1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчет основных электрических величин

2. Определение основных размеров

2.1 Предварительный выбор конструкции сердечника

2.2 Материал сердечника и величина магнитной индукции

2.3 Выбор величин, определяющих размеры трансформатора

2.4 Предварительный расчет сердечника

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1 Выбор типа обмоток

3.2 Расчет обмотки НН

3.3 Расчет обмотки ВН

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Потери короткого замыкания

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

4.3 Определение механических усилий в обмотках

5. Расчет магнитной системы

5.1 Определение размеров ярма и сердечника

5.2 Определение массы стали

5.3 Расчет потерь холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора. Расчет охладительной системы

6.1 Тепловой расчет обмотки низшего напряжения

6.2 Тепловой расчет обмотки высшего напряжения

6.3 Расчет охладительной системы

6.4 Определение объема масла и размера расширителя

6.5 Расчет тепловых процессов в трансформаторе при пропуске пакета поездов

7. Переходные процессы в трансформаторе в условиях эксплуатации

7.1 Ток включения трансформатора

7.2 Переходные процессы в трансформаторе при внезапном коротком замыкании

8. Технико-экономические характеристики трансформатора

8.1 Коэффициент полезного действия трансформатора

Заключение

Литература

Введение

Силовые трансформаторы являются одним из основных элементов системы электроснабжения промышленных предприятий и транспорта.

На электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы, обеспечивающие уменьшение потерь мощности при доставке электроэнергии к потребителям. Высоковольтная электроэнергия при помощи понижающих трансформаторов в одну или две ступени преобразуется в электрическую энергию, которую используют для питания потребителей.

В данном курсовом проекте должны быть рассчитаны электромагнитные и конструктивные параметры силового трансформатора и тепловые режимы, сконструирована охлаждающая система, определены переходные процессы и технико-экономические показатели. В графической части проекта должна быть представлена конструкция спроектированного силового трансформатора, а также характеристики тепловых и переходных процессов. электрический трансформатор магнитный тепловой

1. Расчет основных электрических величин

1.1 Мощность одной фазы трансформатора

.

m=3 - число фаз;

S_н - номинальная мощность трансформатора кBА;

1.2. Мощность на одном стержне

.

с - число стержней;

1.3. Номинальный линейный ток обмотки высшего напряжения

1.4. Номинальный линейный ток обмотки низшего напряжения

1.5. Номинальные фазные токи

1.6. Номинальные фазные напряжения

1.7. Испытательные напряжения обмоток трансформатора

2. Определение основных размеров трансформатора

2.1 Предварительный выбор конструкции сердечника

d=0.19 м;

K_кр=0.905 м;

2.2 Материал сердечника и величина магнитной индукции

2.2.1. Материал сердечника - электротехническая сталь марки 3404.

2.2.2. Принимаем величину магнитной индукции: для холоднокатаной стали

2.2.3. Коэффициент заполнения нагревостойкой лаковой межлистовой изоляции К_з=0.96;

2.2.4. Общий коэффициент заполнения сталью

К_с=К_крК_з=0.905*0.96=0.8688;

2.3 Выбор величин, определяющих размеры трансформатора

2.3.1. Принимаем соотношение между шириной и высотой трансформатора приалюминиевой обмотке

2.3.2. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному принимаем равным

К_р=0.95;

2.3.3. Изоляционный промежуток между обмотками НН и ВН при испытательном напряжении 35 кВ принимаем

2.3.4. Приведенная ширина двух обмоток



к=0.6; для S'=53,33 кВА;

2.3.5. Величина приведенного канала рассеяния

2.3.6. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

2.3.7 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

2.4 Предварительный расчет сердечника

2.4.1. Диаметр стержня

Принимаем по табл. П-3.1.[1] стандартный диаметр стержня d=0.18 м;

2.4.2. Средний диаметр канала между обмотками

2.4.3. Высота обмотки

2.4.4. Активное сечение стержня

П_с=К_зП_фс10^-4 ;

где К_з=0.96

П_фс=233 см² - определяется по табл. П-3.2[1];

2.4.5. Предварительное значение ЭДС витка

2.4.6. Число витков в одной фазе обмотки НН

Принимаем

Уточнённое значение и

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1 Выбор типа обмоток

3.1.1. Средняя плотность тока в обмотках из условия обеспечения заданных потерь короткого замыкания для обмоток, выполненных из алюминия

где К_d=0.93.

3.1.2. Предварительное значение сечения витка обмотки НН

3.1.3. Тип обмотки

В качестве обмотки НН рекомендуется цилиндрическая двухслойная обмотка. Обмотка ВН - цилиндрическая многослойная из круглого провода.

3.2 Расчет обмотки НН

3.2.1. Число витков W₁=52

3.2.2. Число витков в слое

3.2.3. Стандартное сечение витка

Определяем ориентировочный осевой размер витка

Условная запись марки проводника

;

Сечение витка

3.2.4. Действительная плотность тока

3.2.5. Осевой размер обмотки

3.2.6. Радиальный размер двухслойной обмотки

где

3.2.7. Внутренний диаметр обмотки

 где

3.2.8. Наружный диаметр обмотки

3.2.9. Полная охлаждаемая поверхность двухслойной обмотки НН с масляным каналом между слоями

k=0.75-коэффициент, учитывающий закрытие поверхности рейками, изоляцией и др.

с=3 - число стержней трансформатора несущих обмоток;

3.3 Расчет обмотки ВН

3.3.1. В обмотке выполняются отводы для регулирования напряжения на от номинала

3.3.2. Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

Принимаем =1300

3.3.3. Полное число витков обмотки ВН



Принимаем 1366

3.3.4. Предварительное значение плотности тока

3.3.5. Предварительное значение сечения витка обмотки

3.3.6. Тип провода ПБ

по таблице выбираем стандартное сечение П_2с=4,91 мм²;

диаметр ;

сечение витка состоит из одного проводника

фактическое сечение обмотки

3.3.7. Уточненное значение плотности тока

3.3.8. Число витков в слое

Принимаем 138

3.3.9. Число слоёв в обмотке ВН



3.3.10. Рабочее напряжение двух слоев

3.3.11. Обмотка выполняется в виде двух катушек с масляным каналом между ними а'₂₂=6 мм

3.3.12. Радиальный размер обмотки

где при рабочем напряжении двух слоев 2125,2 выбирается по таблице

3.3.13. Внутренний диаметр обмотки

3.3.14. Наружный диаметр обмотки

3.3.15. Полная поверхность охлаждения обмотки ВН при наличии масляного канала в обмотке

3.3.16. Средний диаметр канала между обмотками



3.3.17. Соотношение между шириной и высотой трансформатора

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Потери короткого замыкания

4.1.1. Электрические потери в обмотке НН

для медной обмотки:

где

где

4.1.2. Электрические потери в обмотке ВН

где

где

4.1.3. Потери в отводах обмотки НН

где

4.1.4. Потери в стенках бака

4.1.5. Потери КЗ трансформатора



отклонение от заданного значения

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

4.2.1. Активная составляющая напряжения КЗ

4.2.2. Реактивная составляющая напряжения КЗ

4.2.3. Напряжение КЗ

4.3 Определение механических усилий в обмотках

4.3.1. Установившееся значение тока КЗ



4.3.2. Мгновенное наибольшее значение тока КЗ

где ;

4.3.3. Радиальное растягивающее усилие в обмотке ВН

4.3.4. Растягивающее механическое напряжение в проводе обмотки ВН

4.3.5. Сила, сжимающая обмотку

; т.к. обмотки ВН и НН имеют одинаковую длину

4.3.6. Величина напряжения сжатия

5. Расчет магнитной системы

5.1 Определение размеров ярма и сердечника

5.1.1. По таблице для d=180 мм определяем размеры пакетов - ширину пластин и толщину пакетов без прессующей пластины

Толщина пакетов	Ширина пластин
7	55
7	85
7	105
10	120
23	135
20	155

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

5.1.2. Определяем для диаметра стержня d=180 мм без прессующей пластины

П_фс=233 см² - площадь сечения стержня;

П_фя=238 см² - площадь сечения ярма;

а_я=95 мм - ширина крайнего пакета ярма;

V_у=3452 см³ - объем угла;

5.1.3. Активное сечение стержня



5.1.4. Активное сечение ярма

5.1.5. Длина стержня

5.2 Определение массы стали

5.2.1. Масса стали угла

5.2.2. Масса стали стержней

5.2.3. Масса стали ярма

5.2.4. Масса стали трансформатора



5.3 Расчет потерь холостого хода

5.3.1. Магнитная индукция в стержне

5.3.2. Магнитная индукция в ярме

5.3.3. Магнитная индукция в косых стыках

5.3.4. Схема магнитной цепи.

Выбираем плоскую трех стержневую магнитную систему, рекомендуемую для холоднокатаной стали

5.3.5. Потери холостого хода при использовании холоднокатаной стали



где

коэффициенты:

К_пр=1.05 - учитывает увеличение потерь за счет резки полосы рулона на ленты;

К_пз=1 - учитывает наличие заусениц;

К_пу=10.18 - учитывает увеличение потерь в углах магнитной системы, определен по табл. П-4.1 [1] для стали 3404;

К_пя=1 - учитывает различие числа ступеней ярма и стержня;

К_пп=1.03 - учитывает способ прессовки стержня и ярма;

К_пш=1.02 - при S_н=400 кВА, учитывает перешихтовку верхнего ярма при установке обмотки;

5.3.6. Намагничивающая мощность

где

коэффициенты:

К_тр=1.18 - учитывает увеличение намагничивающей мощности за счет резки полосы рулона на ленты;

К_тз=1 - учитывает наличие заусениц;

К_ту=42 - определен по табл. П 4.2 для В_с=1.549;

К_тя=1 - учитывает форму сечения ярма;

К_тпл=1.17;

К_тп=1.045 - учитывает способ прессовки стержня и ярма;

К_тш=1.02 - для S_н=400 кВА, учитывает необходимость перешихтовки верхнего ярма при установке обмотки;

5.3.7. Активная составляющая тока холостого хода

5.3.8. Ток холостого хода

5.3.9. Реактивная составляющая тока холостого хода

6. Тепловой расчет трансформатора. Расчет охладительной системы

6.1 Тепловой расчет обмотки низшего напряжения

6.1.1. Плотность теплового потока на поверхности обмотки

6.1.2. Внутренний перепад температур в обмотке

где - толщина изоляции провода на одну сторону;

6.1.3. Перепад температур между поверхностью обмотки и маслом

где К₁=1 - для естественного масляного охлаждения;

6.1.4. Превышение температуры обмоток над средней температурой масла

6.2 Тепловой расчет обмотки высшего напряжения

6.2.1. Внутренний перепад температур в обмотке

6.2.2. Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН

6.2.3. Перепад температур на поверхности обмотки

6.2.4. Превышение температуры обмотки ВН над средней температурой масла

6.3 Расчет охладительной системы

6.3.1. Для трансформатора S_н=400 кВА; выбираем гладкий бак с навесными радиаторами и прямыми трубами с естественным масляным охлаждением

6.3.2. Изоляционные расстояния для отводов

S₁=S₃=33 мм;

S₂=S₄=33 мм

6.3.3. Ширина бака по условиям изоляции

Принимаем 0,5 м

6.3.4. Длина бака

Принимаем =1,2

6.3.5. Глубина бака

Принимаем =1

6.3.6. Среднее превышение наиболее нагретой части обмотки над температурой воздуха (допустимое по ГОСТ 11677-85)

6.3.7. Допустимое среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха

6.3.8. Среднее превышение температуры поверхности бака над температурой воздуха

где

6.3.9. Поверхность конвекции гладкой части бака

где поверхность крышки бака

6.3.10. Поверхность излучения бака трансформатора

К=1,75 - для бака с навесными радиаторами

6.3.11. Необходимая поверхность конвекции трансформатора



6.3.12. Необходимая поверхность трубчатых охладителей

6.3.13. Требуемое число трубчатых охладителей

принимаем

6.3.14 Поверхность конвекции бака

6.3.15. Превышение температуры стенки бака или трубы трубчатого охладителя над температурой воздуха

6.3.16. Превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой стенки

6.3.17. Превышение температуры масла верхних слоев над температурой воздуха

6.3.18. Превышение температуры обмоток относительно воздуха

6.4 Определение объема масла и размера расширителя

6.4.1. Объем выемной части бака

6.4.2. Объем бака

6.4.3. Объем масла в баке

6.4.4. Масса масла в баке

6.4.5. Масса масла в трубчатых охладителях

6.4.6. Общая масса масла в трансформаторе

6.4.7. Объем расширителя

6.4.8. Выбираем цилиндрический расширитель из листовой стали, толщиной 3мм и длиной

6.4.9. Диаметр расширителя

6.5 Расчет тепловых процессов в трансформаторе при пропуске пакета поездов

6.5.1. Постоянная времени нагрева обмоток трансформатора

где С_м=6.6 - удельная теплоемкость алюминия,

К_из=1.25 - коэффициент, учитывающий теплоемкость витковой изоляции

6.5.2. Установившееся среднее превышение температуры обмотки над температурой масла до начала пропуска пакета поездов

6.5.3. Установившееся превышение температуры обмоток над температурой масла при прохождении пакета поездов

6.5.4. Превышение температуры наиболее нагретой обмотки над температурой масла трансформатора при пропуске пакета поездов в функции времени

График - приведен в Приложении

6.5.5. Постоянная времени нагрева трансформатора

где значения удельных теплоемкостей

С_м=0.108

С_с=0.133

С_масл=0.5

- номинальный нагрев масла по отношению к воздуху ,



6.5.6. Установившееся среднее превышение температуры масла над температурой воздуха до начала проследования пакета поездов

6.5.7. Установившееся превышение температуры масла относительно воздуха при пропуске пакета поездов

6.5.8. Превышение температуры масла над температурой воздуха в функции времени

график - приведен в Приложении

6.5.9. Перегрев обмоток относительно воздуха



график - приведен в Приложении

6.5.10. Допустимое время перегруза трансформатора при пропуске пакета поездов при

6.5.11. Превышение температуры верхних слоев масла над температурой воздуха

6.5.12. Допустимое время работы трансформатора при заданном перегрузе при пропуске пакета поездов по условиям нагрева верхних слоев масла

_мввдоп=60^оС.

7. Переходные процессы в трансформаторе в условиях эксплуатации

7.1 Ток включения трансформатора

7.1.1. Величина намагничивающей мощности

для стали 3404 и В=2 Тл и 4Тл определяют q_я, q_с, q_з по кривым

7.1.2. Амплитуда намагничивающего тока трансформатора

7.1.3. Построение кривой намагничивания

график - - приведен в Приложении

7.1.4. Коэффициент самоиндукции одной фазы обмотки ВН при значительном насыщении стали (В2 Тл)



7.1.5. Активное сопротивление одной фазы обмотки ВН

7.1.6. Изменение магнитной индукции в стержне при неблагоприятном включении трансформаторам

график В(t) приведен в Приложении

7.2 Переходные процессы в трансформаторе при внезапном коротком замыкании

7.2.1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания трансформатора с учетом мощности электрической системы

где S_к=500000 - мощность короткого замыкания, кВА;

7.2.2. Наибольшая амплитуда тока короткого замыкания



7.2.3. Апериодическая составляющая тока в обмотке одной фазы трансформатора при наиболее неблагоприятном внезапном коротком замыкании

график зависимости i_кап(t) представлен в Приложении

7.2.4. Периодическая составляющая тока короткого замыкания трансформатора

график зависимости i_кпер(t) представлен в Приложении

7.2.5. Мгновенные значения результирующего тока внезапного короткого замыкания

график зависимости i_к(t) представлен в Приложении

8. Технико-экономические характеристики трансформатора

8.1 Коэффициент полезного действия трансформатора

график приведен в Приложении

8.2. Степень нагрузки трансформатора, при которой имеет место наибольший КПД

8.3. Величина максимальной КПД при этой нагрузке и

8.4. Изменение напряжения в трансформаторе при номинальной нагрузке определяем для

8.5. Стоимость активной части трансформатора

К₀=1.5; К_ст=1.22; К_отх=1.06;

8.6. Стоимость системы охлаждения

8.7. Стоимость трансформатора

8.8. Дополнительные затраты на изготовление трансформатора при увеличении расхода проводящих материалов в 1.4 раза

8.9. Уменьшение потерь энергии в трансформаторе при увеличении расхода проводящих материалов для режима работы с номинальной нагрузкой

8.10. Экономия электроэнергии в год за счет уменьшения потерь энергии в трансформаторе



где t_1г=8000 - время работы трансформатора в течение года, ч;

К_нгср=0.8 - средняя нагрузка трансформатора;

8.11.Срок окупаемости дополнительных затрат, связанных с увеличение расхода проводящих материалов

год

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован силовой трансформатор. Исходя из начальных условий, произведен расчет электрических величин, согласно которым были подобраны основные размеры трансформатора. Произведен расчет и выбрано сечение витков обмоток трансформатора.

На основе теплового расчета была выбрана охладительная система с 6 охладителем, превышения температур не превышают допустимых значений. Были рассмотрены переходные процессы в трансформаторе. На полученных зависимостях кривой намагничивания и изменения тока КЗ, видно, что характеристики трансформатора при наиболее неблагоприятных условиях допускают использование этого трансформатора.

Литература

1. В.А.Соломин, Л.Л.Замшина, А.В.Соломин Проектирование мощных силовых трансформаторов: учебное пособие РГУПС.- Ростов-на-Дону 2006.-50 с.

2. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...