Расчет основных параметров трансформатора распределительных сетей

П_к.гл = [2(L - B) + π ^. B] ^.H ^. 10^-6 + 0,5П_кр,                     (95)

где П_кр - поверхность крышки, м²,

П_кр = [(L - B)(B + 160) + 0,25π ^. (B+160)²] ^. 10^-6.              (96)

Размеры бака в формулах (92) и (93) подставляются в миллиметрах, крышка бака берется больше его ширины на 160 мм (2 ^х 80) - для размещения крепежных болтов и уплотнительного кольца.

П_кр = [(1990 -850) ^. (850 + 160) + 0,25 ^. 3,14 ^. (850+160)²] ^. 10^-6 =1,953 м²,

П_к.гл = [2(1990 - 850) + 3,14 ^. 850]2030 ^. 10^-6 + 0,5 ^. 1,953= 11,026 м².

П_и = 1,5 ^. 11,026 = 16,539 м².

Допустимое  превышение температуры обмоток  над воздухом для класса термостойкости изоляции А составляет 65°С, отсюда допустимый перепад температуры "масло - воздух", °С,

  ,                                               (97)

при этом берется наибольшее из найденных по формуле (93) значений θ_о.м.ср.

q_м.в = 65 – 22,195= 42,805^оС.

Расчет  перепада температуры "бак - воздух" зависит от выполнения условия: 1,2θ_м.в < 60°С,

если оно  выполняется, ;

если оно  не выполняется, .

1,2 ^. 42,805 = 51,054 ≤ 60, следовательно перепад температуры "бак - воздух" будет рассчитываться по формуле .

Превышение  температуры "масло - бак" θ_м.б = (5 - 6) °С. Для последующих расчетов примем θ_м.б = 5 °С.

q_б.в = 42,805 – 6 = 36,805^оС.

Необходимая для успешного охлаждения трансформатора поверхность конвекции определяется выражением, м²:

,                                    (98)

.

Полученную  по формуле (98) величину П'_к сравним с найденной ранее поверхностью гладкой части бака П_к.гл. Для заданной мощности поверхности гладкой части бака недостаточно для эффективного охлаждения трансформатора. Дополнительная поверхность охлаждения может быть получена с использованием волн, труб и навесных радиаторов (охладителей).

Основанием  для выбора того или иного типа радиаторов служат поверхность охлаждения одного радиатора (с учетом поверхности  патрубков и коллекторов) П_к.тр и расстояние между осями верхнего и нижнего патрубков для соединения с баком трансформатора А.

При расчете  данного трансформатора выберем  двойной радиатор с гнутыми трубами.

Размер А  находится по известной высоте (глубине) бака, мм:

A ≤ H – 340,                                              (99)

где 340 мм - технологический запас. По данному размеру подбирается радиатор и рассчитывается необходимое количество радиаторов.

H – 340 = 2030 – 340 = 1690 мм

Выбираем  А=1690 мм     П_к.тр = 21,05 м²,    

,                                         (100)

где k_ф.тр – коэффициент формы, равный 2,24  для радиаторов с обдувом.

;

n_рад = 5.

Необходимо  обязательно проверить возможность  размещения найденного по формуле (97) числа радиаторов на баке трансформатора.

Выбрав  типоразмер и число радиаторов, можно  определить фактическую поверхность  охлаждения одного охладителя с учетом поверхности коллекторов, м²:

П_к.рад = k_ф.тр^. П_к.тр + П_к.к,                                    (101)

где П_к.к – суммарная поверхность патрубков и коллекторов, м². Поверхность охлаждения приведена с учетом поверхности коллекторов.

П_к.рад =1,4 ^. 21,05 + 0,66 = 30,13 м².

Полную  поверхность конвекции бака с  охладителями можно определить по формуле, м²:

П_к = П_к.гл + n_рад^. П_к.рад,                                      (102)

где  - суммарная  поверхность патрубков и коллекторов, м².

П_к = 11,026 + 5 ^.30,13= 161,676 м².

 

5. 5 Расчет превышения температуры  обмоток

Среднее   превышение   температуры   стенки   бака   над   температурой окружающей среды, °С.

,                                     (103)

где Р_к, Р₀ – соответственно потери к. з. и х. х., Вт;

      П_и, П_к – поверхности излучения и конвекции, м².

Поверхность  конвекции определена по формуле (98), поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м²,

П_и = L_пер^. Н ^. 10^-6,                                         (104)

где L_пер - периметр по контуру крайних точек радиаторов (определим по эскизу расположения радиаторов (рисунок 11)), мм;

       Н – высота бака, мм.

L_пер =(1961+1578+1694+355) ^.2=11176 мм,

П_и = 11176 ^. 2030 ^. 10^-6 = 16,539 м²,

Перепад температуры "масло - бак", °С,

,                          (105)

где k = 1 при охлаждении с обдувом;

           ∑П_к – реальная поверхность конвекции, м²,

∑П_к = П_к.гл + n_рад^. (П_к.тр + П_к.к).                           (106)

∑П_к = 11,026 +5(21,05+0,66) =119,576 м²,

Превышение  температуры в верхних слоях  масла над температурой окружающего  воздуха, °С,

.                                          (107)

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - эскиз расположения радиаторов масштаб 1:100

 

 

q_м.в.в = 1,2(33,985 +5,264) = 47,099°С.

По ГОСТ 11677-85 θ_м.в.в не должна превышать 60°С.

Превышение температуры   обмоток  над  температурой  окружающего воздуха рассчитывается отдельно для каждой обмотки, °С:

,

или                                                                                                                       

,

q_о.в1 = 24,422 + 5,264 +33,985 =63,671 °С,

q_о.в2 = 22,195 + 5,264 +33,985 = 61,445 °С.

Согласно  ГОСТ 11677-85 превышение температуры обмоток  над окружающей средой для класса термостойкости изоляции А не должно быть более 65°С.

 

6 Расчет  весовых данных трансформатора

 

1. Полная рабочая масса трансформатора

 

Для сравнения  вариантов, предварительного расчета  фундамента и т. п. часто требуется  знание полной массы трансформатора в рабочем состоянии.

Масса активной части трансформатора слагается  из массы стали и проводников  обмоток:

,                                         (108)

где G_{пр i} – масса проводов с учетом массы изоляции, кг.

G_а.ч = 1,2×(3549 + 1368) = 5901 кг.

Масса металла  бака, кг,

,                                     (109)

где δ_б – толщина стенок бака, δ_б = (5 - 8) мм (примем δ_б = 6 мм);

γ_б – плотность металла бака, γ_б = 7850 кг/м².

G_б = (11,026 +1,953)6×7850×10^-3 = 611,268 кг.

Для определения  массы масла необходимо из полного  объема бака трансформатора вычесть  объем активной части (сердечника в  сборе).

Объем овального  бака, м³,

,                            (110)

ориентировочный объем активной части, м³,

,                                             (111)

где γ_а.ч – условная плотность активной части, составляющая 5750 кг/м² для трансформаторов с аллюминиевыми обмотками.

V_б = [(1990 –850)×850 + 0,25×3,14×850²]2030×10^-9 = 3,119 м³,

.

Таким образом, масса масла в баке, кг,

,                                             (112)

где γ_м – плотность масла, γ_м = 900 кг/м³.

G_м.б = (3,119 – 1,026)×900 = 1884 кг.

 

Полная  масса масла слагается из массы  масла в баке, в расширителе  и радиаторах. Массу масла в  расширителе принимают равной G_м.расш = 0,1G_м.б.

,                                    (113)

где n – число радиаторов.

G_м = 1,05(1884 + 188,351+5×255) = 3514 кг.

 

Заключение

 

В работе выполнен расчет трехфазного  двухобмоточного масляного трансформатора мощностью 4000 кВт, класс напряжения – 35 кВ.

Тип магнитной системы – плоская  с шестью косыми и двумя прямыми  стыками. Материал магнитной системы  – холоднокатаная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Обмотка низкого напряжения – катушечная из прямоугольного алюминиевого провода. Обмотка высокого напряжения – цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Плотность тока в обмотках 3,234 и 2,886 А/мм² соответственно.

Потери короткого замыкания  в трансформаторе отличаются от заданных на 4,5%. Напряжение к.з. – на 0,6%. Потери холостого хода на 13,6%. Все эти значения отклонений не превышают допустимых.

В результате теплового расчета  трансформатора получили, что превышения температуры масла в верхних  слоях и температуры обмоток  над окружающей средой не превышают  допустимых по ГОСТ 11677-85 следовательно  температурный баланс трансформатора нормальный.

Масса масла – 3514 кг. Масса стали 611 кг.

Так как все полученные в данном курсовом проекте значения не превышают  заданных значений на заданную величину, то рассчитанный трансформатор можно  считать пригодным к работе.

 

Библиографический список

 

1 Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов М.: Энергоатомиздат, 1986. 527с.

2 Холоднокатаные электротехнические стали: Справочник. М.: Металлургия, 1989. 167с.

3 Расчет потерь и тока холостого хода преобразовательных трансформаторов: Метод. Указания//Уралэлектротяжмаш. Свердловск, 1985. 41с.

4 Беляев В.П., Козлов В.Н. Альбом по конструкции трансформаторов Омск, 1988