Проектирование трансформатора ТМ-1000/6

Магнитопровод.cdw

КП-13.03.02.31-001-2021
Размеры пакетов стали
Сечение витка обмотки ВН
Сечение катушек обмотки НН
Магнитопровод трансформатора
Установка обмоток маcштаб 1:2
План сборки магнитопровода

Регулирование напряжения.cdw

Проектирование трансформатора ТМ-1000.6.docx

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Электротехники»
ТРАНСФОРМАТОР ТМ 10006
Должность ученая степень
номер группы зачётной книжки
ЗАДАНИЕ № 31 НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ТРАНСФОРМАТОРА
студенту гр. ФЭ19 – 04Б Павлюковичу Владиславу Александровичу.
Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора со следующими данными:
Тип трансформатораТМ 10006
Номинальная мощность1000 кВ·А
Номинальное напряжение обмотки ВН6000 В
Номинальное напряжение обмотки НН690 В
Схемы и группа соединения обмотокДУН-11
Система охлаждения – с естественной циркуляцией масла и воздуха (естественное масляное).
Режим работы – длительная нагрузка.
Установка – наружная.
Параметры трансформатора
Потери холостого хода2100 Вт
Потери короткого замыкания12200 Вт
Напряжение короткого замыкания55 %
Ток холостого хода14 %
Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов: ГОСТ 11677-85; ГОСТ 12022-76; ГОСТ 11920-85.
Дополнительные условия
Сталь электротехническая марки 3405
Обмотка из алюминиевого провода
Расчет основных электрических величин трансформатора6
Расчет основных размеров трансформатора7
1. Выбор материала и конструкции магнитной системы7
2. Выбор материала и конструкции обмотки9
3. Определение размеров главной изоляции обмоток10
4. Определение диаметра стержня и высоты обмоток11
Расчет обмоток НН и ВН12
1. Расчет обмоток НН13
1.1. Расчет винтовой обмотки из прямоугольного провода14
2 Расчет обмоток ВН17
2.1. Расчет непрерывной катушечной обмотки19
Определение параметров короткого замыкания21
1. Определение потерь короткого замыкания21
2. Расчет напряжения короткого замыкания23
3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании25
Расчет магнитной системы трансформатора28
1. Определение размеров и массы магнитной системы28
2. Определение потерь холостого хода трансформатора30
3. Определение тока холостого хода трансформатора30
Тепловой расчет трансформатора32
1. Тепловой расчет обмоток32
2. Тепловой расчет бака трансформатора33
2.1. Бак с навесными радиаторами35
3. Расчет превышений температуры обмоток и масла38
Список использованных источников40
Большая часть электроэнергии переменного тока вырабатывается на крупных электростанциях с генераторами большой мощности размещённых вблизи источников топливных и гидравлических энергоресурсов. Выходное напряжение генераторов составляет 6-30 кВ. Более половины электроэнергии потребляется на низком напряжении 0.22-0.66 кВ приёмниками удалёнными от электростанций на десятки сотни и тысячи километров.
Передача значительных мощностей на низких напряжениях 022-3 кВ практически невозможна так как велики токи сечения проводов линий электропередачи и потери мощности в них. Поэтому на большие расстояния электроэнергию передают по линиям высокого напряжения 110-1 150 кВ.
Для повышения напряжения генераторов до напряжения линий и снижения напряжения линий до напряжения потребителей применяют силовые трансформаторы без которых эффективная передача энергии невозможна.
Помимо передачи и распределения электрической энергии между потребителями силовые трансформаторы находят широкое распространение для специальных нагрузок: в различных выпрямительных преобразовательных защитных и других устройствах. Поэтому трансформаторы являются наиболее распространенными электротехническими устройствами.
В данном курсовом проекте решается задача проектирования отдельного силового трансформатора ТМ 10006 имеющего определенные заданные параметры напряжения короткого замыкания потерь короткого замыкания тока холостого хода и потерь холостого хода а так же номинальные параметры мощности и напряжения обмоток ВН и НН.
Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов: ГОСТ 11677–85; ГОСТ 12022–76; ГОСТ 11920–85.
Данный курсовой проект состоит из расчетной и графической части.
Расчетная часть включает в себя проработку проектного задания выбор материалов электромагнитный и тепловой расчеты расчеты габаритов активной и конструктивной частей трансформатора проверку соответствия рассчитанных величин требованиям ГОСТ.
Графическая часть состоит из трех чертежей формата А1 включающих в себя разработку оптимизированной конструкции трехфазного силового трансформатора по результатам расчетов в которой сочетаются оптимальные технические решения.
Расчет основных электрических величин трансформатора
Мощность одного стержня (фазы) трансформатора кВ·А
гдеSH – номинальная полная мощность кВ·А;
т – число фаз трансформатора.
Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформа-тора А
гдеUВH UНH – номинальные линейные напряжение обмоток кВ SH в кВ·А.
Фазные токи А напряжения кВ для обмоток ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в “треугольник”
Фазные токи А напряжения кВ для обмоток НН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в “звезду”
Активная составляющая напряжения короткого замыкания %
гдеPK – потери короткого замыкания Вт;
SH – номинальная полная мощность трансформатора кВ·А.
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания %
Таблица 1.1 – Испытательные напряжения для силовых трансформаторов
Наибольшее рабочее напряжение кВ
Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп кВ
Расчет основных размеров трансформатора
1. Выбор материала и конструкции магнитной системы
Магнитопровод собирается из пластин рулонной холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 035 и коэффициентом заполнения стали kЗ = 096.
План шихтовки магнитопровода представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Схема шихтовки магнитопровода
Рисунок 2.2 – Основные размеры трансформатора мм
По номинальному значению мощности трансформатора определим число ступеней и коэффициент заполнения сталью kКР и занесём данные в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Диаметр число ступеней и коэффициент заполнения стержня
Мощность трансформатора SH кВ·А
Ориентировочный диаметр стержня d м
Без прессующей пластины
Коэффициент заполнения сталью площади круга описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня
Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора Тл
2. Выбор материала и конструкции обмотки
Для обмотки трансформатора используем алюминиевый провод прямоугольного сечения марки АПБ. Провод изолирован по классу нагревостойкости А (105 ºС) лентами кабельной бумаги.
В соответствии с номинальной мощностью напряжением и током одного стержня выберем тип обмоток НН и ВН и занесём данные в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Тип и основные свойства обмоток
Винтовая одно- двух- и многоходовая из провода прямоугольного сечения
Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения
Основные достоинства
Высокая электрическая и механическая прочность надежная изоляция хорошее охлаждение
Более высокая стоимость по сравнению с цилиндрической обмоткой
Необходимость перекладки половины катушек при намотке
По мощности трансформатора SH кВ·А
По току на стержень I А
По сечению витка П мм2
Число параллельных проводов
3. Определение размеров главной изоляции обмоток
Рисунок 2.3 – Главная изоляция обмоток ВН и НН
Таблица 2.3 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН
Мощность трансформатора SН кВ·А
Испытательное напряжение ВН Uисп кВ
Выступ цилиндра lЦ2 мм
Таблица 2.4 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН
Испытательное напряжение НН Uисп кВ
4. Определение диаметра стержня и высоты обмоток
Ширина приведенного канала рассеяния мм
Здесь а12 – изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН определяются по таблице 2.3 для испытательного напряжения обмотки ВН; второе слагаемое – суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН мм
гдеS – мощность трансформатора на один стержень кВ·А;
k – коэффициент определяемый в зависимости от мощности материала обмоток и напряжения ВН за k=064
Коэффициент характеризует отношение средней длины окружности канала между обмотками ·d12 к высоте обмотки l (рисунок 2.2)
Диаметр стержня предварительно м
Здесь S – мощность трансформатора на один стержень кВ·А; аP – ширина приведенного канала мм; коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному kP = 095; частота сети f = 50 Гц ; иP – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания %; ВC – индукция в стержне Тл; kC – коэффициент заполнения сталью площади круга.
Ближайший нормализованный диаметр dH = 024 м.
Определяем коэффициент H соответствующий выбранному диаметру dH
Для соответствующей мощности класса напряжения и материала обмоток H должен находиться в пределах от 13 до 17.
Средний диаметр канала между обмотками предварительно м
Здесь диаметр dH в м; а01 и а02 – минимальные изоляционные промежутки (рисунок 2.3) по таблицам 2.4 и 2.3 соответственно в мм; радиальный размер обмотки НН (рисунок 2.3) предварительно мм
Здесь S в кВ·А; коэффициент k = 059; коэффициент k1=14.
Высота обмоток предварительно м
Активное сечение стержня (чистое сечение стали) м2
Расчет обмоток НН и ВН
Электродвижущая сила одного витка В
Средняя плотность тока в обмотках Амм2
Здесь коэффициент С1 = 0463 для обмоток из алюминиевого провода; kД – коэффициент учитывающий добавочные потери (kД =093); РK – потери короткого замыкания Вт; иВ – напряжение одного витка В; SH – номинальная мощность трансформатора кВ·А; d12 – средний диаметр между обмотками м;
Значение JCP = 1923 должно находиться в пределах 15 – 26 Амм2.
Ориентировочное сечение витка каждой обмотки мм2
1. Расчет обмоток НН
Число витков одной фазы обмотки НН
Здесь UФ1 – номинальное фазное напряжение обмотки НН В; f – частота напряжения сети равная 50 Гц; BC – индукция в стержне в Тл; ПC – площадь сечения стержня в м2.
Полученное значение w1 округлим до ближайшего целого числа находим напряжение (ЭДС) одного витка В
и действительную индукцию в стержне Тл
1.1. Расчет винтовой обмотки
Осевой размер (высота) одного витка одноходовой обмотки с радиальными каналами мм
Здесь высота обмотки hK – осевой размер охлаждающего канала между витками мм. Обычно hK = 01·а1 но не менее 4 мм.
Максимально возможный осевой размер витка одноходовой обмотки равен максимальному размеру обмоточного провода в изоляции т.е. не может превышать 185 мм для алюминиевого провода. В нашем случае это соотношение справедливо поэтому применим одноходовую обмотку.
В обмотках с радиальными охлаждающими каналами между всеми витками и ходами значение большего из двух размеров провода прямоугольного сечения b мм:
где hв1 – осевой размер витка мм; 2 – двусторонняя толщина изоляции провода в мм.
По условиям охлаждения при допустимом уровне добавочных потерь размер провода b мм
Здесь kЗ – коэффициент учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки; для винтовых обмоток kЗ = 10; q – плотность теплового потока не должна превышать 1400 Втм2; числовой коэффициент k2 = 172 для алюминиевого провода; JCP – плотность тока в обмотке Амм2.
Радиальный размер a1 обмотки мм
Здесь a – меньший размер провода мм; nB1 – число параллельных проводов витка; nX – число ходов обмотки (в одноходовых nX = 1).
Предельное значение радиального размера обмотки определяют из условия охлаждения мм
Здесь kЗ – коэффициент учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки; для винтовых обмоток kЗ = 08; q – плотность теплового потока не должна превышать 1400 Втм2; коэффициент k2 = 172 для алюминиевого провода; JCP – плотность тока в обмотке Амм2.
Полное сечение витка обмотки мм2
гдеППР – сечение одного провода мм2;
Реальная плотность тока в обмотке Амм2
Осевой размер (высота) м опрессованной после сушки трансформатора одноходовой обмотки с каналами через два витка
Здесь коэффициент k = (094 – 096) учитывает усадку межкатушечных прокладок после сушки и опресовки обмотки = (1 – 15) мм – толщина прокладок.
Полученный результат отличается менее чем на 5% от предварительно рассчитанного значения l1.
Внутренний диаметр обмотки м
гдеdН – нормализованный диаметр стержня м; а01 – ширина канала между обмоткой и стержнем мм.
Наружный диаметр обмотки м
гдеа1 – радиальный размер обмотки мм; D1’- внутренний диаметр обмотки м.
Плотность теплового потока q Втм2 на поверхности двухходовой обмотки с радиальными каналами между всеми витками
Здесь коэффициент k1 = 344; J1 – реальная плотность тока в обмотке НН Амм2; IФ1 – фазный ток обмотки НН А; число витков в одном ходе wK = 1 для одноходовой обмотки; kД – коэффициент учитывающий добавочные потери (kД = 105); kЗ – коэффициент учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (kЗ = 075); а и b –размеры провода без изоляции мм; а' и b' – размеры провода в изоляции мм; а1 – радиальный размер обмотки мм; пВ1 – число параллельных проводов витка; пX – число ходов обмотки.
Полученное значение q не превышает 1100 Втм2.
2. Расчет обмоток ВН
Выбираем по мощности и номинальному напряжению с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 – Схема регулировочных ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения
Число витков ВН при номинальном напряжении
Число витков на одной ступени регулирования
Число витков обмотки на ответвлениях плюс 5%
Число витков обмотки на ответвлениях плюс 2.5%
Число витков обмотки на ответвлениях 0%
Число витков обмотки на ответвлениях минус 2.5%
Число витков обмотки на ответвлениях минус 5%
Предварительно плотность тока в обмотке ВН Амм2
Сечение витка обмотки ВН мм2
2.1. Расчет непрерывной катушечной обмотки
Рисунок 3.2 – Непрерывная катушечная обмотка
По ориентировочному сечению витка П2 и сортаменту провода выбираем два одинаковых параллельных провода подходящего сечения . Размер провода b мм по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения мм
kЗ – коэффициент закрытия поверхности примерно равный 10; q – предельная плотность теплового потока не более 1600 Втм2; k – числовой коэффициент; k = 172 для алюминиевого провода; J2 – плотность тока в обмотке Амм .
Полное сечение витка из nB1 параллельных проводов мм2
Реальная плотность тока в обмотке НН Амм2
Высота катушки в этой обмотке мм
Число катушек на одном стержне для обмотки с каналами между всеми катушками ориентировочно
Здесь осевой размер (высота) канала hK = 4 мм.
Значение nкат2 округляют до ближайшего меньшего четного числа.
Число витков в катушке
Так как то число регулировочных катушек принимаем равным 4.
Реальное число витков в основных катушках обмотки (типа В)
Высота (осевой размер) l1 м обмотки с каналами между всеми катушками
Здесь b – размер провода в изоляции мм; коэффициент учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 094; hкр – высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных катушек равная 8 10 12 мм для обмоток классов напряжения 6 10 35 (20) кВ.
Высота l2 ВН не отличается более чем на 5 мм от рассчитанной величины l1.
Радиальный размер обмотки мм
Здесь а – размер провода в изоляции мм; wосн2 – число витков катушки дополненное до целого числа; nв2 – число параллельных проводов в витке.
Здесь D – внешний диаметр обмотки НН в м; а12 – минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН мм.
Наружный диаметр обмотки м без экрана
Плотность теплового потока q Втм2 обмотки: с каналами между всеми катушками
Здесь коэффициент k1 = 172; J2 – реальная плотность тока в обмотке ВН в Амм2; IФ2 – фазный ток обмотки ВН в А; wосн – число витков в основных катушках; kД – коэффициент учитывающий добавочные потери (kД = 105); kЗ – коэффициент учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (kЗ =075); b – размер провода в изоляции в мм; а2 – радиальный размер обмотки в мм.
Определение параметров короткого замыкания
1 Определение потерь короткого замыкания
Средний диаметр м обмоток НН и ВН соответственно:
Масса металла кг обмоток НН и ВН соответственно:
гдеk = 254 для алюминиевого провода.
Основные потери Вт в обмотках НН и ВН соответственно:
гдеk = 1275 для алюминиевого провода.
Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования кг
Полная масса металла обмоток трансформатора кг
Коэффициенты учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно:
Здесь bПР – размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки мм; т – число проводников в осевом направлении обмотки; с – высота обмотки м; kP = 093 – коэффициент приведения поля рассеяния.
Коэффициенты учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН
Здесь коэффициент для проводов прямоугольного сечения из алюминия k=0037; аПР – размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении обмотки мм; n – число проводников в радиальном направлении обмотки.
Общая длина отводов м для соединения обмоток в:
Масса металла отводов обмотки НН или ВН кг:
Здесь длина отводов сечение ПОТВ в мм; плотность материала обмоток = 2700 кгм3 для алюминия.
Основные потери Вт соответственно в отводах НН и ВН:
Здесь k = 1275 для алюминиевых проводов обмоток; плотности тока J1 и J2 в обмотках НН и ВН в Амм2; масса отводов GОТВ1 и СОТВ2 в кг.
Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора Вт
Полные потери короткого замыкания Вт
Полученные потери короткого замыкания не отличаются более чем на 5 % от значения заданного в задании на проектирование трансформатора.
2. Расчет напряжения короткого замыкания
Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент
d12 – средний диаметр канала между обмотками м
гдеа12 – ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;
а1 а2 – радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;
Коэффициент учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток
В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки расположены в середине высоты обмотки ВН
Коэффициент учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН
Здесь размеры l1 – высота обмотки НН м.
kq находится в пределах от 101 до 106.
Напряжение короткого замыкания %
Значение ик не отличается от ик заданного в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.
3. Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании
Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН А
Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания А
гдеkM – коэффициент учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания
Радиальная сила действующая на обмотку ВН Н
Поперечное поле рассеяния направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно образует механические силы FOC (рисунок 4.1) сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу FOC Н определяют по формуле
Взаимное положение обтекаемых током частей обмоток
Рисунок 4.1 – Схемы сжимающих осевых сил для различных случаев
взаимного положения обтекаемых током частей обмоток.
Дополнительная осевая сила F OC Н определяют по формуле
Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора м
гдеD2 – наружный диаметр обмотки ВН в м;
dH – нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;
S5 – расстояние от обмотки ВН до стенки бака м.
Максимальное значение сжимающей силы в обмотке Fсж и действующее на ярмо силы Fя
Напряжение сжатия на опорных поверхностях МПа
Здесь п – число прокладок по окружности обмотки равное числу реек = 8; а – радиальный размер обмотки мм; b – ширина опорной прокладки 40 мм.
Сила сжимающая внутреннюю обмотку Н
Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки МПа
Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать СЖ.Р в алюминиевых более 15 МПа.
Температура обмотки через tК секунд после возникновения короткого замыкания °С
Здесь tK – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора (4 сек); k – коэффициент равный 55 для алюминиевых проводов обмоток; иК – напряжение короткого замыкания %; J – плотность тока в рассматриваемой обмотке Амм2; H – начальная температура обмотки принимаемая равной 90 °С. K ≤ 200 °С для алюминиевого провода обмоток.
Расчёт магнитной системы трансформатора
1. Определение размеров и массы магнитной системы
Таблица 5.1 Ширина пластин а и толщина пакетов b мм стали магнито-проводов с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой (при d 022 м) или бандажами из стеклоленты. Обозначения: d – диаметр стержня аЯ – ширина крайнего наружного пакета ярма; nC и nЯ – число ступеней в сечениях стержня и ярма kKP – коэффициент заполнения круга для стержней.
Размеры пакетов a×b мм в стержне
Таблица 5.2 – Площади сечения стержня ПФС ярма ПФЯ и объем угла VУ шихтованной магнитной системы без прессующей пластины
Активное сечение стержня ПС и ярма ПЯ м2
Здесь площади сечений ПФС и ПФЯ в см2 по таблице 5.2; kЗ – коэффициент заполнения сталью (kЗ = 096).
Длина стержня трансформатора м
Здесь l0 l0 – расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма мм.
Расстояние между осями соседних стержней м
Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения кг
гдеVУ – объем угла магнитной системы см;
СТ = 7650 кгм3 – плотность трансформаторной стали.
Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора кг
где С – расстояние между осями стержней м; ПЯ – сечение ярма в м.
Масса стали стержней кг
Здесь ПС – активное сечение стержня м ; плотность трансформаторной стали СТ = 7650 кгм3; длина стержня а1Я – ширина среднего пакета стали ярма мм равная а1С.
Полная масса магнитной системы трансформатора кг
2. Определение потерь холостого хода трансформатора
Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 035.
Магнитная индукция в стержне ВС и ярме ВЯ
Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа Вт
Полученное значение потерь холостого хода РХ не превышает заданного более чем на 75%.
3. Определение тока холостого хода трансформатора
Активная составляющая тока холостого хода %
Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:
kТД – коэффициент учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев (kТД =155).
kТД – коэффициент учитывающий форму сечения ярма способ прессовки стержней и ярм магнитной системы расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток (kТД =107).
kТУ – коэффициент учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы kТУ = 4245.
kТПЛ – коэффициент учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы (kТПЛ = 15).
Полная намагничивающая мощность кВ·А
Здесь GC GЯ GУ – массы стали стержней ярм и угла магнитопровода кг; qC qЯ – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм Акг; nЗПР пЗКОС – число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней; qЗПР qЗКОС – удельная намагничивающая мощность для зазоров В·Ам; ПЗПР ПЗКОС – площадь зазора (стыка) соответственно для прямых и косых стыков м2.
Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора м2 в стыке
Для прямых стыков площадь зазора в стыке ПЗПР равна площади сечения в стержне м2
Реактивная составляющая тока холостого хода %
Полный ток холостого хода %
Полученное значение тока холостого хода не отличается от заданного значения более чем на ±15%.
Коэффициент полезного действия трансформатора о.е.
Тепловой расчет трансформатора
1. Тепловой расчет обмоток
Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода °С
Здесь q – плотность теплового потока Втм2 на поверхности рассматриваемой обмотки определяемая в разделе 3; – толщина изоляции провода на одну сторону мм; λИЗ – теплопроводность изоляции провода λИЗ = 017 Вт(м·°С).
Средний внутренний перепад температуры обмотки °С
Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами °С
Здесь k1 – коэффициент учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k1 = 11 для обмоток НН и k1 = 10 для обмоток ВН; k2 – коэффициент учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.
Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла °С
2. Тепловой расчет бака трансформатора
Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.
Рисунок 6.1 – Основные размеры бака мм
S1 – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S2 от этого отвода до стенки бака S1 = 25 мм;
d1 – диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 35 кВ включительно d1 = 20 мм при мощностях до 10000 кВ·А;
S3 – изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН S3 = 25 мм;
d2 – диаметр изолированного отвода обмотки НН d2 = 15 мм;
S4 – изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака S4 = 25 мм;
S5 – принимают равным S3 при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S5 = S3=25 мм.
Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6 10 и 35 кВ (рисунок 6.1) м
С – расстояние между осями стержней в м;
Высота активной части трансформатора м
Здесь hЯ – высота ярма магнитной системы равная ширине центрального пакета стали ярма а1Я в м; n – толщина подкладки под нижнее ярмо в мм (п = 30–50 мм).
Глубину бака м определяют по высоте активной части НАЧ и расстоянию НЯК от верхнего ярма до крышки бака (рисунок 6.1)
Здесь НАЧ – высота активной части трансформатора м; НЯК – минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака необходимое для установки и крепления вводов переключателя регулирования напряжения НЯК = 085 м.
Поверхность излучения для овального бака приближенно м2
Здесь А В Н – размеры бака по рисунку 6.1 м; k – коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 15 – 20 – для бака с навесными радиаторами.
Среднее превышение температуры масла омывающего обмотки над воздухом должно быть не более °С
гдеОМСР – большее из двух значений подсчитанных для обмоток ВН и НН.
Среднее превышение температуры бака над воздухом °С
Полученное значение удовлетворяет неравенству
Предварительное значение поверхности конвекции бака м2
2.1. Бак с навесными радиаторами
В трансформаторах мощностью от 100 до 6300 кВ·А используют радиаторы с прямыми вертикальными трубами овального сечения с размерами овала 72×20 мм и толщиной стенки трубы 15 мм (рисунок 6.2). Эти радиаторы выпускаются с одним рядом труб по 7 труб в ряду и с двумя рядами по 10 труб в ряду.
Таблица 6.1 – Основные данные радиаторов с прямыми трубами по рис. 6.1
ПКК = 034 м2 – поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с1 и с2 соответственно 0085 и 010 м.
Рисунок 6.2 – Трубчатый радиатор с прямыми стержнями
При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства
Определив размер А следует выбрать радиатор по таблице 6.2 и определить поверхность конвекции радиатора приведенную к поверхности гладкой стенки м2
гдеkФ – коэффициент учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами (рисунок 6.2) kФ =126.
Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора м2
гдеПK – необходимая поверхность конвекции м2;
ПКГЛ – поверхность конвекции гладкого бака м2
Здесь А В Н – размеры бака (рисунок 6.1) м ПКР – поверхность крышки бака м2; 05 – коэффициент учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.
Поверхность крышки овального бака м
Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов
Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами м2
Поверхность излучения бака с навесными радиаторами м2
3. Расчет превышений температуры обмоток и масла
Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха °С
гдеРX РK – потери холостого хода и короткого замыкания Вт;
ПК ПИ – фактические поверхности конвекции и излучения м2.
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака °С
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха °С
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН °С
Превышения температуры обмоток и масла в верхних слоях над окружающим воздухом согласно ГОСТ 11677-85 не превышают допустимые величины.
В ходе данной курсовой работы был произведён расчёт основных размеров активной части обмоток высшего и низшего напряжений магнитной системы и тепловой расчёт. Были изучены возможные материалы и конструкции составных частей трансформатора и проверены условия эффективности полученной конструкции по заданным значениям потерь холостого хода и короткого замыкания.
Также в процессе конструирования были изучены различные вспомогательные устройства применяемые для масляных трансформаторов.
По результатам изучения и расчётным данным были созданы чертежи полученного трансформатора.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Встовский А.Л. Проектирование трансформаторов: Учеб. Пособие по курсовому проекту для студентов специальностей 140400 А.Л. Встовский С.А. Встовский Л.Ф. Силин – Красноярск: СФУ 2013. – 120 с.
Встовский А.Л. Электрические машины: учеб. пособие. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т 2013. – 464 с.
Силин Л.Ф. Электромеханика. Вспомогательное оборудование масляных трансформаторов: учеб. пособие Л.Ф. Силин С.И. Мурашкин. – Красноярск: СФУ 2007. – 111с.
Силин Л.Ф. Электрические машины. Конструирование магнитопровода силовых трансформаторов: Учеб. Пособие по курсовому проектированию Л.Ф. Силин С.И. Мурашкин – Красноярск: ИПЦ КГТУ 2005. – 82 с.
СТУ 7.5–07–2021 Система менеджмента качества. Общие требования к построению изложению и оформлению документов учебной деятельности. – Красноярск: СФУ 2021. – 61 с.

Общий вид трансформатора.cdw

КП-13.03.02.31-002-2021
Привод переключающего
Обмотка ВН (внутри НН)
Термосифонный фильтр
Регулировочные ответления