВА и более при использовании холоднокатаной стали современных марок 3404 3405 3406 3407 3408 находятся в пределах 155165 Тл.
Принимаем k=0 48 как среднее;
Тогда приведённая длина двух обмоток равна:
Ширина приведённого канала:
По таблице 2 определяем:
Число ступеней: nс=7
Ориентировочное значение диаметра стержня: d'=03 [м];
Исходя из заданной стали получаем:
Удельные потери: p=11 [Вткг]
По таблице 2.8 из [1] выбираем способ прессовки стержня:
Kя=1015- коэффициент усиления ярма;
Определяем значение индукции в ярме по формуле:
Удельные потери в стали (pc) и ярме (ря) по [1]:
Рс=11 [Вткг] ря=105 [Вткг];
Удельные намагничивающие мощности:
Принимаем для зазоров при индукции в стержне 14 Тл:
Определение основных размеров трансформатора
Основные размеры магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяют главные размеры активной части и всего трансформатора.
В данном проекте двухобмоточный трехфазный трансформатор выполним с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры вписанной в окружность и с концентрическим расположением обмоток из медного или алюминиевого провода в виде круговых цилиндров. Магнитная система такого трансформатора с обмотками схематически изображена на рис. 5.
Основными размерами трансформатора являются: диаметр окружности d в которую вписано ступенчатое сечение стержня 3; осевой размер средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмотками d12 связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток aр1 и aр2 и осевого канала между ними a12.
Если эти три размера выбраны или определены то остальные размеры определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток например высота стержня lс расстояние между осями соседних стержней С и т. д. могут быть найдены при известных допустимых изоляционных расстояниях (например a12 a22 l0) определенных в п. 4.2.
Рис. 5. Плоская шихтованная магнитная система трехфазного трансформатора
с обмотками: 1 - ярмо; 2 - стержни; 3 - сечение стержня; 4 - обмотки ВН и НН
Два основных размеров d12 и l связаны соотношением
Величина b определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки. Значение b может варьировать для масляных трансформаторов в пределах от 1 до 35. При этом меньшим значениям b соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие большим - широкие и низкие. Различным значениям b соответствуют и разные соотношения между массами активных материалов – стали магнитной системы и металла обмоток. Меньшим значениям b соответствует меньшая масса стали и большая масса металла обмоток. С увеличением b масса стали увеличивается масса металла обмоток уменьшается. Таким образом выбор b существенно влияет не только на соотношение размеров трансформатора но и на соотношение масс активных и других материалов а следовательно и на стоимость трансформатора.
Вместе с этим значение b сказывается и на технических параметрах трансформатора: потерях и токе холостого хода механической прочности и нагревостойкости обмоток габаритных размерах.
Выберем значение b исходя из значение заданной мощности по таблице из [1]:
Принимаем приближённое значение для заданного трансформатора:
В [1] приведена формула связывающая диаметр стержня трансформатора с его мощностью и коэффициентом b:
где S - мощность трансформатора на один стержень кВА;
Kр - коэффициент Роговского (коэффициент приведения поля рассеяния) (Kр=093097);
- ширина приведенного канала рассеяния м;
Kс - коэффициент заполнения сердечника сталью;
Bс - индукция в стержне Тл;
f - частота тока сети Гц;
uк. р - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания %.
Округляя до стандартного ряда диаметров получаем окончательный диаметр стержня:
Уточняем значение b::
Средний диаметр витка обмоток НН и ВН м:
где a - коэффициент принимаемый по табл. 3.4 [1 с. 123] (был принят в п. 8 исходных данных расчета на ПК [2]).
-средний диаметр обмоток НН и ВН
Ориентировочная высота обмоток м:
-высота обмоток (ориентировочно.)
Активная по стали площадь сечения стержня см2:
где Пф. с - площадь сечения стержня (выбирается в зависимости от диаметра стержня d по табл. 8.7 [1 с. 365])
Kз - коэффициент заполнения сталью
Пфс=5562 [см2] Пфя=5666 [см2] Vу=13480 [см3 ]
Напряжение одного витка обмотки (предварительно) В:
где - максимальное значение индукции в стержне Тл (принято предварительно по приведенным рекомендациям в пределах 14165 Тл.);
Пс - активное сечение стержня м2;
f - частота тока в сети Гц.
Число витков в обмотке НН (предварительно):
где Uф1 - фазное напряжение обмотки НН (см. п. 4.1).
Значение W1` необходимо округлить до целого числа W1.
Уточненное напряжение одного витка В:
Уточненное значение индукции Тл:
Средняя плотность тока ():
где Kд - коэффициент учитывающий добавочные потери принимается по табл. 3.6 [1 с. 131] (выбран в п. 15 [2]);
Pк - потери мощности при коротком замыкании кВт (заданы в исходных данных расчета);
Sн - номинальная мощность трансформатора кВА (задана в исходных данных расчета);
uв - напряжение одного витка В;
d12 - средний диаметр витка обмоток НН и ВН м.
Полученное значение плотности тока Jср необходимо сверить с данными табл. 3 где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей тока для масляных трансформаторов. Сверка рассчитанного значения Jср с данными таблицы имеет целью избежать грубых ошибок в расчете.
Средняя плотность тока в обмотках для современных
масляных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ
Выбор конструкции обмоток
Общие требования предъявляемые к обмоткам трансформатора можно подразделить на эксплуатационные и производственные.
Основными эксплуатационными требованиями являются надежность электрическая и механическая прочность и нагревостойкость как обмоток так и других частей и всего трансформатора в целом. Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений коммутационные и атмосферные перенапряжения которые могут возникнуть в сети где трансформатор будет работать. Механическая прочность обмоток должна допускать упругие деформации но гарантировать их от остаточных деформаций и повреждений при токах короткого замыкания многократно превышающих номинальный рабочий ток трансформатора.
Нагрев обмоток и других частей от потерь возникающих в трансформаторе при номинальном режиме работы допустимых перегрузках и коротких замыканиях ограниченной длительности не должен приводить изоляцию обмоток и других частей а также масло трансформатора к тепловому износу или разрушению в
сроки более короткие чем обычный срок службы трансформатора – 25 лет.
Вид обмоток для НН и ВН были выбраны по таблице 5.8 [2]:
По рассчитанным выше параметрам на стороне НН и на стороне ВН на наш трансформатор идеально подходит обмотка в виде винтовой однопроходной из прямоугольного провода..
Расчет обмотки низшего напряжения (НН)
Предварительное сечение витка обмотки мм2:
где Iф1 - фазный ток обмотки НН (см. п. 4.1).
Зная b и по сортаменту обмоточных проводов [1 табл. 5.2] перебором радиального а размера провода подбирают число параллельных проводов nв1 и размер а одиночного провода так чтобы
( с точностью 1-3 %) (20)
где nв1 - число параллельных проводов в витке (целое число);
Ппр1 - поперечное сечение провода с размерами а и b по сортаменту проводов мм2;
П1 - фактическое сечение витка мм2.
Подобранные по сортаменту провода следует записать так: марка провода (АПБ или ПБ) (21)
где для данной обмотки:
а1 - радиальный размер одиночного провода без изоляции мм;
b1 - осевой размер одиночного провода без изоляции мм;
- радиальный размер одиночного провода с изоляцией мм;
- осевой размер одиночного повода с изоляцией мм.
Для проводов с обычной изоляцией следует принять толщину изоляции на две стороны 05 мм с усиленной изоляцией - 1 мм (для обмотки НН в данных расчетах применяют провод с обычной изоляцией 05 мм).
Фактическая плотность тока в обмотке Амм2:
Высота одного витка обмотки низкого напряжения:
Ориентировочное значение масляного охлаждающего маслянного канала между витками м:
Осевой размер витка для пяти обмотки м:
Осевой размер витка м:
Радиальный размер обмотки м:
Обмотку наматывают на цилиндр из электроизоляционного картона внутренний диаметр которого на 10 мм больше диаметра стержня d а толщину и высоту цилиндра выбирают из табл. 4.4 [1 стр. 183] и по рис. 1 и 2.
hк1 - высота радиального масляного канала между катушками мм;
Kус - коэффициент учитывающий усадку межкатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки принимают равным 094096;
и - размеры масляных каналов отличающихся друг от друга на величину кратную 05 мм.
Рис. 10. Расположение катушек и радиальных каналов в обмотке НН
Значения l1 при этом должны отличаться от l не более чем на 10 %.
при этом расходимость в 44%
где - радиальный (наименьший) размер одиночного провода с учетом изоляции мм;
nв1 - число параллельных проводов в витке укладываемых в радиальном направлении;
Wкат1 - число витков в катушке (при дробном числе витков берется округленное до большего целого значения число витков в катушке).
Далее следует проверить радиальный а1 размер одиночного провода по величине добавочных потерь обусловленных полем рассеяния. Добавочные потери от поля рассеяния оценивают коэффициентом добавочных потерь Kдоб характеризующим увеличение сопротивления обмотки переменному току по сравнению с постоянным током. Он не должен превышать допустимого значения; обычно Kдоб 105. В данном расчете можно допустить что Kдоб 11.
Коэффициент добавочных потерь определяют по формуле:
nр - число проводников обмотки в направлении перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния (для непрерывной катушечной обмотки nр = nв1Wкат1);
m - число проводников обмотки в направлении параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния (для непрерывной катушечной обмотки m = nкат1);
а = а1 - размер проводника в направлении перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния м;
b = b1 - размер проводника в направлении параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния м;
Kр - коэффициент приведения поля рассеяния (предварительно принимается Kр = 095).
что полностью удовлетворяет условию.
Внутренний диаметр обмотки м:
где а01 - изоляционный промежуток (рис. 1) выбираемый по табл. 4.4
d - диаметр стержня мм.
Наружный диаметр обмотки м:
Средний диаметр обмотки:
Масса металла обмотки кг:
G1М = 28×103сD1срW1П1 (31)
где с - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (с = 3);
П1 - фактическое сечение витка м2;
D1ср - средний диаметр обмотки м;
W1 - число витков обмотки.
Масса провода обмотки кг:
где Kпр1 - коэффициент учитывающий увеличение массы провода за счет изоляции принимаемый по табл. 4 %.
Ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в %
за счет изоляции для марки ПБ при номинальной толщине изоляции
на две стороны 2d = 045(05) мм
При толщине изоляции 2d = 096(10) мм данные табл. 4 следует умножать на 25.
Для алюминиевого провода марки АПБ данные табл. 4 следует умножать на 33.
Расчет обмотки высшего напряжения (ВН)
При расчете обмотки ВН следует учитывать необходимость выполнения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения. Регулировочные ответвления на обмотке ВН служат обычно для поддержания напряжения у потребителей электрической энергии на одном уровне при колебаниях нагрузки.
В ГОСТ 16110-82 предусмотрены два вида регулирования напряжения силового трансформатора: регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети; регулирование напряжения без перерыва нагрузки (РПН) и без отключения обмоток трансформатора от сети.
Вид регулирования напряжения приведен в задании на курсовой проект.
В масляных трансформаторах с ПБВ должно предусматриваться изменение числа витков обмотки ВН на ±2 25 = ±5 % от номинального значения т. е. должно быть предусмотрено выполнение в этой обмотке четырех ответвлений на +5 %; +25 %; -25 %; -5 % номинального напряжения помимо основного зажима (вывода) с номинальным напряжением. Переключение ответвлений обмоток производят вручную специальными переключателями встроенными в трансформатор с выведенными рукоятками управления расположенными на крышке бака. Пример конструкции такого трехфазного переключателя показан на рис. 11.
Рис. 11. Высоковольтный переключатель
Для непрерывных катушечных обмоток ВН рекомендуется использовать схемы регулирования с размещением регулировочных катушек (витков) в общем концентре с регулируемой частью в середине высоты обмотки. В трансформаторах с ПБВ предпочтительнее использовать схемы по рис. 12
Рис. 12. Схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН у трансформаторов с ПБВ при классах напряжения ОВН до 220 кВ Sн > 1000 кВА
В месте расположения регулировочных витков в обмотке обычно выполняют разрыв и увеличенный против нормального канал между регулировочными
катушками hкр который обеспечивает защиту обмотки ВН от разряда по поверхности между двумя половинами обмотки. Размер канала hкр при напряжении UВН 35 кВ следует принять равным 12 мм а при напряжении UВН = 110 кВ – 25 мм.
Выводы концов всех трех фаз обмотки присоединяют к одному трехфазному переключателю контакты которого рассчитывают на соответствующий рабочий ток.
Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении:
где Uф2 - фазное напряжение обмотки ВН (см. п. 4.1).
Число витков на одной ступени регулирования:
где - относительное значение напряжения на одной ступени регулирования (W2р необходимо округлить до целого значения).
Число витков на ответвлениях:
K2p = 2 где K2р - число ступеней регулирования вниз и столько же вверх от номинального.
Cтупень Uвн max: W2max2 = 607619 + 2*2*152 = 668419
Cтупень Uвн max: W2max2 + 25 = 607619 + 2*152 = 638019
Cтупень Uвн: W2max2 = 607619
Cтупень Uвн min: W2max2 = 607619 - 2*2*152 = 577219
Cтупень Uвн min: W2max2 = 607619 – 2*152 = 546819
Напряжения и числа витков следует рассчитать для каждой ступени регулирования напряжения.
Ориентировочная плотность тока Амм2:
Ориентировочное сечение витка мм2:
где I2 - фазный ток в обмотке ВН
По сечению витка из табл. 5.2 [1 с. 212-213] сортамента обмоточных проводов следует выбрать одиночный провод и количество проводов в витке nв2 (методика выбора провода такая же как и для обмотки НН см. п. 4.6) и записать: марка провода (АПБ или ПБ)
Фактическая плотность тока Амм2:
Число катушек с полным числом каналов на одном стержне ориентировочно:
- высота катушки равная в данном случае осевому размеру одиночного провода в изоляции мм;
- ширина радиального масляного канала между катушками (принять по рекомендациям приведенным на с. 27) мм.
Поскольку необходимо сделать между катушками несколько увеличенных каналов то число катушек надо округлить до четного числа несколько меньше расчетного nкат2.
Число витков в катушке ориентировочно:
(Wкат2 необходимо округлить до целого значения).
Значение l2 должно отличаться от l не более чем на 10 %.
при этом расходимость в 41%
Радиальный размер обмотки ВН:
Коэффициент добавочных потерь:
Внутренний диаметр обмотки ВН:
Наружный диаметр обмотки ВН:
Средний диаметр обмотки ВН:
Масса меди обмотки высокого напряжения:
Масса провода обмотки высокого напряжения:
Расчет параметров короткого замыкания
Потери короткого замыкания Рк в трансформаторе разделяют на следующие составляющие: основные потери в обмотках НН и ВН вызванные рабочим (номинальным) током обмоток Росн1 Росн2; добавочные потери в обмотках НН и ВН т. е. потери от вихревых токов наведенных полем рассеяния в обмотках учитываемые через коэффициент добавочных потерь Kдоб; основные потери в отводах между обмотками и вводами трансформатора Ротв1 Ротв2; потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора вызванные полем рассеяния обмоток и отводов Рб.
Основные потери короткого замыкания:
Основные потери в отводах определяют отдельно для обмоток ВН и НН. Расчет этих потерь сводится к определению примерной длины проводников и массы металла в отводах.
Сечение отвода следует принять равным сечению витка обмотки т. е.
Потв1= a1*b1*10-6=355*9*10-6= 3195·10-5
Потв2=а2*b2·10-6=25*71*10-6= 1775·10-5
Длина проводов отводов м:
для соединения в звезду
lотв= 075·0514= 0386[м]
Масса металла отводов кг:
где γ=8900 кгм3 – плотность меди
Основные потери в отводах Вт:
Потери в стенках бака и других металлических элементах конструкции трансформатора до выяснения размеров бака определяют приближенно Вт:
где k=0025 – коэффициент определяемый по таб.5.
Полные потери короткого замыкания Вт:
Определение напряжения короткого замыкания.
Активная составляющая номинального напряжения короткого замыкания %:
Реактивная составляющая напряжения короткого напряжения %:
где аР – ширина приведенного канала рассеяния м:
коэффициент учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля вызванное конечным значением осевого размера обмоток l по сравнению с их радиальными размерами причем здесь
Kq - коэффициент значение которого в учебном расчете может быть принято равным 103.
Напряжение короткого замыкания %:
или заданного значения.
Расчет магнитной системы
Форма поперечного сечения ярма в средней своей части по размерам пакетов повторяет сечение стержня. Крайние пакеты делают более широкими объединением двух – трех пакетов в один как изображено на рис. 8.2. [1 с. 362].
Полное сечения стержня м2:
где nс - число пакетов в стержне;
biс - толщина i- го пакета пластин стержня мм.
Размеры пакетов стержня:
Активное по стали сечение стержня м2:
где Kз - коэффициент заполнения сердечника сталью (см. с. 13).
Полное сечение ярма м2:
где nя - число пакетов в ярме;
biя - толщина i- го пакета пластин ярма мм.
где и - расстояния от обмотки до нижнего и верхнего ярма соответственно мм.
Расстояние между осями соседних стержней м:
где - наружный диаметр обмотки ВН м;
a22 - расстояние между обмотками ВН соседних стержней определяемое по табл. 4.5 [1 с. 184] а для UВН = 110 кВ – по рис. 2 (выбрано в п. 14 [2]).
Масса стали угла магнитной системы (при многоступенчатой форме сечения) кг:
Gу = KзVуgст10–7 (55)
где Vу - объем угла определяемый из табл. 8.6 8.7 [1 с. 364-365] см3;
gст - удельный вес стали равный 7650 кгм3.
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы кг:
где Пс - активное сечение стержня м2;
с - количество стержней (с = 3);
lс - длина стержня м.
Полная масса стали трансформатора кг:
Полная масса стали в ярмах кг:
Полный вес стали трансформатора кг:
Расчет потерь и тока холостого хода
Магнитные потери – потери в активной стали магнитной системы – составляют основную часть потерь холостого хода и могут быть разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов. Для современной холоднокатаной электротехнической стали (3404 3405) с толщиной 035 и 030 мм первые из них составляют до 2530 % и вторые до 6575 % полных потерь.
В практике расчетов при частоте 50 Гц обычно определяют магнитные потери не разделяя их и используют экспериментально установленную зависимость между индукцией и удельными потерями в стали. Эту зависимость выражают в форме потерь в единице массы стали р Вткг при заданной индукции.
Индукция в стержне Тл:
где Пс - активное сечение стержня м2.
Индукция в ярме Тл:
где Пя - активное сечение ярма определенное по формуле (74) м2.
Для полученных значений индукций Вс и Вя и заданной марки стали из табл. 8.10 [1 с. 376] определяют удельные потери в сердечнике рс и ярме ря Вткг.
Потери холостого хода Вт:
где Kп. р - коэффициент увеличения удельных потерь в стали за счет внутренних механических напряжений в пластинах возникающих при резке полосы рулона стали на пластины (Kп. р = 105);
Kп. з - коэффициент повышения удельных потерь возникающих при снятии заусенцев (для отожженных пластин Kп. з = 1);
Kп. у - коэффициент увеличения потерь в углах зависящий от формы стыков в углах и средних стержней магнитной системы определяется по табл. 8.13 [1 с. 382] (для сталей 3404 3405 толщиной 03 и 035 мм при шихтовке магнитной системы по рис. 3 Kп. у можно принять равным 10423);
Kп. я - коэффициент увеличения потерь зависящий от формы сечения ярма (Kп. я = 10);
Kп. п - коэффициент учитывающий влияние прессовки стержня и ярма на потери (Kп. п = 1035);
Kп. ш - коэффициент увеличения потерь за счет перешихтовки верхнего ярма при установке обмоток (при Sн = 6306300 кВА Kп. ш = 1021085;
Потери в зазорах Вт:
Полная намагничивающая мощность ВА:
где qс и qя - удельные намагничивающие мощности в стержне и ярме определяют по табл. 8.17 [1 с. 390-391] ВАкг;
qз - удельная намагничивающая мощность в зоне шихтованного стыка определяют по табл. 8.17 [1 с. 390–391] (для прямого стыка при индукции Вс для косого стыка при индукции ) ВАм2;
Kт. р - коэффициент учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины (Kт. р = 118);
Kт. з - коэффициент учитывающий влияние срезания заусенцев (Kт. з = 10);
Kт. п. л - коэффициент учитывающий ширину пластины в углах магнитной системы принимают по табл. 7; Kт. п. л=13
Kт. я - коэффициент учитывающий форму сечения ярма (Kт. я = 10);
Kт. п - коэффициент учитывающий прессовку магнитной системы (принять Kт. п = 1051);
Kт. ш - коэффициент учитывающий перешихтовку верхнего ярма
(при Sн = 6306300 кВА Kт. ш = 102108;
при Sн > 10000 кВА Kт. ш = 106);
Kт. у - коэффициент учитывающий форму стыков в крайних и средних стержнях магнитной системы определяют по табл. 8.20 [1 с. 395] (для сталей марок 3404 3405 толщиной 03 и 035 мм при шихтовке магнитной системы по рис. 3 и индукции от 15 до 17 Тл Kт. у можно принять равным 4155).
Значения коэффициента Kт. п. л учитывающего увеличение
намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости
от ширины пластины второго пакета a2п для холоднокатаной стали
Ширина пластины второго пакета a2п м
Относительное значение активной составляющей тока холостого хода в % от номинального тока:
Активная составляющая фазного тока холостого хода обмотки ВН А:
Относительное значение тока холостого хода в % от номинального тока трансформатора:
Полный фазный ток холостого хода обмотки ВН А:
Реактивная составляющая фазного тока холостого хода обмотки ВН А:
Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода в % от номинального тока трансформатора:
Далее надо сравнить относительное значение тока холостого хода с заданным (оно не должно быть выше заданного более чем на 15 %).
Коэффициент полезного действия трансформатора %
Необходимо определить плотность теплового потока на поверхности обмотки для непрерывных катушечных обмоток q Втм2.
где I - фазный ток обмотки А;
J - плотность тока обмотки Ам2;
Wк - число витков в катушке;
KдобМ KдобА - коэффициенты добавочных потерь для обмоток из меди или алюминия соответственно;
Nр- коэффициент закрытия поверхности Nр=12
где bпр = 005 м - ширина прокладок;
Dср - средний диаметр обмотки (НН или ВН) м;
aр - радиальный размер соответствующей обмотки м;
b - осевой размер провода соответствующей обмотки м.
Тепловой расчет трансформатора
Внутренний перепад температуры для катушки из провода прямоугольного сечения являющийся перепадом в изоляции одного провода °С:
где dп- толщина изоляции провода на одну сторону м;=00025 [м]
lиз - теплопроводность изоляции провода lиз = 00017 Вт(м°С).
Перепад температуры на поверхности обмотки:
где K1 - коэффициент учитывающий скорость движения масла внутри обмотки (для естественного масляного охлаждения K1 = 10; для масляного охлаждения с дутьем K1 = 09; для масляного охлаждения с принудительной циркуляцией масла K1 = 1);
K2 - коэффициент учитывающий ухудшения конвекции масла в каналах внутренних обмоток (для обмоток ВН K2 = 10; для обмоток НН K2 = 11);
- коэффициент учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов принимается по табл. 8.
Кз=085 для НН Кз=09 для ВН
Значения коэффициента в формуле (102)
Среднее превышение температуры обмоток НН и ВН над средней температурой масла °С:
Qо. м. ср = Q0 + Qо. м. (78)
Тепловой расчет бака
Определение размеров бака и предварительный тепловой расчет
Необходимо ознакомиться с типами и конструкцией баков силовых масляных трансформаторов [1 табл. 9.4]. Рекомендуется выбрать конструкцию бака с навесными радиаторами. Минимальные внутренние размеры бака обозначены на рис. 15 б.
Согласно рис. 15 а необходимо определить следующие минимальные расстояния и размеры:
S1 - изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние этого отвода S3 до стенки бака по табл. 4.11. [1 с. 199];
d2 - диаметр изолированного отвода обмотки ВН (при классах напряжения 10 и 35 кВ d1 = 20 мм при мощностях до 10000 кВА и d1 = 25 мм при больших мощностях);
S2 - изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН определяемое по табл. 4.12. [1 с. 200];
S4 - изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака определяемое по табл. 4.11 [1 с. 199]; S4=2
d1 - диаметр изолированного отвода от обмотки НН равный d1 или размер неизолированного отвода НН (шины) равный 1015 мм.
Изоляционные расстояния S1 S2 S3 S4 выбирают по соответствующим указанным выше таблицам при толщине изоляции 2 мм на одну сторону.
Минимальные внутренние размеры бака надо определить согласно рис. 15 б.
Рис. 15. К определению основных размеров бака
Минимальная ширина бака м:
Минимальная длина бака м:
где S5 = S3 + d2 + S4. =65
Высота активной части (магнитной системы)трансформатора м:
Hа. ч = lс + 2hя +n (81)
Общая глубина бака м:
Hб = Hа. + Hя. к (82)
где Hя. к - расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака Hя.к = 85 см).
Длительно допустимое среднее превышение температуры обмоток над воздухом при номинальной нагрузке следует принять равным 65°С. Тогда среднее превышение температуры масла омывающего обмотки над температурой окружающего воздуха должно быть не более °С:
Qм. в = 65 – Qо. м. ср (83)
где Qо. м. ср - наибольшее из двух значений рассчитанных по формуле (103) для обмоток НН и ВН °С.
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха °С:
Qм. в. в = sоQм. в 55 °С (84)
где sо - коэффициент определяющий отношение максимального и среднего превышений температуры масла (следует принять для трубчатых баков и баков с радиаторами sо = 12).
Среднее превышение температуры стенки бака над температурой воздуха °С:
Qб. в = Qм. в – 5 °С. (85)
Поверхность конвенкции главной части [м2]:
Пкгл = [2* (120 - 45) + 314*45]* 190* 10-4= 5536 [м2]
Ориентировочная поверхность излучения:
Пи = 5536*13 = 7197 [м2]
Ориентировочное значение поверхности конвекции бака м2:
Поверхность крышки бака овальной формы [м2]:
Размер радиатора [м]:
Ар = Н – 034 = 190 – 034 = 18966
Полная поверхность конвекции бака с радиаторами м2:
Пк = ПглKф. гл + ПкрKф. кр + NрПк. трKф. тр + NрПк. кKф. к (90)
где Пк. тр - поверхность конвекции труб радиаторов м2; Пк. тр= 229
Пк. к - поверхность конвекции коллекторов радиаторов м2; Пк. к= 548
Nр - количество радиаторов; Nр= 2
Kф. гл - коэффициент учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией гладкой стенки бака (Kф. гл = 10 - для трансформаторов без дутья; Kф. гл = 16 - для трансформаторов с дутьем);
Kф. кр - коэффициент учитывающий закрытие части поверхности крышки бака изоляторами вводов ВН и НН и арматурой (Kф. кр = 05);
Kф. тр - коэффициент учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией труб навесных радиаторов для трансформаторов без дутья: с прямыми трубами Kф. тр = 126;
Kф. к - коэффициент учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией поверхностью коллекторов навесных радиаторов Kф. к = 10 - для трансформаторов без дутья;
Значения Пк. тр и Пк. к следует выбирать в зависимости от типа радиатора из табл. 9.9 [1 с. 442] или из табл. 9.10 [1 с. 444].
Поверхность коллектора радиатора из табл:
Пк = 5536*1 + 0974*05 + 2*229*126 + 2*548*1 = 74691
Из уравнения (117) определяют количество радиаторов
Полученное количество радиаторов надо округлить до целого числа в большую сторону.
На эскизе крышки бака следует показать размещение радиаторов аналогично рис. 10.8 [1 с. 476] и с учетом размеров радиаторов определить полную поверхность излучения бака Пи согласно рис. 9.16 9.17 10.8 [1 с. 441 443 476].
Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла трансформатора
Среднее действительное превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха °С:
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой стенки бака °С:
Qм. в = sо(Qб. в + Qм. б) 55 °С. (94)
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха рассчитывается для обмоток ВН и НН отдельно °С:
Qо. в = Qо. м. ср + Qм. б + Qб. в 65 °С. (95)
Определение массы масла
Вес проводов трансформатора [кг]:
Gпр = Gпр1 + Gпр2 + Gотв1м + Gотв2м = 237502 + 291817 + 0108 + 0059 = 529485
Вес активной части [кг]:
Gач = 12*(Gпр + Gст) = 12*(529485 + 173137) = 843146
Объем активной части м3:
где gа. ч - средняя плотность активной части (gа. ч = 55006000 кгм3 для трансформаторов с медными обмотками и gа. ч = 50005500 кгм3 для трансформаторов с алюминиевыми обмотками);
Объем бака трансформатора [м3]
Масса масла в радиаторах кг:
где Gм =258 кг- масса масла в одном радиаторе принимают по табл. 9.9 [1 с. 442] или по табл. 9.10 [1 с. 444] кг.
Общая масса масла кг:
Расчет массы трансформатора
Масса бака трансформатора кг:
Gб = 7850(Пгл + 2Пкр)d (100)
где d = (0810)10–3 м - толщина стенки бака.
Масса радиаторов кг:
где Gст. р =923- масса стали одного радиатора принимают по табл. 9.9 [1 с. 442] или по табл. 9.10 [1 с. 444] кг.
Масса трансформатора кг:
Gт = Gст + Gпр + Gм + Gб + Gр. (102)
Выбор трансформаторного масла
Масло трансформаторное ТКп (ТУ 38.401-58-49-92 с изм. 1-4) вырабатывают измалосернистых нафтеновых нефтей методом кислотно-щелочной очистки. Содержит присадку Ионол.
Применяется воборудовании напряжением до500кВвключительно.
Трансформаторное масло ТКпизготавливается методом кислотно-щелочной очистки серной кислотой из малосернистой нафтеновой нефти. В процессе производства в связи с расходом серной кислоты на очистку около 5% ряд углеводородов и сернистых соединений удаляется не полностью. Такой низкий расход серной кислоты на очистку масла позволяет снизить технологические отходы в виде кислого гудрона но при этом само масло ТКп не может похвастать высокой степенью чистоты. Благодаря содержанию присадки ионол (агидол-1) оно обладает отличными электроизоляционными свойствами и чистотой. Трансформаторное масло ТКп нашло свое применение в трансформаторах и силовых выключателях напряжением до 500 кВ.
Cписок используемой литературы:
П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат" 1986.
А. М. Дымков. Расчет и конструирование трансформаторов. Учебник для техникумов. "Высшая школа" 1971.

Анастасия - Трансформатор масляный Сборочный чертёж.cdw

ЧЕРТЁЖ ОСНОВНОЙ ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ Анастасия.cdw