Расчет трехфазного силового трансформатора с масляным охлаждением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Кафедра электроэнергетики и электротехники

Курсовой проект

Расчет силового трансформатора

Выполнил:

студент гр.ЭЛСбз-15-1

Иваненко В.В.

Руководитель проекта:

к.т.н, доцент кафедры ЭиЭТ

Дейс Даниил Александрович

Чита 2018



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Энергетический факультет

Кафедра Электроэнергетики и электротехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по электрическим машинам

На тему: Расчет трехфазного силового трансформатора с масляным охлаждением

Проектировал

студент группы ЭЛСбз-15-1

Иваненко В.В.

Руководитель проекта

Дейс Д.А



ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу)

по курсу «Электрические машины»

Студенту Иваненко Владиславу Владимировичу

Тема проекта: расчет трехфазного силового трансформатора с масляным охлаждением

Номер варианта - 61

Исходные данные:

Номинальные напряжения обмоток ВН и НН: Uвн/Uнн =10/3.15 кВ

Номинальная мощность: S = 4000 кВА

Потери короткого замыкания: Р_к = 33500 Вт

Ток холостого хода: i₀ = 1 %

Потери холостого хода: Р₀ = 5200 Вт

Напряжение короткого замыкания: u_к = 7,5%:

Материал обмоток: алюминий

Схема и группа соединений: Y/Д - 11

Регулирование напряжения: ПБВ ± 2Ч2,5%

Охлаждение - масляное с естественной циркуляцией масла

Рекомендуемая литература:

Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528 с.

Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 257 с.

Дата выдачи задания «___» _________ 2017 г.

Дата представления руководителю «___» ___________ 2018 г.

Руководитель курсового проектирования: Дейс Д.А

Календарный план выполнения курсового проекта (работы)

	Месяцы и недели
	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
1. Расчет основных электрических величин
2. Предварительный расчет трансформатора
3. Расчет обмоток НН и ВН
4. Расчет параметров короткого замыкания
5. Расчет магнитной системы и параметров холостого хода
6. Тепловой расчет, расчет массы трансформатора
7. Оформление пояснительной записки и чертежа
8. Защита курсового проекта

План выполнен. Руководитель проекта__________________ «____» ___________ 20 г.

СОДЕРЖАНИЕ

трансформатор обмотка замыкание магнитный

Введение

1. Определение основных электрических величин

1.1 Расчет фазных токов и напряжений

1.2 Определение испытательных напряжений

1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор схемы и конструкции магнитной системы

2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин. Выбор магнитной индукции в магнитной системе

2.3 Предварительный выбор конструкции обмоток

2.4 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

2.5 Предварительный расчёт соотношения основных размеров в

2.6 Определение диаметра стержня и высоты обмотки. Предварительный расчет магнитной системы

3. Расчет обмоток

3.1 Расчет обмоток низшего напряжения (НН)

3.2 Расчет обмотки высшего напряжения

4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Расчет потерь короткого замыкания

4.2 Определение напряжения короткого замыкания

4.3 Расчет механических сил в обмотках при коротком замыкании

5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение параметров холостого хода

5.1 Определение размеров пакетов и активных сечений стержней и ярм

5.2 Определение массы стали

5.3 Определение потерь холостого хода

5.4 Определение тока холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора

7. Расчет массы трансформатора



ВВЕДЕНИЕ

Производство электрической энергии на крупных электростанциях с генераторами большой единичной мощности, размещаемых вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, позволяет получать в этих районах необходимые количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Использование дешевой электрической энергии потребителями, которые находятся на значительном расстоянии, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредоточены по обширной территории страны, требует создания сложных разветвленных электрических сетей.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Необходимость распределения энергии 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 последующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в настоящее время превышает общую генераторную мощность в 8--10 раз.

Следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, т. е. в трансформаторы с высшим напряжением 35 и 10 кВ. В этих же трансформаторах возникает большая часть потерь энергии, оплачиваемых по наиболее дорогой цене.

В настоящее время для силовых трансформаторов установлены две категории качества. К высшей категории относятся трансформаторы, технико-экономические показатели которых находятся на уровне лучших мировых достижений или превосходят их; к первой категории -- трансформаторы, технико-экономические показатели которых находятся на уровне современных требований народного хозяйства и отвечают нормативно-техническим документам. В качестве основных критериев для отнесения трансформаторов к той или иной категории служат: значения потерь холостого хода и короткого замыкания, тока холостого хода, масса трансформатора, отнесенная к единице мощности, и другие показатели.



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1.1 Расчет фазных токов и напряжений

Мощность на одну фазу и стержень:

= кВА,

где c =3 - число активных стержней трансформатора;

S - номинальная мощность трансформатора.

Номинальные линейные токи обмоток ВН и НН:

= A;

= = 733,14A.

Фазный ток обмотки НН (соединение в треугольник):

= 423,27 А.

Фазный ток обмотки ВН (соединение в звезду):

= 144.333 А.

Фазные напряжения трансформатора:

- для обмотки НН (соединение в треугольник):

U_ф1 = U_НН = 3.15 кВ;

- для обмотки ВН (соединение в звезду):

= 5.774 кВ;

1.2 Определение испытательных напряжений обмоток

Испытательные напряжения определяется по табл. 3.1 для каждой обмотки трансформатора по её классу напряжения.

Для обмотки НН (класс напряжения до 6 кВ) испытательное напряжение U_1исп = 18 кВ.

Для обмотки ВН (класс напряжения 10 кВ) испытательное напряжение U_2исп = 35 кВ.

1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

= = 1 %.

Реактивная составляющая:

= = 5.408 %.



2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Выбор схемы и конструкции магнитной системы

Магнитная система трансформатора является основой его конструкции. Выбор основных размеров магнитной системы совместно с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. В данной курсовой работе рассчитывается двухобмоточный трехфазный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система выполняется со сборкой в переплет, с прямыми стыками в среднем стержне и косыми стыками в крайних стержнях (рис. 4.2, а). Прессовка стержней - бандажами из стеклоленты, прессовка ярм - стальными балками, стягиваемыми шпильками, вынесенными за пределы ярма.

2.2 Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин. Выбор индукции в магнитной системе

Выбираем сталь марки 3405 (холоднокатаная текстурованная рулонная сталь) толщиной 0,3 мм. Изоляция пластин - нагревостойкое покрытие, k_з = 0,96 (табл. 4.1). Индукция в стержне Вс = 1,55 Тл (табл. 4.6).

2.3 Предварительный выбор конструкции обмоток

Выбор конструкции обмоток производится по табл. 5.4.

Выбираем обмотки высокого и низкого напряжения цилиндрические многослойные из прямоугольного провода. Ее основные достоинства:

- хорошее заполнение окна магнитной системы;

- простая технология изготовления.

2.4 Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток

Главная изоляция обмоток (изоляция от заземленных частей и других обмоток) определяется в основном электрической прочностью и соответствующими испытательными напряжениями.

Изоляция между обмотками ВН и НН осуществляется жесткими бумажно-бакелитовыми цилиндрами.

По табл. 4.3 и табл. 4.2 принимаем минимально допустимые изоляционные расстояния от обмотки до стержня и ярма и главные размеры изоляционных деталей:

- расстояние от обмотки ВН до ярма l₀₂ = 50 мм;

- обмотками ВН и НН а₁₂ = 20 мм (прим. 1 к табл. 4.3);

- расстояние между фазами обмоток ВН а₂₂ = 18 мм;

- толщина бумажно-бакелитового цилиндра, расположенного между обмотками ВН и НН д₁₂ = 4 мм;

- выступ указанного цилиндра над обмоткой ВН l_ц2 = 20 мм;

- расстояние от обмотки НН до ярма l₀₁ = 18 мм;

- расстояние от обмотки НН до стержня а₀₁ = 17.5 мм;

- толщина бумажно-бакелитового цилиндра, расположенного между обмоткой НН и стержнем д₀₁ = 4 мм;

- выступ указанного цилиндра над обмоткой НН l_ц1 = 25 мм;

- расстояние от обмотки НН до указанного цилиндра а_ц1 = 8 мм.

2.5 Выбор соотношения основных размеров в и расчет ширины приведенного канала рассеяния

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из основных размеров трансформатора. Вторым основным размером является осевой размер (высота) обмоток l. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка обмоток ВН и НН, т.е. диаметр осевого канала между обмотками d₁₂ . Два основных размера l и d₁₂ связаны соотношением основных размеров в. Выбор значения в производим по табл. 4.4:

в = 1,2.

Треть суммы радиальных размеров обмоток :

k = 0.54 =0.02901 м.

где k = 0,54 (табл. 4.5).

Ширина приведенного канала рассеяния трансформатора:

= 0.02 + 0.02901 = 0.04901 м.

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять: k_р = 0,95.

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали, вида междулистовой изоляции:

k_c = k_з · k_кр = 0,96 0,914 = 0.877,

где k_кр =0,914 определяется по табл. 4.7.



2.6 Определение диаметра стержня и высоты обмотки. Предварительный расчет магнитной системы

Предварительное значение диаметра стержня:

= 0.507 = 0.2801 м.

Полученный диаметр округляем до ближайшего стандартного диаметра d = 0,28 м = 280 мм в соответствии с нормализованной шкалой диаметров (примечание 3 к табл. 4.7). В соответствии с новым значением d определяем уточненное значение в

= 1.2= 1.198

Второй основной размер трансформатора d₁₂ предварительно приближенно определяем по формуле

d₁₂ = d + 2a₀₁ + 2a₁ + a₁₂ = 0.28 + 0.035 + 0.0812 + 0.02 = 0.4162 м,

где радиальный размер обмотки НН может быть приближенно подсчитан по формуле:

= 1.4 0.02901 = 0.0406 м,

где коэффициент k₁ =1,4 для трансформаторов мощностью 1000…6300 кВА.

Третий основной размер трансформатора (высота обмоток):

l = 1.0909 м.

Для d = 280 мм по табл. 7.2 определяем площади ступенчатых фигур стержня и ярма: П_фс = 571 см², П_фя = 591 см².

Активное сечение стержня, т.е. “чистое” сечение стали:

П_С = k_з·П_фс= 0,96571=548.16 см².

ЭДС витка (предварительно), В:

= 4.44 = 18.862 В

Число витков обмотки НН (предварительно):

== 167.

Уточняем э.д.с. витка:

= = 18.862 В.

Номинальное число витков обмотки ВН

= 167 = 306

Средняя плотность тока в проводах обмоток:

= мм²

где для алюминиевых обмоток К_J = 0,463;

К_Д =0,91 (табл. 5.4).

Сечение витка (предварительно):

- обмотка НН:

= 138.579 мм²

- обмотка ВН:

= = 75.607 мм²



3. РАСЧЕТ ОБМОТОК

3.1 Расчет обмоток низшего напряжения (НН)

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода.

По табл. 5.2 подбираем возможно больший размер провода b и сечение провода П_пр1 так, чтобы количество параллельных проводников в витке было целым числом с точностью 1…3 %.

Выбираем провод АПБ,

.

Сечение витка обмотки (окончательно):

= 2·69.1=138 мм²

Плотность тока в обмотке:

А/мм².

Находим число витков в слое обмотки:

=

где 0,5 мм - двусторонняя толщина изоляции.

Округляем до целого числа щ_сл1 = 37.

Находим число слоев:

=

По табл. 5.7 проверяем условие а < а_10%, (5.0 6.0) при выбранном выше значении N_сл1 = 5.

Определяем фактический суммарный радиальный размер проводов с изоляцией:

= 5.5·5=27.5 мм.

Определяем предельно допустимое расстояние между охлаждающими каналами с'_пред.

Допустимый по условию нагрева размер с'_пред для алюминиевых обмоток:

мм,

где k_зк = 0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

q_доп = 1200 Вт/м² - допустимая плотность теплового потока.

Находим число концентрических катушек n_кат1, на которое следует разделить обмотку в радиальном направлении:

= .

Округляем до ближайшего большего целого числа n_кат1=2

Определяем рабочее напряжение двух слоев:

= 2·37·18.862=1395.788 В.

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 5.9 выбирается число листов и общая толщина кабельной бумаги д_мсл= 0,12?4=0.48 мм в изоляции между двумя слоями обмотки.

Высота обмотки:

= мм.

Радиальный размер обмотки НН:

= мм,

где h_к1 - радиальный размер канала, который принимается h_к1 = 0,01l₁ = 0,011102 = 11.02 мм. Полученный размер h_к1 округляется в большую сторону с точностью до 0,5мм (толщина полосок электрокартона, из которых склеиваются рейки).

h_к1 = 11.5 мм.

Внутренний диаметр обмотки:

= 0.28+2?0.0175=0.315 м,

Наружный диаметр обмотки:

м.

Средний диаметр обмотки:

м.

Поверхность охлаждения обмотки:

м²

где k_зк = 0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

Масса металла обмотки:

= кг.

где К_м = 8.47 - для алюминиевых проводов;

Масса провода обмотки:

кг

где

Дm=4.95 - увеличение массы провода за счет изоляции, определяется по табл.5.5.

Коэффициент добавочных потерь:

К_вx - коэффициент, зависящий от материала обмотки и формы провода:

- для алюминиевого провода К_вx = 0,037 (прямоугольный провод).

Под n_p понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния): для цилиндрических многослойных обмоток n_p = 2

Коэффициент заполнения высоты обмотки алюминием в_зп рассчитывается по формуле

k_р - коэффициент Роговского. При предварительных расчетах принимают k_р = 0,95;

m - число проводов обмотки в осевом направлении:

Электрические потери в обмотке:

=

К_Э - коэффициент, зависящий от материала обмотки.

Для алюминиевых обмоток К_Э = 12.75

Тепловая нагрузка:



3.2 Расчет обмотки высшего напряжения

В трансформаторах с регулированием напряжения на стороне ВН путем переключения ответвлений без возбуждения (ПБВ) должно предусматриваться изменение числа витков ОВН на +2·2,5 % = +5 % от номинального значения. В этом случае на крышке трансформатора имеется переключатель на 5 положений: номинальное напряжение, две ступени вверх и две ступени вниз от номинального.

Для уменьшения осевых сил, возникающих при коротких замыканиях, в случае применения в качестве ОВН многослойных цилиндрических обмоток регулировочные витки размещают равномерно по высоте в отдельных слоях. В трансформаторах мощностью от 250 кВА и выше применяется схема.

Конструкция многослойной цилиндрической обмотки ВН из прямоугольного провода аналогична конструкции многослойной цилиндрической обмотки НН ().

Число витков на одной ступени регулирования

щ_р2 = щ_2ном· ДU^*_ст = 3060,025 8

где - относительное значение напряжения на одной ступени регулирования, ДU_ст% = 2,5 %.

Число витков на ответвлениях:

5 cтупень U_{2 max2}

щ_{2 max2}= щ_{2 ном}+ 2щ_р2 =322

4 ступень U_{2 max1}

щ_{2 max1}= щ_{2 ном}+ щ_р2 =306+8=314

3 ступень U_{2 ном}

щ_{2 ном} = 306

2 ступень U_{2 min 1}

щ_{2 min1} = щ_{2 ном} - щ_р2 = 306-8=298

1 ступень U_{2 min 2}

щ_{2 min2} = щ_{2 ном} - 2щ_р2 = 306-28=290

Ориентировочная плотность тока

J'₂=2J_ср - J₁ = 21.909-1.917=1.901 А/мм²

Ориентировочное сечение витка

= мм².

По табл. 5.2 подбираем возможно больший размер провода b и сечение провода П_пр1 так, чтобы количество параллельных проводников в витке было целым числом с точностью 1…3 %:

мм²

Марка провода АПБ

0,5мм - двусторонняя толщина изоляции.

Плотность тока в обмотке:

А/мм².

Находим число витков в слое обмотки:

Находим число слоев:

.

Определяем фактический суммарный радиальный размер проводов с изоляцией:

мм

Определяем предельно допустимое расстояние между охлаждающими каналами с'_пред.

Допустимый по условию нагрева размер с'_пред определяется для алюминиевых обмоток:

мм,

где k_зк = 0,8 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками и другими изоляционными деталями;

q_доп = 1200 Вт/м² - допустимая плотность теплового потока.

Находим число концентрических катушек n_кат2, на которое следует разделить обмотку в радиальном направлении:

Округляем n_кат2 до ближайшего большего целого числа

определяем рабочее напряжение двух слоев:

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 5.9 выбирается число листов и общая толщина кабельной бумаги д_мсл в изоляции между двумя слоями обмотки:

высота обмотки:

мм

Радиальный размер обмотки ВН:

мм

где h_к2 - радиальный размер канала, который принимается h_к2 = 0,01l₂ > 5 мм. Полученный размер h_к2 округляется в большую сторону с точностью до 0,5 мм (толщина полосок электрокартона, из которых склеиваются рейки).

h_к2 = 0,01l₂ =0,011087.5 = 10.875 мм.

h_к2 = 11 мм.

Внутренний диаметр обмотки:

м

Наружный диаметр обмотки:

м

Средний диаметр обмотки:

м

поверхность охлаждения обмотки

м

Масса металла обмотки

кг

К_м = 8.47 - для алюминиевых проводов,

Масса провода обмотки:

кг

где ,=1.0495

Дm=4.95 - увеличение массы провода за счет изоляции, определяется по табл.5.4.

Коэффициент добавочных потерь:

где n_p = N_сл = 4 - для цилиндрических многослойных обмоток.

К_вx = 0,037 (прямоугольный алюминиевый провод);

Коэффициент заполнения высоты обмотки медью в_зп рассчитывается по формуле

где m - число проводов обмотки в осевом направлении:

k_р - коэффициент Роговского. При предварительных расчетах принимают k_р = 0,95.

Электрические потери в обмотке:

Вт

Для алюминиевых обмоток К_Э = 12.75

Тепловая нагрузка:

.



4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Расчет потерь короткого замыкания

Электрические потери Р_Э1 и Р_Э2 обмоток с учетом добавочных потерь от поля рассеяния определены выше при расчете обмоток.

Потери в отводах обмотки НН:

= Вт

Потери в отводах обмотки ВН:

= Вт

где G_отв1, G_отв2 - масса отводов обмоток НН и ВН.

При соединении НН обмотки в «треугольник»:

При соединении ВН обмотки в «звезду»:

где г - плотность металла обмотки, для алюминиевых обмоток

г = 2700 кг/м³.

Потери в стенках бака на этапе расчета обмоток, когда размеры бака еще не известны, можно определить по приближенной формуле:

= Вт

где k_б =0,03 - коэффициент, определяемый по табл. 6.1.

Полные потери короткого замыкания:

=

9834+13209.639+465.596+75.458+750=24334.693 Вт

Сравним полученные потери КЗ с заданными Р_кзад (табл.10.2)

4.2 Определение напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Ширина приведенного канала рассеяния:

м

где м - диаметр осевого канала между обмотками.

Соотношение основных размеров в:

где м - средняя высота обмоток НН и ВН.

Коэффициент Роговского:

где .

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

Полное напряжение короткого замыкания:

Сравним полученное напряжение короткого замыкания с заданным u_кзад (табл. 10.2):

4.3 Расчет механических сил в обмотках при коротком замыкании

Действующее значение, установившегося тока короткого замыкания:

обмотки НН

обмотки ВН

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания обмотки ВН:

А

где коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания.

Радиальная сила, действующая на наружную обмотку ВН и стремящаяся растянуть её:

Н.

Такая же радиальная сила, но направленная в противоположенную сторону, действует на внутреннею обмотку, стремясь сжать её.

Напряжение на разрыв, действующее в проводниках обмотки ВН:

у_р = мПа.

Напряжение на сжатие, действующее в проводниках обмотки НН:

у_сж = мПа.

Допускается у ? 25 мПа (для алюминия).

Осевая сила:

Н

Конечная температура обмотки х_к, через 4 секунды после возникновения внезапного короткого замыкания:

где J - средняя плотность тока:

х_н =90^о - начальная температура обмотки.

Время достижения температуры 200 °С:

c.



5. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ХОЛОСТОГО ХОДА

5.1 Определение размеров пакетов и активных сечений стержней и ярм

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 толщиной 0,3 мм. Размеры пакетов (из табл. 7.1, а приведены в табл. 5.1 для стержня диаметром 0,28 м без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня - 8, в сечении ярма - 6).

По табл. 7.2:

- площадь ступенчатой фигуры сечения стержня: П_ф.с = 571 см² = 0,0571 м²;

- площадь ступенчатой фигуры ярма: П_ф.я = 591 см² = 0,0591 м²;

- объём угла магнитной системы: V_у = 13738 см³ = 0,13738 м³.

Активное сечение стержня:

П_с = k_зП_ф.с = 0,96571=548.16 см²

Активное сечение ярма:

П_я = k_зП_ф.я = 0,96591=567.36 см²

Объём стали угла магнитной системы:

V_у.ст = k_з V_у = 0,9613738=13188.48 см³

Длина стержня:

м.

Таблица 5.1. Размеры пакетов в сечении стержня и ярма

№ пакета	Размеры пакетов стержня, мм	Размеры пакетов ярма, мм
1	27037	27037
2	25026	25026
3	23017	23017
4	2159	2159
5	1951	1951
6	1759	1759
7	1351	-
8	1057	-

- расстояние от нижнего края обмотки до ярма,

- расстояние от верхнего края обмотки до ярма.

Расстояние между осями соседних стержней:

5.2 Определение массы стали

Масса стали одного угла:

где г_ст =7650 кг/м³ - плотность трансформаторной стали.

Масса стали ярм определяется как сумма двух составляющих:

Полная масса ярм:

масса стали стержней:

где масса стали стержней в пределах окна магнитной системы

Масса стали в местах стыка стержня и ярма:

Полная масса стали плоской магнитной системы:

5.3 Определение потерь холостого хода

Для трехфазных шихтованных плоских стержневых магнитных систем (рис. 4.2) потери холостого хода рассчитываются по формуле:

=

Вт,

где коэффициенты:

k_пу = 10,64 (табл. 7.3);

k_пр = 1,05 для отожженной стали марки 3405;

k_пз = 1,02 для отожженной стали марки 3405;

k_пп = 1,03 (табл. 7.5);

k_пш = 1,01 для трансформатора мощностью до 630 кВА;

- удельные потери в стержне р_с=0,97 Вт/кг - определяются по табл. 7.4 для индукции в стержне В_с:

- удельные потери в ярме р_я=0,916 Вт/кг - определяются по табл. 7.4 для индукции в ярме В_я:

- число углов с прямыми стыками n_пр = 2; с косыми стыками n_к = 4 (по рис. 4.2а);

- площадь прямого стыка П_пр = П_с = 0,02006 м²;

- площадь косого стыка П_к = П_с = ?0,002006 = 0,00284 м²;

- удельные потери в зазоре на прямом стыке р_зпр = 570 Вт/м² определяются по табл. 7.4 для индукции В_с = 1,5 Тл;

- удельные потери в зазоре на косом стыке р_зк = 265 Вт/м² определяются по табл. 7.4 для индукции = 1,1 Тл.

Сравним полученные потери холостого хода с заданными Р_0зад

% < 7,5 %

5.4 Определение тока холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода i_0a:

%.

Для определения реактивной составляющей тока холостого хода рассчитаем намагничивающую мощность Q₀:

=

3260 ВА,

где коэффициенты:

k_ту = 49,0 для магнитной системы по рис. 4.2а);

k_тр = 1,18 для отожженной стали марки 3405;

k_тз = 1,02 для отожженной стали марки 3405;

k_тп = 1,045 (табл. 7.7);

k_тш = 1,01 для трансформатора мощностью до 250 кВА;

- удельная намагничивающая мощность стержня q_с=1,205 ВА/кг определяется по табл. 7.6 для индукции в стержне В_с = 1,55 Тл;

- удельная намагничивающая мощность ярма q_я=1,123 ВА/кг - определяется по табл. 7.6 для индукции в ярме В_я = 1,51 Тл;

- удельная намагничивающая мощность зазора на прямом стыке q_зпр = 1,380 ВА/см² = 13800 ВА/м² определяются по табл. 7.6 для индукции В_с = 1,55 Тл;

- удельная намагничивающая мощность зазора на косом стыке q_зк = 0,090 ВА/см² = 900 ВА/м² определяются по табл. 7.6 для индукции 1,1 Тл.

Реактивная составляющая тока холостого хода:

%.

Полный ток холостого хода:

что меньше заданного i_0зад = 2,3 %.

КПД трансформатора определяется по формуле:



6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

Определяем размеры бака и поверхность охлаждения бака и крышки:

- ширина бака:

где а_об = 0,06 м - изоляционное расстояние от внешней обмотки до стенки бака (табл. 8.1);

- длина бака:

- глубина бака:

где h_як = 0,16м - расстояние от верхнего ярма до крышки бака (табл. 8.1);

h_яд =0,05м - высота прокладки между нижним ярмом и дном бака.

Используем бак овальной формы. В этом случае площадь боковой поверхности бака:

- площадь крышки бака:

Определяем превышение температуры обмоток над температурой масла:

- для цилиндрической обмотки НН:

- для обмотки ВН:

Определяем допустимое среднее превышение температуры масла над воздухом из условия, чтобы температура наиболее нагретой обмотки превышала температуру воздуха не более, чем допускает ГОСТ:

где И_ом - наибольшее из значений И_ом1 и И_ом2.

Определяем превышение температуры масла в верхних слоях расширителя:

< 65 ⁰С

Выбираем унифицированный прямотрубный радиатор (рис. 8.1)

Определим тепловой поток поверхности бака и радиаторов, при котором превышение температуры масла над воздухом будет ограничено полученной величиной И_мв:

Определим потери, отводимые с поверхности бака:

Потери, которые должны быть отведены с поверхности радиаторов:

Необходимая поверхность радиаторов:

По табл.99 выбираем один радиатор с характеристиками:

- высота радиатора А = 710 мм;

- длинна радиатора B = 505 мм;

- ширина радиатора С = 253

- число рядов труб n_ряд = 2;

- поверхность охлаждения П_р= 2,135 м²;

- масса радиатора G_р= 34,14 кг;

- масса масла в радиаторе G_мр= 24 кг.

Уточняем тепловой поток поверхности бака и радиаторов:

Уточняем среднее превышение температуры масла над воздухом:

Определим превышение температуры наиболее нагретой обмотки над воздухом:

Полученное значение не превышает предельно допустимого (65 ^оС).



7. РАСЧЕТ МАССЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Определим массу активной части:

где кг - масса провода обмоток НН и ВН;

Масса бака с радиаторами:

где г_ст = 7850 кг/м³ - плотность стали;

-

объем стали бака (д_ст = 0,003 м - толщина стали бака);

Общая масса масла:

где г_м = 900 кг/м3 - плотность масла;

- объем бака;

- объем активной части

- объем расширителя;

Масса трансформатора:

Размещено на Allbest.ru

...