Проект трехфазного силового маслянного двухобмоточного трансформатора

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Октября 2014 в 18:23, курсовая работа

Краткое описание

Необходимо спроектировать трехфазный силовой масляный двух обмоточный трансформатор с параметрами, удовлетворяющими ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 11920-73, которые должны быть получены с заданной точностью.
Исходные данные :
1. полная мощность трансформатора S, кВ-А;
2. номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения U1л , В;
3. номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения U2л , В ;
4. потери короткого замыкания Рк , Вт;
5. потери холостого хода Рхх , Вт;
6. напряжение короткого замыкания Uк , % ;
7. ток холостого хода i0 , %;
8. схема и группа соединения обмоток (числитель - схема обмотки ВН, знаменатель -
схема обмотки НН);
9. материал обмоток. Частота f = 50 Гц.

Содержание

Расчёт основных электрических величин трансформатора
2. Определение основных размеров трансформатора
3. Изоляция
4. Выбор конструкции обмоток трансформатора
5. Расчёт обмотки низкого напряжения
6. Расчёт обмотки высокого напряжения
7. Определение потерь короткого замыкания
8. Определение напряжения короткого замыкания.
9. Определение механических сил в обмотках
10. Определение размеров магнитной системы
11. Расчёт массы магнитной системы
12. Потери холостого хода трансформатора
13. Определение тока х.х.
14. Поверочный тепловой расчёт обмоток
15. Тепловой расчёт бака
16. Окончательный расчёт превышений температуры обмоток и масла
17. Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла
трансформатора
Список литературы

Вложенные файлы: 1 файл

Эльмаш КП.pdf

— 2.10 Мб (Скачать файл)
Page 1
2
Введение
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или
более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством
электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или
несколько других систем переменного тока.
В различных отраслях используются трансформаторы различного назначения в диапазоне
мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВ-А и более. Принято различать трансформаторы
малой мощности с выходной мощностью 4 кВ-А и ниже для однофазных и 5 кВ-А и ниже для
трехфазных сетей и трансформаторы силовые мощностью от 6,3 кВ-А и более для трехфазных и
от 5 кВ-А и более для однофазных сетей.
Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах
радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а также для питания бытовых
электроприборов. Назначение силовых трансформаторов — преобразование электрической
энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования
электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Трансформаторы
общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями
работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми
условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального
назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников
электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы,
характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической
энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямительные установки,
электрические печи и т. п.
Централизованное производство электрической энергии на крупных электростанциях с
генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и
гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах большие количества
электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Реальное использование
дешевой электрической энергии непосредственно у потребителей, находящихся на значительном
удалении, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточенных на
территории страны, требует при этом создания сложных разветвленных электрических сетей.
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической
сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места
потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в
повышающих и понижающих трансформаторах. Так, при напряжении на шинах электростанции
15, 75 кВ в современной сети при удалении потребителей от электростанции, питающей сеть,
около 1000 км часто применяется такая последовательность шести трансформаций напряжения с
учетом падения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 на 242 кВ; 230 на 121 кВ;
115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 кВ на 0,4 или 0,69 кВ.
Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между
многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных
трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность
трансформаторов в сети на каждой следующей ступени с более низким напряжением в целях
более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность
предыдущей ступени более высокого напряжения.

Page 2

3
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Необходимо спроектировать трехфазный силовой масляный двух обмоточный
трансформатор с параметрами, удовлетворяющими ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 11920-73, которые
должны быть получены с заданной точностью.
Исходные данные :
1. полная мощность трансформатора S, кВ-А;
2. номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения U

, В;
3. номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения U

, В ;
4. потери короткого замыкания Р
к
, Вт;
5. потери холостого хода Р
хх
, Вт;
6. напряжение короткого замыкания U
к
, % ;
7. ток холостого хода i
0
, %;
8. схема и группа соединения обмоток (числитель - схема обмотки ВН,
знаменатель -
схема обмотки НН);
9. материал обмоток. Частота f = 50 Гц.
Магнитная система трансформаторов - плоская, из рулонной холодно-катанной стали. Все
трансформаторы рассчитываются на длительный характер нагрузки и наружную установку.
Способ регулирования напряжения переключение без возбуждения трансформатора (ПБВ) ,
диапазон регулирования напряжения ± 2  2,5 % от U

, Трансформаторы должны иметь
устройства для переключения регулировочных отводов обмотки ВН.
Данные трансформатора
Тип
S
н
,
кВа
ВН
U

, кВ
НН
U

, кВ
Потери , кВт
U
k
, %
i
0
, %
материал
схема
P
0
P
k
1000
35
3,15
2,0
11,6
6,5
1,4
Медь
Y / Δ -11

Page 3

4
Содержание
1. Расчёт основных электрических величин трансформатора
2. Определение основных размеров трансформатора
3. Изоляция
4. Выбор конструкции обмоток трансформатора
5. Расчёт обмотки низкого напряжения
6. Расчёт обмотки высокого напряжения
7. Определение потерь короткого замыкания
8. Определение напряжения короткого замыкания.
9. Определение механических сил в обмотках
10. Определение размеров магнитной системы
11. Расчёт массы магнитной системы
12. Потери холостого хода трансформатора
13. Определение тока х.х.
14. Поверочный тепловой расчёт обмоток
15. Тепловой расчёт бака
16. Окончательный расчёт превышений температуры обмоток и масла
17. Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла
трансформатора
Список литературы

Page 4

5
1.Расчёт основных электрических величин трансформатора
Мощность одной фазы
m
S
S
ф
 ,
333,33
3
1000
S
ф


кВА.
где m – число фаз
Мощность на один стержень
c
S
S  ,
333,33
3
1000
S


кВА
где с – число активных стержней , несущих обмотки трансформатора
для силовых масляных трёхфазных трансформаторов c = m = 3
Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения
,
U
3
10
S
I
л
1
3
1



183,28
3150
3
10
1000
I
3
1




А.
Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения
л
2
3
2
U
3
10
S
I



,
16,49
35000
3
10
1000
I
3
2




А.
Номинальный фазный ток и напряжение обмотки низкого напряжения
3
I
I
л
1
ф
1

,
105,82
3
183,28
I
ф
1


А.
л
1
ф
1
U
U 
,
3150
U
ф
1

В.

Page 5

6
Номинальный фазный ток и напряжение обмотки высокого напряжения
л
ф
I
I
2
2

16,49
I
ф
2

А.
3
2
2
л
ф
U
U
,
20207,25
3
35000
U
ф
2


В.
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
S
P
U
к
а


10
,
1,160
1000
10
11600
U
а



% .
Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
2
a
2
k
р
U
U
U


,
6,39
1,16
5,
6
U
2
2
р



% .

Page 6

7
2. Определение основных размеров трансформатора
Диаметр окружности в которую вписана ступенчатая фигура стержня определяется по формуле
4
2
c
2
c
p
p
p
k
B
u
f
k
a`
S
16
`d








,
Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описывающего сечение
стержня
KP
З
C
k
k
k


,
Принимаем:
96
,0
k
З

;
928
,0
k
KP

.
0,891
928
,0
96
,0
k
C



Ширина приведенного канала рассеяния
3
a
a
a
a
2
1
12
p



Суммарный приведенный размер обмоток
4
2
1
`S
k
3
a
a



Коэффициент к= 0,51;
2,179
333,33
51
,0
3
a
a
4
2
1




см.
Канал
0,
3
а
12

см;
5,179
2,179
0,
3
a
p



см.
Индукция в стержне:
55
,1
В
С

Тл;
Параметр β =2,2;
Коэффициент Роговского
95
,0
k
P

;
24,982
0,891
,55
1
6,39
50
0,95
2,
2
5,179
10
2
16
d
4
2
2










см.
Принимаем нормализованный диаметр d =25 см.
Коэффициент соответствующий нормализованному диаметру

Page 7

8
4
н
d
d










,
2,20
24,982
25
2,
2
4
н










Средний диаметр канала между обмотками находим по формуле
12
1
01
12
a
a
2
a
2
d
d






,
Радиальный размер обмотки НН
3
a
a
k
a
2
1
1
1



,
где -
4,
1
k
11

;
3,051
2,179
4,
1
a
1



см.
Ширина канала:
5,
1
а
01

см;
37,10
0,
3
3,051
2
5,
1
2
25
d
12







см.
Высота обмоток
н
12
d
l



,
2,82
5
2,2
37,10
l



см.
Активное сечение стержня
4
d
k
П
2
c
с



,
436,36
4
25
0,891
П
2
с




см
2
.
Электродвижущая сила одного витка
4
с
c
в
10
П
B
f
44
.4
U






,
15,015
10
436,36
55
,1
50
44
.4
U
-4
в






В.

Page 8

9
Определение диаметра окружности в которую вписана ступенчатая фигура стержня
Рисунок 2.1 – Основные размеры трансформатора

Page 9

10
3. Изоляция
Главными задачами при проектировании изоляции трансформатора являются выбор
принципиальной конструкции изоляции, выбор изоляционных материалов, заполняющих
изоляционные промежутки, и размеров изоляционных промежутков.
Изоляция в трансформаторе разделяет части, находящиеся под напряжением между собой,
и отделяет их от заземленных частей. В силовых трансформаторах изоляция выполняется в виде
конструкций из твердых диэлектриков – электроизоляционного картона, кабельной бумаги,
лакотканей, дерева, текстолита, бумажно-бакелитовых изделий, фарфора и других материалов.
Части изоляционных промежутков, не заполненных твердым диэлектриком, заполняются жидким
диэлектриком – трансформаторным маслом.
Для упрощения расчета и стандартизации требований, предъявляемых к электрической
прочности изоляции готового трансформатора, электрический расчет изоляции производится так,
чтобы она могла выдержать приемосдаточные и типовые испытания, предусмотренные
соответствующими нормами. Нормы испытаний составлены с учетом возможных в практике
значений, длительности и характера электрических воздействий, содержат необходимые запасы
прочности и закреплены в ГОСТ.
Рисунок 3.1 – Главная изоляция обмоток
4. Выбор конструкции обмоток трансформатора

Page 10

11
Средняя плотность тока в обмотках
12
в
k
д
ср
d
S
U
P
k
746
,0
J





,
Принимаем:
96
,0
k
Д

;
3,362
37,10
1000
15,015
11600
96
,0
746
,0
J
ср






А/мм
2
.
Предварительное сечение витка обмотки НН
ср
ф
1
1
J
I
П 

,
31,47
3,362
105,82
П
1



мм
2
.
Предварительное сечение витка обмотки ВН
ср
ф
2
2
J
I
П 

,
4,906
3,362
16,49
П
2



мм
2
.
Рис 4.1 - Цилиндрическая многослойная обмотка из круглого провода

Page 11

12
5. Расчёт обмотки низкого напряжения
Число витков на фазу обмотки
в
ф
U
U
w
1
1

,
209,78
15,015
3150
w
1


витков.
Принимаем
210
w
1

витков.
Уточненная ЭДС витка
1
ф
1
в
w
U
U 
,
15,000
210
3150
U
в


В.
Действительная индукция в стержне
4
с
В
c
10
П
f
44
,4
U
B





,
1,548
10
436,36
50
44
,4
15,000
B
4-
c





Тл.
Используем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода
Выбираем провод с размерами
d =4,5 мм;
П
2
`= 15,9 мм
2
;
2
n
1
В
 пр.
9,
4
5,
4
2
ПБ


Определяем полное сечение витка
1

1
П
n
П


,
31,8
9,
15
2
П
1



мм
2
.
Уточненная плотность тока
1
ф
1
1
П
I
J 
,
3,33
31,8
82
,
105
J
1


А/ мм
2
.
Число витков в слое

Page 12

13
1

1
сл
'd
n
l
w


,
53
1
49
,0
2
52,82
w
1
сл




витков.
Число слоёв обмотки
1
сл
1
1
сл
w
w
n 
,
3,96
53
210
n
2
сл


Принимаем
4
n
1
сл
 слоёв.
Рабочее напряжение двух соседних слоёв
в
2
сл
мсл
U
w
2
U



,
1590,0
15,0
53
2
U
мсл




В.
число слоев кабельной бумаги 4 толщиной 0,12

мсл
=0,48 мм
Радиальный размер обмотки
11
1
сл
МСЛ
1
сл
1
1
'a
)1
n(
n
'd
a






,
2,904
5,
0
)1
4(
048
,0
4
49
,0
a
1







см
a’
11
=0,8 см
a
1
=2,904 см
4 провода
Рисунок 5.1 – Сечение обмотки НН
Внутренний диаметр обмотки НН
01
1
a
2
d
'
D



,
82
5,
1
2
25
'
D
1




см.

Page 13

14
Внешний диаметр обмотки НН
1
1
1
a
2
'D
"D



,
33,81
2,904
2
28
"D
1




см.
Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН
4
1
1
1
01
10
l]
"D
'D
[
k
n
3
П









,
4,924
10
82
,
52
]
33,81
28
[
8,
0
2
3
П
4
01










м
2

Page 14

15
6. Расчёт обмотки высокого напряжения
Число витков на фазу обмотки ВН
ф
1
ф
2
1
2
U
U
w
w


,
1348
3150
20207,26
210
w
2



витков.
Число витков для одной ступени регулирования
34
025
,0
1348
025
.0
w
w
2
P





витков.
Число витков обмотки на отводах
a) Верхние ступени напряжения
1416
w
w
2
2
P



витков
1382
w
w
2
P


витков
б) При номинальном напряжении
348
1
w
2

витков
в) Нижние ступени напряжения
1280
w
2
w
P
2



витков
1314
w
w
р
2


виток
Плотность тока в обмотке ВН
1
cp
2
J
J
2
J



,
3,397
33
,3
362
,3
2
J
2




А/мм
2
.
Предварительное сечение витка обмотки ВН
2
ф
2
2
J
I
П 

,
4,857
3,397
49
,
16
П
2



мм
2
.
Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода
Выбираем провод с размерами
d = 2,5 мм;


2
П
4,91 мм
2
;
1
2

в
n
пр.
9,
2
5,
2
1
ПБ 

Определяем полное сечение витка
2
2
в
2
П
n
П



,
91
,4
91
,4
1
П
2



мм
2
.
Уточненная плотность тока
2
ф
2
2
П
I
J 
,
3,36
4,91
49
,
16
J
2


А/ мм
2
.

Page 15

16
Число витков в слое (l
1
= l
2
)
2
2
в
2
сл
'd
n
l
w


,
182
1
29
,0
1
52,82
w
2
сл




витка
Число слоёв обмотки
2
2
2
2
сл
p
сл
w
w
w
n


,
7,780
182
1416
n
2
сл


Принимаем
8
n
2
сл
 слоёв
Рабочее напряжение двух соседних слоёв
в
2
сл
мсл
U
w
2
U



,
5460,0
0,
15
182
2
U
мсл




В.
число слоев кабельной бумаги – 9; толщиной - 0,12 мм.

мсл
= 1,08 мм
Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки 1,6 см
По испытательному напряжению обмотки ВН (85 кВ) и мощности трансформатора определяем
а. Размеры канала между обмотками ВН и НН
a
12
=3,0 см;
б. Толщина цилиндра между обмотками

12
= 0,5 см;
в. Величина выступа цилиндра за высоту обмотки
l
12
= 5,0 см;
г. Минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней
а
22
= 2,0 см;
д. Расстояние от обмотки ВН до ярма
l
02
=7,5 см .
Радиальный размер обмотки
22
2
сл
МСЛ
2
сл
2
2

)1
n(
n
'd
a







,
где

22

ширина масляного канала,
5,
0

22

см;
3,876
8,
0
)1
8(
108
,0
8
29
,0
a
2







см.

Page 16

17
Радиальный размер обмотки с экраном
мсл
экр
2
экр
2
2
a
a





где δ
экр
- толщина экрана δ
экр
=0,5 мм
4,142
108
,0
2
05
,0
3,876
a
экр
2





см
Рисунок 6.1 – Сечение обмотки ВН
Внутренний диаметр обмотки ВН
12
1
2
a
2
"D
'D



,
39,81
0,
3
2
81
,3
3
'D
2




cм.
Внешний диаметр обмотки ВН
2
2
2
a
2
'D
"D



,
48,09
142
,4
2
39,81
"D
2




см.
Полная охлаждаемая поверхность обмотки ВН
4
2
2
2
02
10
l
)
"D
'D
(
k
n
c
П









,
где



8,
0
k
;2
n
для двух катушек;
7,002
10
82
,
52
)
48,09
,81
93
(
8,
0
2
3
П
4
02










м
2
.
7. Определение потерь короткого замыкания
Масса обмотки НН

Page 17

18
1
1
1
1
5
1
П
2
"
D
'D
w
с
10
k
G








,
173,36
31,8
2
81
,
33
82
210
3
10
28
G
5
1









кг.
Масса обмотки ВН
2
2
2
2
5
2
П
2
"
D
'D
w
с
10
k
G








,
244,34
4,91
2
48,09
39,81
1348
3
10
28
G
5
2









кг .
Рисунок 7.1 – к определению добавочных потерь обмотки НН
Коэффициент добавочных потерь обмотки НН
l
a
a
a
1
k
ЭКР
2
1
12
p





,
0,939
82
,
52
142
,4
904
,2
0,
3
1
k
p






2
p
k
l
d
m
`










,
0,720
0,939
82
,
52
45
,0
2
53
2












.
22
21
.0
n
'
d
1
k
2
4
д





,
1,021
22
21
,0
4
0,720
45
,0
1
k
2
4
1
д






.

Page 18

19
Рисунок 7.2 – к определению добавочных потерь обмотки ВН
Коэффициент добавочных потерь обмотки ВН
2
p
k
l
d
m
`










,
0,655
939
,0
82
,
52
25
,0
182
2











.
22
21
.0
n
'
d
1
k
2
4
д





,
1,007
22
21
,0
8
0,655
25
,0
1
k
2
4
2
д






.
Электрические потери в обмотке НН
1
2
1
1
д
1
G
J
k
k
P




,
4704,74
173,36
33
,3
1,021
4,
2
P
2
1





Вт.
Электрические потери в обмотке ВН
2
2
2
2
д
2
G
J
k
k
P




,
6668,21
244,34
36
,3
1,007
4,
2
P
2
2





Вт.
Плотность теплового потока обмотки НН
01
1
А
1
П
P
q 
,
955,56
4,924
4704,74
q
1


Вт/м.

Page 19

20
Плотность теплового потока обмотки ВН
02
2
А
2
П
P
q 
,
952,33
7,002
6668,21
q
2


Вт/м.
Расчёт электрических потерь в отводах
а. Сечение отводов
НН: П
отв
= 31,8 мм
2
ВН: П
отв
= 4,91 мм
2
б. Длинна проводов отводов
НН:
739,55
82
,
52
14
l
k
l
отв





см;
ВН:
396,19
82
,
52
5,
7
l
k
l
отв





см;
в. Масса отводов
8
отв
отв
отв
10
П
l
G





,
НН:
2,093
10
8900
8,
31
739,55
G
8
1
отв






кг;
ВН:
0,173
10
8900
91
,4
396,19
G
8
2
отв






кг;
г. Электрические потери в отводах
отв
2
отв
G
J
k
P



,
НН:
55,63
2,093
33
,3
4,
2
P
2
1
отв




Вт;
ВН:
4,69
0,173
36
,3
4,
2
P
2
2
отв




Вт;
Потери в стенках бака и других стальных деталях
250
1000
025
,0
10
S
k
10
P








Вт
Полные потери короткого замыкания






P
P
P
P
P
P
2
отв
1
отв
2
1
k
,
11683,27
50
2
4,69
55,63
6668,21
4704,74
P
k






Вт.
0,71
%
100
11600
11600
11683,27
ΔP
k




% .

Page 20

21
8. Определение напряжения короткого замыкания
.
Активная составляющая к.з.
S
10
P
U
k
a


,
1,17
1000
10
11683,27
U
a



%.
Реактивная составляющая напряжения к.з.
3
2
в
p
p
p
10
U
k
a
`S
f
9.
7
U







,
l
)
a
a
2
a
2
d(
12
1
01








,
2,18
82
,
52
)0,
3
904
,2
2
5,
1
2
25
(









;
3
a
a
a
a
2
1
12
p



,
5,35
3
142
,4
904
,2
0,
3
a
p




см;
l
а
а
а
1
k
2
1
12
p





,
0,939
82
,
52
142
,4
904
,2
0,
3
1
k
p






;
6,44
10
0,
15
0,939
35
,5
18
,2
33
,
333
50
9,
7
U
3
2
p









% .
Напряжение короткого замыкания трансформатора
2
p
2
a
k
U
U
U


,
6,54
6,44
1,17
U
2
2
k



% .
0,6
100%
6,5
6,5
-
6,54
U
k




% .

Page 21

22
9. Определение механических сил в обмотках
Механические силы возникают в результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным
полем рассеяния, создают механические напряжения в обмотках и частично передаются на
элементы конструкции трансформатора.
При нормальной работе трансформатора эти силы не велики, однако в режиме короткого
замыкания, которое сопровождается увеличением токов в обмотках в десятки раз по сравнению с
номинальными токами, эти силы возрастают в сотни раз и способны привести к разрушению
обмотки, к деформации или разрыву витков или к разрушению опорных конструкций.
Силы, действующие на обмотки трансформатора можно разделить на радиальные и осевые.
Радиальные силы Fр возникают в результате взаимодействия различных обмоток. Эти силы
внешнюю обмотку растягивают, а внутреннюю - сжимают. Осевые силы Foс возникают в
результате взаимодействия элементов одной обмотки и сжимают обмотку в одном направлении.
Осевые силы зависят от взаимного расположения обмоток. Осевые силы оказывают давление на
межкатушечную, межвитковую и опорную изоляцию обмотки, для которой должна быть
обеспечена прочность на сжатие. Прочность металла проводов при сжатии в этом случае
считается достаточной.
Радиальные силы, как уже отмечалось, оказывают различное воздействие на наружную и
внутреннюю обмотки трансформатора. Они наиболее опасны для проводов внутренней обмотки,
испытывающих сжатие и изгибающихся под действием радиальных сил в пролетах между
рейками, на которых намотана обмотка.
Действующее значение установившегося тока короткого замыкания
k
ф
ку
U
100
I
I


,
Обмотка НН:
1617,56
6,54
100
82
,
105
I
1
ку



А
Обмотка ВН:
252,15
6,54
100
49
,
16
I
2
ку



А
Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания
ку
т
кт
I
k
i


 2
,
где

т
k
коэффициент учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания
p
а
U
U
т
e
k





1
,
1,566
e
1
k
6,44
1,17
т





.
Обмотка НН:
3581,34
1617,56
1,566
2
i
1
кт




А.

Page 22

23
Обмотка ВН:
558,28
252,15
1,566
2
i
2
кт




А.
Радиальная сила действующая на обмотки
6
p
2
кт
p
10
k
)
w
i(
628
,0
F







,
Обмотка НН:
730499,39
10
18
,2
939
,0
)
210
3581,34
(
628
,0
F
6
2
1
p








Н .
Обмотка ВН:
731420,83
10
18
,2
939
,0
)
1348
558,28
(
628
,0
F
6
2
2
p








Н .
Напряжение сжатия от радиальной силы во внутренней обмотке НН
1
1
1
p
сжp
П
w
2
F




,
17,41
8,
31
210
2
730499,39
сжp






МПа
Рисунок 9.1 – распределение сжимающих осевых сил
Осевая сила
p
p
oc
F
l2
a
`
F 
,
Обмотка НН:
36982,2
730499,39
82
,
52
2
5,35
`
F
1
oc




Н.
Обмотка ВН:
37028,89
731420,83
82
,
52
2
35
,5
`
F
2
oc




Н.
Осевая сила
Обмотка НН
0
''F
oc
 ,
0
F
Я
 .
Обмотка ВН
0
''F
oc
 ,
0
F
Я
 .
Сжимающая сила
Обмотка НН
36982,24
'F
F
1
oc
1
СЖ


Н.
Обмотка ВН
37028,89
'F
F
2
oc
2
СЖ


Н.

Page 23

24
Напряжение сжатия на опорных поверхностях
2
П
П

сж
10
b
a
n
F





,
где -

П
n
число прокладок по окружности обмотки;

а
радиальный размер обмотки, см;

П
b
ширина прокладки (4 – 6 см).
Обмотка НН:
2,65
10
6
904
,2
8
36982,24
2
1
сж







МПа.
Обмотка ВН:
1,86
10
6
142
,4
8
37028,89
2
2
сж







МПа
Конечная температура обмотки
н
k
2
k
k
А
,k
Q
t
J
U
5.
12
t
670
Q









,
Обмотка НН
150,48
90
4
33
,3
54
,6
5,
12
4
670
Q
2
А
,k












0
С ≤ 250°С
Обмотка ВН
151,76
90
4
36
,3
54
,6
5.
12
4
670
Q
2
А
,k












0
С ≤ 250°С
Время, в течение которого медная обмотка достигает температуры 250
0
С
2
k
k
J
U
5,
2
t








,
Обмотка НН
9,66
33
,3
54
,6
5,
2
t
2
1
k









с.
Обмотка ВН
9,48
36
,3
54
,6
5,
2
t
2
2
k









с.

Page 24

25
10. Определение размеров магнитной системы
Сечение стержня представляет собой ступенчатую фигуру, симметричную относительно
взаимоперпендикулярных осей. Форма сечения ярма повторяет форму сечения стержня, за
исключением нескольких крайних пакетов, которые объединяются в один пакет для увеличения
опорной поверхности ярмовых балок. Прямоугольная форма сечения ярма не рекомендуется для
плоских магнитных систем, собираемых из пластин холоднокатаной анизотропной стали, т.к.
приводит к увеличению расхода стали и возрастанию добавочных магнитных потерь.
Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня
456,2
П
фс

см
2
Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения ярма
462,6
П
фя

см
2
9532
V
у

см
3
Активное сечение стержня
437,95
456,2
96
,0
П
k
П
фс
з
c





см
2
Активное сечение ярма
444,10
462,6
96
,0
П
k
П
фя
з
я





см
2
Длина стержня
67,82
)5,
7
5,
7(
82
,
52
``)
l`
l(
l
l
0
0
c







см
Расстояние между осями соседних стержней
50,09
0,
2
09
,
48
a
D
C
22
2






см.
Принимаем
5,
50
C 
см.
Рисунок 10.1 – К определению размеров плоской магнитной системы

Page 25

26
11. Расчёт массы магнитной системы
Масса стали в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнитной системы определяется
путем суммирования масс прямых участков и углов. Углом магнитной системы называется ее
часть, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых призматических
поверхностей одного из ярм и одного из стержней.
Рисунок 11.1 – К определению объёма одного угла плоской магнитной системы.
Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения
70,00
10
65
,7
9532
96
,0
V
k
G
3
ст
у
з
у









кг
Массы частей ярм заключённых между осями крайних стержней
686,26
10
65
,7
444,10
47
)1
3(
2
П
C
)1
c(
2
G
3
ст
я
я















кг
Массы стали в заштрихованных частях ярм
140,01
70,00
2
G
2
G
у
я






кг
Полная масса двух ярм
826,27
140,01
686,26
G
G
G
я
я
я







кг
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы
681,71
10
65
,7
67,82
437,95
3
l
П
с
G
3
ст
c
c
c












кг
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма
31,21
)
70,0
10
65
,7
24
437,95
(
3
)
G
γ
h

с
G
3
у
ст
я
1
c
c














кг
Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма
712,93
31,21
681,71
G
G
G
c
c
c







кг
Полная масса стали плоской магнитной системы
1539,19
826,27
712,93
G
G
G
я
c






кг

Page 26

27
12. Потери холостого хода трансформатора
Режим работы трансформатора при питании одной из его обмоток от источника переменного
напряжения при разомкнутой второй обмотке называется режимом холостого хода. Потери,
возникающие в трансформаторе в режиме холостого хода при номинальном напряжении на
первичной обмотке и номинальной частоте, называются потерями холостого хода. Основную
часть потерь холостого хода составляют магнитные потери - потери в активной стали магнитной
системы, которые могут быть разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов.
Потери холостого хода трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой,
собранной из пластин, определяются ее конструкцией, массой стали отдельных участков системы,
индукцией на каждом из этих участков, качеством стали, толщиной пластин и технологией
изготовления и обработки пластин.
Потери холостого хода





















nn

з
з
з
у

я
с
у
я
я
я
c
с

np
x
k
k
k
]
П
n
p
)
G
k
2
p
p
G
p4
G
p
G
p(
k
k[
P
,
Индукция в стержне
1,54
10
437,95
50
44
,4
0,
15
П
f
44
,4
U
B
4-
c
в
с








Тл
Индукция в ярме
1,52
10
444,10
50
44
,4
0,
15
П
f
44
,4
U
B
4-
я
в
я








Тл
Индукция для косых стыков
09
,1
2
54
,1
2
B
В
B
с
кос
з




Тл .
Используем отожженную сталь 3405 толщиной 0,3 мм; без заусенцев; шихтованную в одну
пластину.
Из табл.5 принимаем удельные потери
р
с
=
1,038
Вт/кг
р
Я
= 1,004
Вт/кг
р
зс
=
600
Вт/м
2
р
ЗЯ
=
585
Вт/м
2
р
ЗК
=
320
Вт/м
2
Коэффициенты
К
n.p.
=
1,05
К
n.n.
=
1,03
К
n.з.
=
1
К
n.ш.
=
1,04
К
n.Я.
=
1
Вт
2045,50
02
,1
03
,1
1
]
10
320
2
437,95
4
10
585
444,10
2
10
600
437,95
1
)
70,0
64
,
10
2
004
,1
038
,1
70,0
004
,1
4
686,26
004
,1
712,93
038
,1(
1
05
,1[
P
4
4
4
x
































2,28
%
100
2000
2000
-
2045,50
P
x




%

Page 27

28
13. Определение тока х.х.
Ток первичной обмотки трансформатора при холостом ходе при номинальном
синусоидальном напряжении и номинальной частоте называется током холостого хода.
При расчете тока холостого хода трансформатора отдельно определяют его активную и
реактивную составляющие.
Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их
относительное значение по отношению к номинальному току трансформатора i
о
, i
оа
i

-, выражая в
процентах от номинального тока.
Активная составляющая тока холостого хода обусловлена наличием потерь холостого хода.
Активная составляющая тока холостого хода
0,205
1000
10
2045,50
S
10
P
i
x
a
0





%
Потери холостого хода


















тш
тn
з
з
з
у
ту
я
с
у
я
я
я
c
с
тз
тp
x
k
k
]
П
n
q
)
G
k
2
q
q
G
q4
`
G
q
G
q(
k
k[
Q
,
Коэф-ты для вычисления намагничивающей мощности
К
m.p.
=
1,18
К
m.n.
=
1,045
К
m.з.
=
1
К
m.ш.
=
1,02
К
m.y.
=
42 Тл
Из таблицы 10 принимаем удельные намагничивающие мощности
q
с
=
1,321 ВА/кг
q
Я
=
1,263
ВА/кг
q
зс
=
12260 ВА/м
2
q
ЗЯ
=
11513
ВА/м
2
q
ЗК
=
3930 ВА/м
2

В
9490,30
02
,1
045
,1
]
10
3930
2
437,95
4
10
11513
444,10
2
10
12260
437,95
1
)0,
70
42
2
263
,1
321
,1
0,
70
263
,1
4
686,26
263
,1
712,93
321
,1(
01
,1
18
,1[
Q
4
4
4
x



































Реактивная составляющая тока холостого хода
0,949
1000
10
9490,30
S
10
Q
i
x
p
0





% .
Ток холостого хода
0,97
0,949
0,205
i
i
i
2
2
2
p
0
2
a
0
0





% .
-30,6
%
100
1,4
1,4
-
0,97
i
0




%

Page 28

29
14. Поверочный тепловой расчёт обмоток
Прежде всего, необходимо определить внутренний перепад температуры в обмотке.
Внутренний перепад температуры в обмотках
Обмотка НН:
0,089
45
,0
45
,0
49
,0
d
d
'd
1
1
1
1






Средняя условная теплопроводность обмотки без учёта межслойной изоляции
0,815
0,089
7,
0
17
,0
7,
0
из






Вт/м
о
С
.
Средняя теплопроводность обмотки
0,609
49
,0
17
,0
048
,0
0,815
)
048
,0
49
,0(
17
,0
0,815
`d
)
`d
(
мс
мс
мс
мс
1
cp















Вт/м
о
С.
Потери в 1 м общего объёма обмотки НН
142901,93
9,
4
)
48
,0
9,
4(
10
5,
4
33
,3
68
,1
`d
)
`d
(
10
d
J
k
p
4
2
2
1
1
мсл
1
4
2
1
2
1
p
1
м











Вт/м
3
1,028
)1
2(
048
,0
2
49
,0
)1
'n
(
'n
'd
'a
1
сл
1
МСЛ
1
сл
1
1












см
Внутренний перепад температуры в обмотке НН
 


3,101
0,609
8
10
1,028
142901,93
8
10
'a
p
Q
4
2
1
cp
4
2
1
1
м
01











о
С
Обмотка ВН:
0,160
25
,0
25
,0
29
,0
d
d
'd
2
2
2
2






Средняя условная теплопроводность обмотки без учёта межслойной изоляции
0,607
0,160
7,
0
17
,0
7,
0
из








Вт/м
о
С
.
Средняя теплопроводность обмотки
0,358
29
,0
17
,0
108
,0
0,607
)
108
,0
29
,0(
17
,0
0,607
d
)
d(
мс
мс
мс
мс
2
cp

















Вт/м
о
С.
Потери в 1 м общего объёма обмотки ВН
102680,48
9,
2
)
08
,1
9,
2(
10
5,
2
36
,3
68
,1
d)
`d
(
10
d
J
k
p
4
2
2
2
2
мсл
2
4
2
2
2
2
p
2
м












Вт/м
3
Внутренний перепад температуры в обмотке ВН
1,484
)1
4(
108
,0
4
29
,0
)1
'n
(
'n
'd
'a
2
сл
МСЛ
2
сл
2
2












см

Page 29

30
7,904
0,358
8
10
1,484
102680,48
8
10
'a
p
Q
4
2
2
cp
4
2
2
2
м
02











0
С
Средний перепад температуры обмотки НН
2,068
3,101
3
2
Q
3
2
Q
01
СР
01




0
С
Средний перепад температуры обмотки ВН
5,269
7,904
3
2
Q
3
2
Q
02
cp
02




0
С
Перепад температуры на поверхности обмотки НН
23,64
56
,
955
35
.0
1,
1
q
к
к
Q
6.
0
6.
0
1
2
1
м
01







0
С
Перепад температуры на поверхности обмотки ВН
21,45
33
,
952
35
,0
0,
1
q
к
к
Q
6.
0
6.
0
2
2
1
м
02







0
С
Превышение средней температуры обмоток над температурой масла
НН:
25,70
23,64
2,068
Q
Q
Q
м
01
cp
01
мср
01





0
С
ВН:
26,71
21,45
5,269
Q
Q
Q
м
02
cp
02
мср
02





0
С

Page 30

31
15 Тепловой расчёт бака
Бак с навесными радиаторами
Охлаждаемая поверхность бака с радиаторами образуется главным образом развернутой
поверхностью радиатора. Эта конструкция позволяет получить значительно больше поверхности
охлаждения, чем конструкция трубчатого бака при одинаковых внутренних его размерах. Число
радиаторов и их расположение определяются необходимой поверхностью охлаждения и
необходимостью получить наименьший общий габарит бака.
В конструкции радиатора обычно имеется два коллектора -прямоугольной или другой
формы, в которые ввариваются своими верхними и нижними концами трубы. Радиатор фланцами
своих коллекторов присоединяется к баку трансформатора. Возможно применение труб различной
формы и размеров и различные способы сочетания их с коллекторами.
Навесной радиатор с прямыми трубами при естественном движении охлаждающего воздуха
находит применение в широком диапазоне мощностей трансформаторов - от 100 до 6300 кВ-А.
Прямые трубы круглого или овального сечения ввариваются своими концами в нижний и верхний
коллекторы радиатора.
Для определения требуемой величины поверхности конвекции бака со всей системой
охлаждения необходимо рассчитать среднее превышение температуры стенки бака над
окружающим воздухом
,
Q
Q
Q
мб
мв
бв


Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки.
38,28
26,71
65
Q
65
Q
мср
01
мв





0
С
36,76
5
41,76
Q
бв



0
С.
60
45,94
60
)5
38,28
(
2,
1
60
)
Q
Q(
мб
бв







0
С
Рисунок 15.1 – Основные размеры бака

Page 31

32
Основные размеры бака:
Минимальная ширина
76,09
2
0,
5
0,
9
0,
2
0,
5
0,
5
09
,
48
d
s
s
d
s
s
D
B
2
4
3
1
2
1
2
















см.
Минимальная длина бака
16
0,
5
2
0,
9
S
d
S
S
4
2
3
5







см
181,09
16
2
09
,
48
5,
50
2
s
2
D
C
2
A
5
2












см.
Высота активной части
120,83
5
24
2
82
,
67
n
h2
l
H
я
c
ач








см .
Общая глубина бака
160,83
40
120,83
H
H
H
як
ач





см .
Предварительная поверхность излучения для бака овального сечения
14,44
10
0,
2
160,83
]
76,09
)
76,09
181,09
(
2[
10
k
Н

)B
A(
2[
П
4
4
и



















м
2
Площадь конвекции бака


55,94
14,44
12
,1
33,28
5,
2
27
,
11683
5,
2045
05
,1
П
12
,1
Q
5,
2
P
05
,1
П
25
.1
и
25
,1
бв
к













м
2
Площадь конвекции крышки бака
1,25
10
]
4
76,09
76,09
)
76,09
181,09
[(
10
]
4
В
В
)B
A
[(
П
4
2
4
2
КР















м
2
Периметр гладкого бака, см
4,491
10
)
76,09
)
76,09
181,09
(
2
10
)B
)B
A
(
2(
P
2
2
















м.
Параметры радиатора с прямыми трубами в два ряда
180
А
Р

см;
5,
50

р
В
см;
3,
25

р
С
см.
Рисунок 15.2 – Трубчатый радиатор с прямыми трубами

Page 32

33
Минимальная глубина бака для установки радиаторов
207,5
19
5,
8
180
19
5,
8
А
Н
Р
Р







см.
Уточняем размеры бака
182
'A
см;
138,69
)6
3,
25
(
2
09
,6
7
)6
С(
2
В

р









см;
Принимаем
139
'В
см;
242
'Н
>
34

р
Н
см.
В

=
1
3
9
с
м
В
=
7
6
,
0
9
с
м
Рисунок 15.3 – Габариты трансформатора с навесными трубчатыми радиаторами
с прямыми трубами
Поверхность гладкого бака, м
2
10,867
)
10
202
(
4,49
'H
P
П
2
гл








м
2
Поверхность конвекции радиаторов, м
2









44,45
1,25
5,
0
10,867
55,94
П
5.
0
П
П
П
kp
гл
k
p
м
2
.
Данные для радиаторов принимаем из табл. 20,19:
П
K.ТР.
= 5,613 м
2
П
K.K.
= 0,34
м
2
К
ф
= 1,26
Поверхность конвекции радиатора приведённая к гладкой стенке
7,412
34
,0
26
,1
613
,5
П
к
П
П
к.
к
ф
тр

p







м
2
Необходимое число радиаторов
5,99
7,412
44,452
П
П
n
р
р
p




шт.
Принимаем 6 трубчатых радиатора с прямыми трубами в два ряда.

Page 33

34
Полная поверхность конвекции бака с радиаторами
.
м
55,97
7,412
6
5,
0
1,25
10,867
П
n
5,
0
П
П
П
2
кр
P
кр
гл
k











Уточнённая поверхность излучения для бака овального сечения
.
м
25,29
10
0,
2
242
]
139
)
139
1782
(
2[
10
k
Н

)B
A(
2[
П
2
4
4
и




















Page 34

35
16.Окончательный расчёт превышений температуры обмоток и масла
После окончательного установления размеров бака и определения поверхностей
излучения и конвекции необходимо подсчитать действительные превышения температуры
обмоток и масла над температурой воздуха. Подсчет производится для потерь, повышенных на 5%
в сравнении с расчетным значением Рх + Рk при индивидуальном расчете трансформатора. В этом
случае среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха
определяется выражением
38
,9
2
55,97
5,
2
25,29
8.
2
)
27
,
11683
5,
2045
(
05
,1
П
5,
2
П
8,
2
)
P
P(
05
,1
Q
8.
0
8.
0
k
и
k
x
бв

























0
С.
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака может быть
приближенно подсчитано по эмпирической формуле:
6.
0
К
k
x
1
мб
П
)
P
P(
165
,0
k
Q










,


4,48
55,97
27
,
11683
5,
2045
165
,0
Q
6.
0
мб










0
С
Превышение масла в верхних слоях над воздухом
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха
Обмотка НН:
бв
мб
м
01
cp
01
в
01
Q
Q
Q
Q
Q




,
.C
65
59,56
4,48
38
,9
2
64
,
23
068
,2
Q
o
в
01






Обмотка ВН:
бв
мб
м
02
cp
02
в
02
Q
Q
Q
Q
Q




,
.C
65
60,57
48
,4
38
,9
2
45
,
21
269
,5
Q
o
в
02






С
60
40,63
)
4,48
38
,9
2(
2,
1
Q
о
мвв





),
Q
Q
(
Q
мб
бв
мвв




Page 35

36
17 Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла
трансформатора
Масса активных материалов трансформатора с достаточной точностью определяется при
его расчете. Точные массы конструктивных материалов и масла трансформатора могут быть
найдены только после подробной разработки его конструкции. Однако в процессе расчета для
оценки экономичности различных вариантов необходимо приблизительно определить эти массы.
Масса конструктивной стали остова может быть приближенно принята 0,1 суммарной
массы провода обмоток и стали магнитной системы. Масса картона в изоляции обмоток зависит от
мощности и класса напряжения трансформатора. С ростом мощности относительная масса картона
уменьшается. Для трансформатора с медными обмотками можно принять массу картона 0,12 –
0,15 массы провода при классах напряжения 6, 10, 35 кВ.
Масса провода, кг

 

419,97
17
,0
09
,2
34
,
244
36
,
173
G
G
G
G
G
2
отв
1
отв
2
1
пр









кг.
Масса картона, кг
62,99
419,97
15
,0
0,
1
G
15
,0
G
пр
кар






кг
Масса стали остова, кг
195,91
)
19
,
1539
419,97
(
1.
0
)
G
G(
1.
0
G
ст
пр








кг.
Масса активной части, кг
2351
)
19
,
1539
97
,
419
(
2.
1
)
G
G(
2,
1
G
ст
пр
ач







кг.
Масса бака, кг
бст
ст
б
V
G



, кг
где



ст
бст
П
V

3
,




д
кр
б.
гл
П
П
П
П

2
25
,1
П
П
д
кр


м
2
,
13,37
25
,1
2
867
,0
1
П





м
2
0,1337
01
.0
13,37
V
бст



м
3
1049,89
0,1337
7850
G
б



кг,

Page 36

37
Объем бака, м
3
3,05
10
24
2
]
4
09
,6
7
09
,6
7
)
09
,6
7
182
[(
H
]
4
B
B
)B
A
[(
V
6
2
2
б















м
3
.
Объём активной части, м
3
0,392
6000
2351
G
V
ач
ач
ач




м
3
.
Масса масла в трубах или радиаторах
м
р
эл

G
n
G


,
где
м
G - масса масла в трубах или радиаторах;
р
n - количество радиаторов.
342
57
6
G
эл
,
м



кг
Общая масса масла трансформатора, кг
2871,7
]
342
)
392
,0
05
,3(
900
[
05
.1
]
G
)
V
V(
900
[
05
.1
G
эл

ач
б
м











кг.

Page 37

38
Список литературы
1. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. - М. - Д.: Госэнергоиздат, 1959 -С.360.
2 Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1986 -С 528.
3. Булгаков Н. И. Расчет трансформаторов. - М.: 1950. - С.230.

Информация о работе Проект трехфазного силового маслянного двухобмоточного трансформатора