Расчет магнитной системы трансформатора

3. Расчет параметров короткого замыкания

3.1 Расчет потерь в обмотках

Основные потери в обмотке НН определяются по формуле:

Аналогично определяем основные потери в обмотке ВН:

Коэффициент добавочных потерь для медного провода НН находится по формуле:

,

где - размер проводника, перпендикулярный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; - число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; - коэффициент, который в этих формулах может быть посчитан по формуле:

,

где - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния, равно 10;

? коэффициент Роговского;

? размер проводника обмотки НН, в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

? высота обмотки НН.

.

Коэффициент добавочных потерь

,

где

, ,;;

.

3.2 Расчет потерь в отводах и стенках бака трансформатора

Длина проводов ВН и НН для соединения в звезду определяется по формуле:

.

Масса отводов НН находится по формуле:

где - плотность алюминия.

Потери в отводах НН определяются по формуле:

Аналогично определяются потери в отводах ВН:

Потери в баке и деталях конструкции до выяснения окончательных размеров бака определяются приблизительно по формуле:

,

где K - коэффициент равен 0,04.

3.3 Суммарные потери КЗ и расчет напряжения КЗ

Полные потери короткого замыкания:

Для номинального напряжения обмотки ВН

Отклонение практически посчитанного значения потерь короткого замыкания от заданных в задании потерь равно:

.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

.

где ;

;

Напряжение короткого замыкания трансформатора:

,

ходит в заданные границы.

Отклонение посчитанного значения напряжения короткого замыкания от заданного в задании:

.

3.4 Расчет усилий, возникающих при КЗ

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания определяется по формуле:

,

где - мощность короткого замыкания электрической сети, равная 500 МВА.

Максимальное значение тока короткого замыкания:

,

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания

Радиальная сила

.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

.

что меньше допустимого значения 30 МПа.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН

.

Рис. Распределение сжимающих осевых сил.

,

где , , после установления размеров бака .

Максимальные сжимающие силы в обмотках

,

.

Наибольшая сжимающая сила наблюдается в средине высоты обмотки НН, где .

Для оценки механической прочности обмотки определяют напряжение сжатия во внутренней обмотке НН, возникающей под действием радиальной силы сжатия Fсж.р , и напряжение сжатия между витками и катушками от наибольшей из осевых сил Fсж или Fя.

Напряжение сжатия во внутренней обмотке определяется по формуле:

Обмотка рассчитана правильно

Температура обмотки ВН через после КЗ

где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора;

- начальная температура обмоток.

Полученная величина не превышает допустимого значения для медных обмоток .

Время в течении которого медная обмотка достигает температуры

4. Расчет магнитной системы трансформатора

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы из пластин холоднокатаной стали марки 3404; с толщиной одного листа 0,35 мм. Для стержня диаметром 0,31 м без прессующей пластины, число ступеней в сечении стержня 9, в сечении ярма 7.

Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками.

Выбираем материал магнитной системы трансформатора - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404, толщиной 0,30 мм. трансформатор напряжение замыкание магнитный

Таблица 2 - Размеры пакетов магнитной системы

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,28 м, т.е:

Полное сечение стержня

.

Активное сечение стержня

.

Полное сечение ярма

.

Активное сечение ярма

.

Объем угла магнитной системы

.

Объем стали угла магнитной системы

.

Длинна стержня

.

Высота ярма:

Расстояние между осями соседних стержней

,

где - расстояние между обмотками ВН соседних стержней равно 0,018 м.

Масса стали одного угла для многоступенчатой формы поперечного сечения ярма в плоской магнитной системе определяется по формуле:

где - плотность трансформаторной стали (для холоднокатанной стали 7650 кг/м3).

Полная масса двух ярм

.

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы

.

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма

.

Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма

Полная масса стали плоской магнитной системы

.

4.2 Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне

.

Индукция в ярме

.

Индукция в косых стыках

.

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке

.

Удельные потери для стали стержней, ярм и для стыков, для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке на две пластины:

,;

,;

.

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев, изготовленной из холоднокатаной стали для определения потерь холостого хода применим выражение:

,

где - коэффициент, который для стали 3404 с толщиной листов 0,30мм равен 2,02;

- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма равен 1,00;

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь, связанных с отпрессовкой стержней и ярм при сборке остова принимается равным 1,05;

- коэффициент, учитывающий потери от необходимости расшихтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и расшихтовки его после насадки принимается равным 1,06;

- коэффициент, учитывающий потери, связанные с закаткой или срезанием заусенцев после резки пластин, и при отсутствии отжига принимается равен 1,00;

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь после резки пластин при отсутствии отжига, равен 1,11.

Тогда потери холостого хода

Отклонение посчитанного значения потерь холостого хода от заданного значения в задании:

,

4.3 Расчет тока холостого хода

Удельные намагничивающие мощности для стали марки 3404:

Тл,;

Тл,;

Тл

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев, изготовленной из холоднокатаной стали намагничивающая мощность холостого хода определяются по формуле:

где - коэффициент, учитывающий форму ярма, при числе ступеней в ярме равном или близком к числу ступеней в стержне принимается 1,00;

- коэффициент, учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке, принимаем 1,05;

- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова, принимаем 1,04;

- коэффициент, учитывающий срезку заусенцев, принимается равным 1,01;

- коэффициент, учитывающий резку пластин, при отсутствии отжига принимается 1,49;

- коэффициент равен 42,45;

- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а2 для холоднокатаной стали равен 1,25.

Относительное значение тока холостого хода в процентах

.

Активная составляющая тока холостого хода, вызванная потерями холостого хода

%.

Реактивная составляющая тока холостого хода

%.

Отклонение посчитанного значения тока холостого хода от заданного значения в задании.

5. Тепловой расчет трансформатора

5.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры является перепадом в изоляции одного провода и определяется по формуле как элементарный перепад для теплового потока постоянной величины:

,

где - толщина изоляции провода на одну сторону, равна 0,225·10-3 м;

- теплопроводность материала изоляции витков, равная 0,17 ;

- плотность теплового потока на поверхности обмотки.

Обмотка НН:

.

Обмотка ВН

.

Перепад температуры на поверхности обмоток:

Обмотка НН:

.

Обмотка ВН

.

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу

Обмотка НН:

.

Обмотка ВН

.

5.2 Тепловой расчет бака

В соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с навесными радиаторами с гнутыми трубами.

Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

Минимальная ширина бака трансформатора определяется по формуле:

,

где - размеры, показанные на рис. 19.

- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки; .

- расстояние от прессующей балки ярма до отвода с .

- изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН; кВ.

- изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака; кВ.

- размер неизолированного отвода НН (шины).

- диаметр изолированного отвода обмотки ВН при классах напряжения 10 и 35 кВ

,

принимаем = 0,64 м.

Длинна бака

,

Высота активной части

.

где - толщина подкладки под нижнее ярмо принимается раной 0,05м

Общая глубина бака:

м,

где - расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака принимается равным 0,16 м.

Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята

,

где и - минимальные расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака соответственно 0,085 и 0,1 м.

Допустимое среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН

.

Найденное среднее превышение температуры масла может быть допущено, т.к. превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае

,

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака и запас 2°С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

.

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака

м2,

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения

м2.

Поверхность конвекции составляется из:

? поверхности гладкого бака ;

? поверхности крышки бака:

где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.

Поверхность конвекции радиаторов

.

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки

.

Необходимое число радиаторов

.

Принимаем

.

Поверхность конвекции бака

Поверхность излучения принимаем

.

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы

.

Превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха

.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха

.

Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:

Обмотка НН:

.

Обмотка ВН

.

Превышения температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.

6. Определение массы масла ТР

Объём бака трансформатора

Объём активной части трансформатора

где - плотность активной части, принимает значение 5300 кг/м3.

Объём масла в баке определяется по формуле:

.

Масса масла в баке

.

Масса масла в радиаторах

Общая масса масла

.

Вывод

Список используемой литературы

1. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528с

2. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. - изд.2 М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959.

3. Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: «Энергоатомиздат», 1990. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru