Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра: “электрические машины”
Расчёт трёхфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора
пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине: “электрические машины и электрический привод”
Проверил Выполнил
преподаватель студент гр. Т-328
Бондаренко А.В. Гилязов И.С.
Екатеринбург
2012
ВВЕДЕНИЕ
Трансформатором называется статистическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или несколько систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
В различных отраслях используются трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт ампер до 1 млн кВА и более. Принято различать малой мощности трансформаторы с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных и 5 кВА и ниже для ТФ сетей и трансформаторы силовые от 6.3 кВА и более для ТФ и от 5 кВА и более для однофазных сетей.
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети.
Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному повышению 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.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Задание на курсовой проект………………………………………………………………… 4
1. Расчет основных электрических величин трансформатора………………………………. 5
2. Определение основных размеров трансформатор………………………………………… 6
3. Выбор конструкции обмоток трансформатора…………………………………………… 9
4. Расчет обмотки низкого напряжения…………………………………………………….... 10
5. Расчет обмотки высокого напряжения……………………………………………………. 12
6. Определение потерь короткого замыкания……………………………………………….. 17
7. Определение напряжения короткого замыкания…………………………………………. 20
8. Определение механических сил в обмотках……………………………………………… 20
9. Расчет магнитной системы трансформатора……………………………………………… 24
9.1 Определение размеров магнитной системы……………………………………………... 24
9.2 Расчет массы магнитной системы………………………………………………………... 26
10. Потери холостого хода трансформатора………………………………………………… 28
11. Ток холостого хода………………………………………………………………………... 31
12. Тепловой расчет трансформатора………………………………………………………... 33
12.1 Поверочный тепловой расчет обмоток…………………………………………………. 33
12.2 Тепловой расчет бака……………………………………………………………………. 36
12.3 Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла………………… 40
12.4 Приближённое определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора…………………………………………………………………………………41
Список литературы………………………………………………………………………... 42
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Необходимо спроектировать трехфазный силовой масляный двухобмоточный трансформатор с параметрами, удовлетворяющими ГОСТ 11677- 85 и ГОСТ 11920- 73, которые должны быть получены с заданной точностью.
В задании на курсовой проект двухобмоточного трансформатора указаны следующие данные.
1. Полная мощность трансформатора S=630, кВА;
2. Номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения U1л=400,В;
3. Номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения
U2Л=35000,В;
4. Потери короткого замыкания PK=7600, Вт;
5. Потери холостого хода P0=1600, Вт;
6. Напряжение короткого замыканияUK=6,5 %;
7. Ток холостого хода I0=2 %;
8. Схема и группа соединения обмоток (числитель — схема обмотки ВН.
знаменатель — схема обмотки НН); У/У-0;
9. материал обмоток – медь;
Частота 50 Гц.
кВА,
где m- число фаз, m = 3.
2. Мощность на один стержень, кВA
кВА,
где с - число активных стержней, несущих обмотки трансформатора. Для силовых масляных трехфазных трансформаторов с = m = 3.
3. Номинальный линейный ток обмотки низкого напряжения, А
A,
4. Номинальный линейный ток обмотки высокого напряжения, А
A,
5. Номинальные фазные токи и напряжения обмотки низкого напряжения:
5.1 При соединении обмотки в звезду
А,
В,
6. Номинальные фазные токи и напряжения обмотки высокого напряжения:
6.1 При соединении обмотки в звезду
В,
А,
7. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
%,
8. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %
%,
Рисунок 1- Основные размеры трансформатора
Диаметр окружности, в которую вписана ступенчатая фигура стержня, является первым основным размером трансформатора и рассчитывается по формуле
Расчет и выбор величин, входящих в формулу:
1. Мощность обмоток одного стержня трансформатора, кВа
кВА
см,
см
Размер канала между обмотками ВН и НН определяется как изоляционный промежуток и может быть выбран из таблице 8 [1].
Суммарный приведенный размер обмоток ВН и НН может быть приближенно определен по формуле
,см
З. Значение приближенно равно отношению средней длины витка обмоток трансформатора к их высоте и определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора.
4. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять
5. Частота .
6. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,
%
7. Индукция в стержне магнитной системы.
Тл
8. - коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описывающего сечение стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня, размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции и рассчитывается по формуле:
,
,
,
где - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры;
- коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью,
учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность запрессовки листов.
см
Полученное значение диаметра стержня округляем до ближайшего нормализованного диаметра.
см
Второй основной размер трансформатора — средний диаметр канала между обмотками может быть предварительно приближенно определен по формуле
см,
см,
см.
Радиальные размеры осевых каналов между стержнем и обмоткой НН и между обмотками НН и ВН.
Третий основной размер трансформатора — высота обмоток определяется по формуле
см,
где - коэффициент, зависящий от материала обмоток и габарита трансформатора.
После расчета основных размеров трансформатора определяется активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали,
,
Электродвижущая сила одного витка, В
В.
Основные критерии выбора типа обмотки — номинальный фазный ток, мощность трансформатора на одну фазу обмотки и номинальное фазное напряжение , а также поперечное сечение витка .
Для расчета поперечного сечения витков обмотки ВН и НН необходимо определить среднюю плотность тока в обмотках, А / обеспечивающую получение заданных потерь короткого замыкания для этого можно воспользоваться формулой:
,
где - коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотках, потери в отводах, в стенках бака, = 0,93
Предварительное сечение витка
обмотки НН
,
обмотки ВН
.
После определения предварительного сечения нитка нужно выбрать тип обмотки НН и ВН. Следует отметить, что в случае, когда возможно применение двух различных типов обмотки, следует отдавать предпочтение типу более простому и дешевому.
Обмотку НН выбираем винтовую параллельную обмотку из провода прямоугольного сечения, обмотку ВН – Цилиндрическую многослойную из круглого провода.
4 РАСЧЕТ ОБМОТОК НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ТРАНСФОРМАТОРА
Число витков на фазу обмотки
,
Полученное значение округляем до целого числа и уточняем значение
,
В.
Действительная индукция в стержне, Тл
Тл
где - уточненное значение ЭДС одного витка.
Выбираем винтовую параллельную обмотку.
Предварительная высота витка
Выбираем одноходовую обмотку.
По полученным значениям из таблицы 18 [1] из сортамента прямоугольного обмоточного провода подбираем провод подходящего сечения:
,
где ПБ – марка провода;
16 – число параллельных проводов;
- размеры провода без изоляции;
- размеры провода с изоляцией.
Толщина изоляции мм. Намотку провода производим плашмя.
Полное сечение витка, мм2
мм2
где - сечение одного провода.
Уточненная плотность тока обмотки НН, значение которой применяется в дальнейших расчетах,
Окончательная высота обмотки НН
см,
Коэффициент учитывает усадку межкатушечных прокладок после опрессовки обмотки и принимаем равным 0,94.
Радиальный размер обмотки, см
см
Внутренний диаметр обмотки, см,
см.
Наружный диаметр обмотки, см,
см.
Поверхность охлаждения обмотки, м2
5 РАСЧЕТ ОБМОТОК ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ТРАНСФОРМАТОРА
В масляных трансформатора мощностью от 25 до 200 000 кВА ПБВ (регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки после отключения обмоток трансформатора от сети) предусмотрено вьполнение в обмотке ВН четырех ответвлений на +5%; +2,5%; -2,5%;-5% номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.
Выбираем схему размещения регулировочных ответвлений в трансформаторе с ПБВ показанную на рисунке 3.
Рисунок 3- Схема регулирования напряжения
Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении определяется по формуле
Число витков для одной ступени регулирования
Число витков обмотки на отводах:
а) верхние ступени напряжения
б) при номинальном напряжении
в) нижние ступени напряжения
Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по формуле,
Предварительное сечение витка обмотки ВН, мм2
мм2
По предварительному сечению из сортамента круглого обмоточного провода подбираем провод подходящего сечения
Рисунок 4 – Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода
,
где ПБ – марка провода;
1 – число параллельных проводов;
2,24 – диаметр провода без изоляции;
2,54 – диаметр провода с изоляцией.
Полное сечение витка, мм2
мм2
Уточненная плотность тока обмотки НН, значения которой применяется в дальнейших расчетах, А/ мм2
А/ мм2
Число витков в слое
Число слоев обмотки
Принимаем число слоев равное 13.
Рабочее напряжение двух соседних слоев
В
По рабочему напряжению двух слоев по таблице 10 [1] выбираем число слоев кабельной бумаги 6 и общую толщину изоляции между двумя слоями обмотки
мм
По испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора определяем по таблице 8 [1]:
а) размеры канала между обмотками НН и ВН см;
б) толщину цилиндра между обмотками см;
в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки см;
г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней см;
д) расстояние обмотки ВН от ярма см.
Радиальный размер обмотки ВН без экрана при наличии двух катушек с масляными каналами между ними, см
см.
Внутренний диаметр обмотки, см
см
Наружный диаметр обмотки, см
см
Расстояние между осями соседних стержней, см
см
Поверхность охлаждения обмотки,м2
м2
6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
1. Масса обмотки НН, кг,
кг
2. Масса обмотки ВН, кг,
кг
З. Коэффициент добавочных потерь, который зависит от геометрических размеров проводников обмоток и их расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора, выбирается для каждой обмотки:
НН:
Для расчета приняты следующие величины (n=16, m=23, l=44,876, a=0,16, b=1,25, kp=0,937)
ВН:
Для расчета приняты следующие величины (n=13, m=176, l=44,876 , d=0,224, kp=0,937)
4. Электрические потери в обмотках низкого напряжения с учетом добавочных потерь, Вт,
Вт
5. Электрические потери в обмотке высокого напряжения с учетом добавочных потерь, Вт,
Вт
6. Плотность теплового потока обмотки НН (потери в обмотке НН, отнесенные к единице охлаждаемой поверхности),
7. Плотность теплового потока обмотки ВН,
8. Расчет электрических потерь в отводах сводится к определению длины проводников и массы металла в отводах:
а) сечение отвода принимается равным сечению витка
;
б) длина проводов отводов ,см,
при соединении НН-У: см
при соединении ВН-У: см
в) масса металла проводов отводов, кг,
НН:кг
ВН: кг
г) электрические потери в отводах
Вт
Вт,
где к - коэффициент, зависящий от материала обмоток, медь – к =2,4;
9. Потери в стенках бака и других стальных деталях — потери на гистерезис и вихревые токи от полей рассеяния обмоток и отводов трансформатора.
Вт,
10. Полные потери короткого замыкания, Вт,
Вт
Погрешность: 2,711%
7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Напряжение короткого замыкания Uk% может отличаться от заданного значения не более 5%.
1. Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %
2. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,
3. Напряжение короткого замыкания трансформатора, %
Погрешность: -4,248%
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, как показано на рисунке 6, можно разделить на радиальные и осевые. Радиальные силы возникают в результате взаимодействия различных обмоток. Эти силы внешнюю обмотку растягивают, а внутреннюю — сжимают. Осевые силы возникают в результате взаимодействия элементов одной обмотки и сжимают обмотку в одном направлении. Как видно из рисунке 6, 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.
а) при одинаковой высоте обмоток;
б) при укороченной наружной обмотке;
в) радиальных сил на катушки обмотки
Рисунок 4 - Действие осевых и радиальных сил на обмотку двухобмоточного трансформатора
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.
Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыкании включает
а) определение наибольшего установившегося и наибольшего ударного тока;
б) определение механических сил взаимодействия между обмотками и их частями;
в) определение механических напряжений в изоляционных опорных и междукатушечных конструкциях и в проводах обмоток;
г) определение температуры обмоток при КЗ.
1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания для трансформаторов мощностью менее 1 МВА определяется по приближенной формуле, А,
А
А
2. Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания, А,
А
А
где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока
короткого замыкания:
З. Радиальная сила, действующая на обмотки НН, Н
4. Напряжение сжатия от радиальной силы во внутренней обмотке НН, МПа,
МПа
Для обеспечения стойкости обмотки не должна быть в медных обмотках более 30, алюминиевых более 15 МПа.
5. Осевая сила, Н,
Н
6. Конечная температура обмотки °С, через время с, после возникновения короткого замыкания:
НН:
0С
ВН:
0С
где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах
масляного трансформатора, принимаемая при коротком замыкании на
сторонах с номинальном напряжением 35 кВ и ниже 4 с;
- плотность тока при номинальной нагрузке,
- начальная температура обмотки, обычно принимаемая за 90°С.
Предельно допустимая температура обмоток при КЗ, установленная ГОСТ 11677-200, составляет для медная 250°С.
7. Время, в течение которого медная обмотка достигает температуры 250С
НН:
с
ВН:
с
9 РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА
9. 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ
Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня, см
см2
Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения ярма, см
см2
После определения площади ступенчатых фигур необходимо рассчитать активные сечения стержня и ярма .
Активное сечение стержня,
см2
Активное сечение ярма,
см2
где - коэффициент заполнения стали
После определения полных и активных сечений стержня и ярма для плоской шихтованной магнитной системы находят её основные размеры - длину стержня и расстояние между осями стержней (рисунок 8).
см,
Рисунок 5 - К определению размеров плоской магнитной системы
Расстояние между осями соседних стержней, см,
см,
где- внешний диаметр обмотки ВН, см;
- расстояние между обмотками соседних стрежней, определяемое классом изоляции обмотки ВН, мм.
Значение С округляем до 0,5 см. см.
9.2 РАСЧЕТ 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 её часть, ограниченная объемом, образованным пересечением боковых призматических поверхностей одного из ярм и одного из стержней (рисунок 9).
Рисунок 6 - К определению объема одного угла плоской магнитной системы
Для магнитной систем с размерами пакетов стержней и ярм по таблице 1 [2] объем угла может быть, как указано выше, принят по таблице 2 [2]. Масс стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,
кг
Масса стали ярм может быть определена как сумма двух слагаемых:
- массы частей ярм, заключенных между осями крайних стержней
- массы стали в частях ярм, заштрихованных на рисунке 8.
кг
кг
Полная масса двух ярм, кг,
кг
Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется как сумма двух слагаемых
кг
где - масса стали стержней в пределах окна магнитной системы;
- масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма (места, заштрихованные на
рисунке 6), кг.
Величины и определяются соотношениями:
кг
кг
где - ширина пластины первого пакета ярма (рисунок 6).
Полная масса стали плоской магнитной системы, кг,
кг
10 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 бить разделены на потери от гистерезиса и вихревых токов.
В трансформаторах трехстержневой конструкции с взаимным расположением стержней и ярм плоская трехфазная шихтованная магнитная система собирается (шихтуется) из пластин холоднокатаной анизотропной стали с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой или бандажами, а ярм - ярмовыми балками или балками с полубандажами. Варианты плана шихтовки магнитной системы приведены на рисунке 10.
а) косые стыки в шести углах;
б) косые стыки в четырех и прямые – в двух углах.
Рисунок 7 - Варианты плана шихтовки магнитной системы.
Для варианта шихтовки на рисунке 7(б) с магнитной системой, имеющей четыре косых угла на крайних и два прямых угла на средних стержнях, потери холостого хода могут быть рассчитаны по формуле.
Выбираем сталь 3405 с толщиной листа 0,3 мм.
где и - удельные потери в 1 кг стали стержня и ярма, зависящие от индукции и , марки и толщины стали, =1.066 , =1.032;
- удельные потери в зоне шихтованного стыка;
и - коэффициенты, учитывающие влияние технологических факторов на потери холостого хода, =1,11, =1,05;
- коэффициент увеличения потерь в углах магнитопровода, =10,18;
- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, =1;
, - коэффициенты, учитывающие влияние прессовки стержня и перешихтовку верхнего ярма на увеличение потерь, =1,02,
- число стыков различной формы;
- площади зазора для прямых и косых стыков,
Удельные потери , и для значений индукции от 1,3 до 1,8 Тл приведены в таблице 5 [2]. Для определения величины и необходимо рассчитать реальные значения индукции в стержне и ярме :
Тл
Тл,
где - напряжение одного нитка после уточнения числа витков обмотки НН и - активные сечения стержня и ярма.
Общее увеличение удельных потерь по всему объему заштрихованных частей во всех углах магнитной системы определяется коэффициентом
Для диапазона индукции 0,9 - 1,9 Тл коэффициент , для прямых и косых стыков может быть принят по таблице 6 [2].
Величина удельных потерь Рз для холоднокатаной стали приведена в таблице 5 [2]. Индукция для определения Рз при прямых стыках принимается равной индукции в стержне для стыков, перпендикулярных оси стержня, и индукции в ярме для стыков, перпендикулярных оси ярма для косых стыков следует принимать:
Тл,
Площадь зазора (стыка) принимается для прямых стыков равной активному сечению стержня или ярма для косых стыков:
Форма сечения ярма может влиять на распределение индукции по сечению ярма и стержня. Если число ступеней в сечении ярма равно или отличается на одну- две ступени от числа ступеней в сечении, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, = 1,0.
Для прессовки стержней и ярм при сборке остова трансформатора используются различные конструктивные детали. Способ прессовки может быть выбран в соответствии с рекомендациями таблицы 7 [2] в зависимости от мощности трансформатора.
Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Продольная резка полосы рулона стали на ленты и поперечная резка ленты на пластины приводят к возникновению внутренних механических напряжений в пластинах и увеличению удельных потерь в стали.
Это увеличение может быть учтено введением коэффициента который для отожженной стали марки 3405 принимаем равной 1,11.
При нарезке пластин из полосы рулона на линии среза образуются заусенцы. Удаление этих заусенцев при помощи ножей приводит к повышению удельных потерь, которое может быть учтено коэффициентом для отожженных пластин.
Перешихтовка верхнего ярма остова при установке обмоток приводит к увеличению потерь, учитываемому коэффициентом .При мощности трансформатора 400-630 Ква = 1,02.
Погрешность: -18,524%
11 ТОК ХОЛОСТОГО ХОДА
Активная составляющая тока холостого хода обусловлена наличием потерь холостого хода.
%,
Для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы современной трехстержневой конструкции, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали, с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой или бандажами, а ярм - ярмовыми балками с полубандажами, полная намагничивающая мощность может быть рассчитана по формуле
где , , - масса стали стержней и отдельных частей ярм, определяемых так же, как и при расчете потерь холостого хода, кг =329,382 =411,156 =41,497;
, - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм по таблице 10 [2]; =1,276 , =1,222
- удельная намагничивающая мощность для зазоров, определяемая по таблице 10 [2] для различных значений индукции прямых и косых стыков, вычисленных при расчете потерь холостого хода;
- площадь зазора, определенная при расчете потерь холостого хода;
- коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины; для стали марки = 1,49;
- коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев; для отожженных пластин = 1,05;
- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности во всех углах магнитной системы, его величину можно определить по таблице 8 [2] в зависимости от формы стыков =42,45;
- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке магнитной системы, определяется по таблице 7 [2] =1,04;
- коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма при сборке равный 1,02 при мощности 400- 630 кВ.
Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода в процентах от номинального тока
%
Ток холостого хода — соответственно
%
12 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА
12.1 ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБМОТОК
Прежде всего, необходимо определить внутренний перепад температуры в обмотке. Расчетная формула для определения внутреннего перепада температуры зависит от типа обмотки.
Внутренний перепад температуры обмотки НН,
,
где - плотность теплового потока на поверхности обмотки, определяемая, согласно [1], ;
- толщина изоляции провода на одну сторону, = 0,25 мм
- теплопроводность изоляции провода, определяемая для различных материалов по таблице 11 [2], =0,17 Вт/(м )
Рисунок 11 – Элемент объема обмотки ВН – провод и междуслойная изоляция
Потери Вт/м3 , определяются в соответствии с рисунком 11 по формуле
ВН: ,
где - коэффициент, зависящий от свойств материала обмотки: для медного провода =1,68;
,, - параметры обмотки определены в [1];
- плотность тока определена в [1].
Средняя теплопроводность обмотки , определяется по формуле
ВН:
Средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции
ВН:
ВН:
Радиальный размер наиболее широкой из двух катушек на которую разделена обмотка:
Рисунок 12- К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках
ВН: см
В этом случае полный внутренний перепад,
ВН:
Средний перепад температуры составляет 2/3 полного перепада
НН:
ВН:
Перепад температуры на поверхности обмотки
НН:
ВН:
Среднее превышение температуры над средней температурой масла
НН:
ВН:
12.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ БАКА
Для определения требуемой величины поверхности конвекции бака со всей системой охлаждения необходимо рассчитать среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом
где- перепад температуры между маслом и стенкой бака, составляет 5-6 ,
- среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки.
Величина среднего превышения температуры масла, омывающего обмотки, определяется выражением
Полученное выше значение должно удовлетворять неравенству, вытекающему из требования ГОСТ - превышение температуры верхних слоев масла над воздухом не должно превышать 6О°С для трансформаторов с расширителем.
Примем =29,764
Для определения размеров бака необходимо выбрать следующие минимальные расстояния:
- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние этого отвода до стенки бака;
- диаметр изолированного отвода обмотки ВН, при классах напряжения 10 и 35 кВ и мощности до 10000 кВ•А;
- изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН;
- изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака;
- диаметр изолированного отвода от обмотки НН, или размер неизолированного отвода НН.
Минимальные внутренние размеры бака определяются по рисунку 13.
Минимальная ширина, см,
см
Принимаем В=55 см
Рисунок 13- К определению основных размеров бака
Минимальная длина бака, см,
см
см
Принимаем А=139,852 см
Глубина бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма до крышки бака, обеспечивающим размещение внутренних частей проходных изоляторов, отводов и переключателей, если переключатели крепятся под крышкой бака.
Высота активной части, см,
см,
где n - толщина подкладки под нижнее ярмо.
Общая минимальная глубина бака, см,
см
см
Принимаем Н=129,876см
Поверхность излучения, м2
м2
где - коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкого бака, =2
После приближенного расчета поверхности излучения бака рассчитывается поверхность конвекции бака , необходимая для получения найденного выше значения среднего превышения температуры стенки бака над воздухом
м2
По данным таблицы 20 [2] подбираем соответствующее число и размеры одинарных или двойных трубчатых радиаторов.
Выбираем радиатор с прямыми трубами в два ряда.
Рисунок 14 – Трубчатый радиатор с прямыми трубами
Эти радиаторы выпускаются с двумя рядами – 20 труб в ряду. Основные данные выбранного радиатора следующие:
A=1400мм; B=505мм; С=253мм; Пк,тр=4,333м2; Пк,к=0,34м2;
минимальные расстояния осей фланцев радиаторов от нижнего и верхнего срезов стенки бака с1 и с2 равны соответственно 0,085 и 0,19 м.
Для установки радиаторов необходимо рассчитать глубину бака:
Глубину бака принимаем =167,5см
Поверхность гладкого бака, м2,
м2
Поверхность крышки бака, м2,
м2
Поверхность конвекции радиаторов, м2
Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки, м2
Необходимое число радиаторов
Принимаем 7 радиаторов.
Полная поверхность конвекции бака с радиаторами, м2
12.3 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ 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 этом случае среднее превышенbе температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха определяется выражением
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака
,
где - сумма поверхностей конвекции гладкой части, труб, крышки без учёта ухудшения конвекции;
– коэффициент, равный 1 при естественном масляном охлаждении.
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха,
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывается для обмоток ВН и НН отдельно
НН:
ВН:
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 картона
кг
кг
Масса активной части
кг
кг
Определение массы масла
м3
Объём активной части
м3
Масса масла
1. Григорьев, В.Ф. и др. Расчет трехфазного силового масленого трансформатора. – Екатеринбург: Издательство УрГУПС, 2001. – Ч.1. – 57с.
2. Григорьев, В.Ф. и др. Расчет трехфазного силового масленого трансформатора – Екатеринбург: Издательство УрГУПС, 2001. – Ч.2. – 52с.
3. Сапожников, Л.В. Конструирование трансформаторов - М.: Госэнергоиздат, 1959. –360с.
4. Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с.: ил.