Курсовая работа

Проектирование масляного трансформатора типа ТМН 2500/35

Задание

Спроектировать силовой трёхфазный трансформатор по следующим техническим данным:

1. Тип трансформатора 2500/35

2. Номинальная мощность S_н = 2500кВА

3. Число фаз m = 3

4. Частота сети F = 50 Гц

5. Высокое напряжение , кВ

6. Материал обмотки ВН - Алюминий

7. Низкое напряжение 6,3 кВ

8. Материал обмотки НН - Алюминий

9. Схема и группа соединений обмоток Y/Y-0

10. Способ охлаждения - масляное

11. Установка – наружная

12. Напряжение короткого замыкания U_к= 6.5%

13. Потери короткого замыкания P_к= 23.5 кВт

14. Ток холостого хода i_о=1%

15. Потери холостого хода P_х= 3.9 кВт

16. Способ регулирования напряжения – РПН

17. Класс изоляции – В

18. Характер нагрузки - длительная

Содержание

Введение

1. Устройство силовых трансформаторов

2. Расчет исходных данных

3. Расчёт основных коэффициентов

4. Определение основных размеров

5. Расчёт обмоток НН

6. Расчёт обмоток ВН

7. Расчёт параметров короткого замыкания

8. Расчёт магнитной системы трансформатора

9. Расчёт потерь холостого хода

10. Расчёт тока холостого хода

11. Тепловой расчёт обмоток

12. Тепловой расчёт бака

13. Определение массы масла

14. Описание конструкции трансформатора

Вывод

Литература

Спецификация

Введение

Трансформаторы – это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка–вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной–индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I₁ имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока I_Ом, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф₁ сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф₁ сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

1. Устройство силовых трансформаторов

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.

2. Расчёт исходных данных

Расчёт проводим для трёхфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.

Мощность одной фазы и одного стержня:

S_ф = S/m = 2500/3 =833.3 кВА

S’= S/c= 2500/3 =833.3 кВА

Где : m – число фаз,

с – число активных стержней трансформатора.

Номинальные (линейные) токи на сторонах:

ВН: I₂== = 41.2 А

НН: I₁= = = 229А

Фазные токи обмоток (звезда/звезда-0):

ВН: I_ф2 = I₂ = 41.2 А

НН: I_ф1 = I₁=229 А

Фазные напряжения обмоток:

ВН: U_ф2 = U_н2/= 35000/= 20207 В

НН: U_ф1 = U_н1/ =6300/=3637 В

Испытательное напряжение обмоток смотрим по таблице 4.1 :

ВН: U_исп.2 = 85 кВ

НН: U_исп.1 = 25 кВ

По таблице 5.8 выбираем тип обмоток:

Обмотка ВН при напряжении 35 кВ и токе 41.2 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.

Обмотка НН при напряжении 6.3 кВ и токе 229 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.

Определение исходных данных расчёта:

Мощность обмоток одного стержня:

S’= 833,3 кВА

Для испытательного напряжения обмотки ВН, U_исп.2 = 85 кВ по таблице 4.5 находим изоляционные расстояния:

a₁₂ = 2,7 см; l₀₂ = 7,5 см; a₂₂ = 3,0 см

l_ц2=5,0 см; δ₁₂=0.5 см δ₂₂=0.3 см δ_ш=0.2 см

Для обмотки НН, U_исп.1 = 25 кВ

a₀₁ = 15 мм; a_ц1 = 0,6 см;

l_ц1=2,5 см; δ₀₁=0.4 см

Ширина приведённого канала рассеивания:

a_p = a₁₂ + (a₁ +a₂)/3

(a₁ +a₂)/3 = K, где K=1.25 (из табл. 3.3),

(a₁ +a₂)/3 =1.25 =3.4 см

а_р = а₁₂ + (a₁+a₂)/3 =3 + 3.4 = 6.4см

Коэффициент приведения реального поля рассеяния к идеальному принимаем:

K_р=0.95

Частота: f=50 Гц

Активная составляющая напряжения короткого замыкания (по 3-9 ):

U_а = P_к/10S = 23500/10´2500 = 0.94%

Реактивная составляющая:

U_р= = = 6,43 %

Согласно параграфу 2.2 выбираем плоскую трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис.1.

Рис. 1 Схема плоской магнитной системы трансформатора.

По таб.2.1 выбираем ориентировачный диаметр стержня d=26-28 см.

Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм стальными балками. Материал магнитной системы – холоднакатанная текстурованная рулонная сталь марки 3404толщиной 0.35 мм.

Индукция в стержне В_с = 1.63Тл. В сечении стержня 8 ступеней, коэффициент заполнения круга К_кр = 0.929, изоляция пластин – жаростойкое изоляционное покрытие плюс однократная лакировка, К_з = 0.97(по таб.2.6), коэффициент заполнения сталью

k_c =К_кр ´ К_з = 0.929 ´ 0.97 = 0.9.

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 6, коэффициент усиления ярма k_я = 1.03 индукция в ярме:

В_я = В_с/К_я = 1.63/1.03= 1.57 Тл

Число зазоров магнитной системы на косом стыке = 4, на прямом = 3.

Индукция в зазоре

на прямом стыке:

В_з^`` = В_с = 1.63 Тл

на косом стыке:

В_з^` = В_с/= 1.63/ = 1.14 Тл

Удельные потери в стали р_с = 1.353 Вт/кг; р_я = 1.242 Вт/кг.

Удельная намагничивающая мощность q_c = 1.956 ВА/кг, q_я = 1.66 ВА/кг,

Для зазоров прямых стыков q^``_з =2.5 ВА/см²,

для зазора косых стыков q^`_p = 0.32 ВА/см² .

По таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, к_д =0.9 и по таблице 3.4 и 3.5 находим постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток

a = 1.40´1.06=1.484

b = 0.28´1.25=0.36

Принимаем К_р £ 0.95.

Диапазон изменения b от 1.2 до3.0 (по таб.12.1)

3. Расчёт основных коэффициентов

По (3-30) находим:

А = 16 = 16 = 0.259

По (3-35):

A₁=кг

По (3-36):

A₂=кг

По (3-43):

кг

l=0.411 для ярма с многоступенчатой формой поперечного сечения.

По (3-44):

кг

По (3-52) для частоты 50 Гц:

K₀=1.2´10²

С₁ = K₀ ==538 кг

По (3-65):

МПа

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением (3-55):

по таблице (3-7) – K_oc=2.65; K_пр=1.13 (для алюминиевого провода)

Получим:

X⁵+BX⁴-CX-D=0; X⁵+0.194X⁴-0.5X-1.1=0

Решением этого уравнения является: β=134

Находим предельные значения β по допустимым значениям плотности тока Δ и растягивающим механическим напряжением σ_р:

По (3-61¹):

По (3-66):

Масса одного угла магнитной системы:

По (3-45¹):

Активное сечение стержня:

По (3-59):

Площадь зазора на прямом стыке:

на косом стыке:

Потери холостого хода по формуле (8-32):

где: К_пд=1.15 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)

К_уп=10.18 (по таблице 8-6)

К_ф=2(с-1)=2(3-1)=4 (для трехфазного трансформатора)

Намагничивающая мощность по формуле (8-44):

где: k_тд^’k_тд^”=1.2 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)

k_тд^’=1.07

k_у=42.45

Предварительный расчет трансформатора ТМ-2500/35 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.

β	1.34	1.2	1.8	2.4	3.0
	1.076	1.047	1.16	1.245	1.31
	1.157	1.096	1.342	1.55	1.734
	1.246	1.147	1.55	1.93	2.29
A1/x=1303/x	1211	1243	1123	1047	987.1
A2x2=163x2	188.6	179	219	252	283
Gc=A1/x+A2x2	1399.6	1422	1342	1299	1270
B1x3=865.8x3	1078.78	994	1350	1671	1983
B2x2=89.5x2	103.3	98

120

139

155

G_я=B₁x³+B₂x²

1182.23

1092

1470

1810

2138

G_ст=G_c+G_z

2581.9

2514

2812

3109

3408

G_у=79.2x³

98.68

91.9

123

152.8

181

1.55G_c

2169.38

2204

2080

2013

1968

1.428G_Я

1688.3

1559

2099

2584

3053

6.47G_у

638.4

588

796

958.9

1171

P_x=1.49G_c+1.39G_я+7.29G_у

4495.8

4351

4975

5586

6192

П_c=470x²

540

520

630

730

800

2.35G_c

3284

3342

3154

3053

2984

2.14G_я

2530.2

2337

3146

3873

4575

106G_у

1046

9635

13038

16197

19186

4676x²

5410

5125

6284

7248

8108

Q_x

21689.2

20439

25622

30371

31869

I_0р=Q_x/10S, %

0.87

0.8

1.025

1.2

1.27

G₀=C₁/x²=538/x²

465

491

400

347

310

1.1´G₀

479

506

412

357

319

1.1´1.03G₀=G_пр

	526.9	573	467	404	361
kocGпр=2.36Gпр	1243	1352	1102	953	852
Cач’=kocGпр+Gст	3825	3866	3914	4062	4260
	1.89	1.838	2.04	2.2	2.3
	12.77	11.8	16	19.8	23.5
d=Ax=25.9x	0.278	0.27	0.3	0.32	0.34
d12=ad=1.484d	0.411	0.4	0.444	0.47	0.5
	0.96	1.05	0.77	0.615	0.52
C=d12+a12+2a2+a22	0.57	0.557	0.612	0.645	0.682b

Где: а₁₂=2.7 см, а₂₂=3.0 см, по таблице 3-5 а₂=(b*d)/2=(0.25*1.25*d)/2=0.156d

K=12.75 – постоянный коэффициент зависящий от удельного электрического сопротивления и плотности металла обмоток.

4. Определение основных размеров

По полученным результатам выбираем диаметр стержня d=28 см при β=1.32

Для выбранных d и β:

x=1.32; x²=1.145; x³=1.225

Диаметр стержня:

d = Ax =25.9´1.07=26.6=28 см

Активное сечение стержня:

П_с = 470´x² = 438 см².

Средний диаметр обмоток:

d₁₂ = 1.48´d = 1.48´27.7 =0.41 cм.

Высота обмоток:

l = pd₁₂/b = 3.14´41/1.32 = 97.5 cм

Высота стержня:

l_c = l+2l₀ =97.5+2´7.5 = 112.5 cм

Расстояние между осями стержней:

С = d₁₂+a₁₂+bd+a₂₂ = 41+3+0.36´27.7+3 = 57 cм

ЭДС одного витка

u_в = 4.44fП_СВ_С´10^-4 = 4.44´50´1.63´540´10^-4 = 19.54 в

Масса стали

G_ст=2567 кг

Масса металла обмоток

G₀=469 кг

Масса провода

G_пр=531 кг

Плотность тока

Δ=1.88´10⁶ A/м²

Механическое напряжение в обмотках

σ_р=12.55 Мпа

Потери и ток ХХ

P_x=4400 вт i₀=0.85%

5. Расчёт обмоток НН

Число витков обмотки НН:

.1 витков

Потери х.х. для выбранного варианта 0.280 м оказались выше. Для их уменьшения примем ω₁´=187 витков. С той же целью уменьшим высоту обмоток. До 960 мм и соответственно длину и массу стержня.

ЭДС одного витка U_в = U_ф1/w₁ = 3637/187 = 19.45 В

Действительная индукция в стержне:

Тл

Средняя плотность тока:

Δ_ср = 0.463k_дP_кU_в/(Sd₁₂ )= 0.463´0.9´23500´19.45/2500´41 = 1.86 А/мм²

Сечение витка ориентировочно:

П₁^’ = I₁/ Δ_ср = 229/1.86= 123.1мм²

По таблице 5.8 по мощности 2500 кВА, току обмотки одного стержня 299 А, сечению витка 123.1 мм² и плотности тока 1.86 А/мм² – выбираем конструкцию цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного провода.

Находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м²:

мм

где: к_з=0.8

По таблице (5-3) выбираем следующий провод:

АПБ´3´

Полное сечение витка:

П₁ =n_в1П₁^’= 3´41.6 =124.8 мм²

Полученная плотность тока:

Δ₁ = I₁/П₁ = 229/124,8=1.83 А/мм²

Число витков в одном слое:

витков

Обмотка НН наматывается в два слоя – внутренний - 95 витков и внешний - 92 витка. Введу того, обмотка содержит 3 провода возникает необходимость в транспозиции, т.к. сопротивления каждого провода должны быть одинаковыми. Транспозицию применяем на каждых 1/3 длины.

Общий суммарный радиальный размер металла 4.25´2´3=25.5 > b₁ => обмотку делим на две катушки – внутренняя 95 витков и внешняя 92 витка и между ними.

Добавочные потери меньше 5%.

Напряжение двух слоев обмотки:

в

Междуслойная изоляция по таблице (4-7) - 6´0.12. Шесть слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.

Осевой охлаждающий канал a₁₁=0.01´l=0.01´0.98=0.01 м

Радиальный размер обмотки без экрана:

см

Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.

Радиальный размер с экраном

a_1экр=a₁+0.3 = 3.929+0.3 = 4.25 см

Внутренний диаметр:

см

Наружный диаметр:

см

Принимаем бакелитовый цилиндр Ø

Плотность теплового потока на поверхности обмотки (по 7-17^’):

вт/мм²

Масса метала обмотки НН по (7-7) :

G₀₁ = cD_срw₁П₁´10^-5 = 3´187´123.1´2700´10^-6 = 186.5 кг

Масса провода в изоляции по таблице (5-5):

G _пр1 = 1.025 ´1.03 ´186.5´3 = 591 кг

6. Расчёт обмотки ВН

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении (по 6-27):

w_H=w₁ = 187× = 1039 витков

Число витков на одной ступени регулирования:

w_р = = 26 витков

38500	1039+4´26=1143
37625	1039+3´26=1117
36750	1039+2´26=1091
35875	1039+1´26=1065
35000	1039
34125	1039-1´26=1013
33250	1039-2´26=987
32375	1039-3´26=961
31500	1039-4´26=935

Ориентировочная плотность тока:

= 1.89 А/мм²

Ориентировочное сечение витка

П`₂ » = 21.7 мм²

По формуле (5-7) находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м

см

Выбираем провод по таблице (5-3):

АПБ×1× сечением П₂ = 21.9 мм²

Плотность тока в обмотке:

А/мм².

Число витков в одном слое:

витков

( 7 слоев по 117 витков, 2 слоя по 104 витков и 1 слой по 116 витков)

Обмотка разделяется на 2 катушки – внутреннюю В₂ с 5 слоями и наружную Г₂ с 4 слоями. Между катушками В₂ и Г₂ осевой масляный канал шириной 1 см. Под внутренним слоем обмотки располагается электрический экран – аллюминиевый незамкнутый цилиндр толщиной 0.5 мм.

Напряжение двух слоев обмотки:

в

Междуслойная изоляция по таблице (4-7) – 8 слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.

Радиальный размер обмотки без экрана:

см

Радиальный размер обмотки с экраном:

см

Внутренний диаметр обмотки (для расчета массы провода) по внутреннему слою проводов ( по 6-58):

см

Наружный диаметр обмотки без экрана ( по 6-59):

см

Расстояние между осями стержней

С = 54.4 + 3.0 = 58 см

По испытательному напряжению обмотки ВН U_исп1=85 кв (по таблице 4-5)

a₁₂^´ = 3.0 см; l₀₂ = 7,5 см; a₂₂^´ = 3,0 см

l_ц2=5,0 см; δ₁₂^´=0.5 см δ₂₂^´=0.3 см

Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.

Поверхность охлаждения обмотки ( по 6-61):

м²

к=0.8.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

вт/м²

Масса металла обмотки ВН:

G₀₂ = 8.47´c´D_ср´w₁´П´10^-5= 8.47´3´(44+54,4)/2´1143´2,17´10^-5 = 310 кг

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией ( по таблице 5-5):

G_{пр 2} = 1.025´1.03´310 = 327 кг

Масса металла обмоток НН и ВН:

G_о = G_о1 + Gо₂ = 310+186,5 = 496 кг

Масса провода двух обмоток:

G_пр = G_пр1 + G_пр2 = 591+310 = 901кг

7. Расчёт параметров короткого замыкания

Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установленной в одной из обмоток тока, соответствующего его номинальной мощности при замкнутой накоротко второй обмотки.

Потери короткого замыкания согласно § 7.1 :

Основные потери в обмотках :

Обмотка НН: вт

Обмотка ВН: вт

Добавочные потери в обмотке:

Обмотка НН (по 7-15^’):

K_p=0.95

Обмотка ВН (по 7-15):

Основные потери в отводах рассчитываются следующим образом:

Для схемы соединения звезда отводы ВН и НН имеют одинаковую длину.

Длина отводов определяется приближённо по (7-21) :

l_отв = 7.5´l = 7.5´98 = 735 см

Масса отводов НН: (при плотности меди отводов g = 2700 кг/м³)

G_отв.1 = l_отв.´П₁´ g´10^-8 = 735´124,8´10^-8´2700 = 2,47 кг

Потери в отводах НН по (7-24):

(при k = 12.75)

Р_отв.1 = k´Δ₁²´G_отв.1 = 12.75´1,83²´2,47 = 105,46 Вт

Масса отводов ВН: (при плотности меди отводов g = 2700 кг/м³)

G_отв.2 = l_отв.´П₂´ g = 735´21,9´10^-8´2700 = 0,435 кг

Потери в отводах ВН:

(при k = 12.75)

Р_отв.2 = k´ Δ ₂²´G_отв.2 = 12.75´1,89²´0, 435 = 19.8 Вт

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближённо, по (7-25) и таблице (7-1):

Р_б = 10kS = 10´0,031´2500 = 775 Вт

к=0.031

Полные потери короткого замыкания:

Р_к = Р_осн.1´k_д1 + Р_осн.2´k_д2 + Р_отв.1 + Р_отв.2 + Р_б =

=7963´1.03+14119´1.02+105.46+19.8+775 = 23504Вт

%

Напряжение короткого замыкания рассчитывается согласно параграфу 7.2 :

Активная составляющая:

u_а = = = 0.91 %

Реактивная составляющая:

где: f = 50 Гц, S`= 833.3 кВА,

см

%

Напряжение короткого замыкания:

u_к = %

или 6,6´100/6,5 = 101 % заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН :

А

S_k = 2500´10³

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

i_к.max = 1,41k_max ´I_к.у. = 2.33´614.9 = 1432.7 А

1.41k_max = 2.33 по таблице 7.3 стр 330.

Радиальная сила :

F_p = 0.628 ´ (i_к.max ´ w)² ´ b ´ k_p ´ 10^-6 = 0.628´(1432.7´1039)²´1.31´0.96´ ´10^-6 =1750023 Н

Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН:

Па (82% допустимого σ_рд=15Мпа)

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН:

Осевые силы:

H

где

% (по таблице 7-4)

a₀ = a₁₂ + a₁ + a₂ = 0.03 + 0.0405 + 0.0495 = 0.12

k=k₀₁×Δ₀₁=0.189+1.53=0.29

Наибольшая осевая сила в середине обмотки НН

МПа

Температура обмотки через t_к = 5 сек. после возникновения короткого замыкания по (7,54^’) :

° С

По таблице (7-5) допустимая температура 200 °С

8. Расчёт магнитной системы трансформатора

Определение размеров магнитной системы и массы стали по параграфу 8-1.

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки Э330А,0,35 мм по рис 4.

Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице (8-1б) для стержня диаметром 28 см без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня 8, в сечении ярма 6.

Размеры пакетов в одной половине сечения стержня при 8 ступенях

Номер пакета	Ширина пакета, см	Толщина пакета, см	Площадь сечения, см2
1	27.0	3.7	99.9
2	25.0	2.6	65.0
3	23.0	1.7	39.1
4	21.5	0.9	19.35
5	19.5	1.1	21.45
6	17.5	0.9	15.75
7	13.5	1.3	17.55
8	10.5	0.7	7.35

Полное сечение стержня по пакетам: П_ф.с = 570.9 см²;

Активное сечение: П_с = k_з´П_ф.с = 0.97´570.9 = 553.3 см²

Размеры пакетов ярма по таблице (8-1б):

Номер пакета	Ширина пакета, см	Толщина пакета, см	Площадь сечения, см2
1	27.0

	3.7	99.9
2	25.0	2.6	65.0
3	23.0	1.7	39.1
4	21.5	0.9	19.35
5	19.5	1.1	21.45
6	17.5	0.9	15.75

Полное сечение ярма по пакетам по таблице (8-2): П_ф.я = 591.1 см²;

Активное сечение ярма:

П_я = k_з´П_ф.я = 0,97´591.1 = 57.3 см²

Длина стержня по таблице (4-5):

l_с = l+2l₀₂=98+2´7.5 = 113 см

Расстояние между осями соседних стержней:

С = D₂`` + a₂₂ =54.4+3.0 = 58 см

Масса стали в ярмах магнитной системы рассчитываем по (8-11)–(8-13)-(8-15):

G_я = G_я` + G_я`` = 2П_я´2Cγ_ст+2G_y = 2´0,0573´2´7650´0,58+2´101,7 = 1220 кг

где с=3 – число активных стержней.

=7650 кг/м³ – плотность холоднокатанной стали.

Масса стали угла магнитной системы

кг

Масса стали в стержнях магнитной системы рассчитываем по (8-16)–(8-18):

G_с = G_с` + G_с`` = 1434 + 37,5 = 1471,5 кг

Где:

G_с` = с´l_с´П_с´g_ст´10^-6 = 3´113´553´7650´10^-6 = 1434 кг

G_с``= с´(П_с´а_1я´g_ст´10^-6 – G_у) = 3 (553´27´7650´10^-6 – 101,7) = 37,5 кг

Общая масса стали:

G_ст = G_я + G_с = 1471,5 + 1220 = 2691 кг

9. Расчёт потерь холостого хода

Расчёт потерь холостого хода производим по параграфу 8.2

Индукция в стержне:

В_с = = =1.584 Тл.

Индукция в ярме:

В_я = = =1.529 Тл

Индукция на косом стыке

В_кос. = = = 1.12 Тл

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по таблице (8-4):

При В_с = 1.584 Тл, р_с = 1,252 Вт/кг; р_зс = 0.0964 Вт/см²

При В_я = 1.529 Тл, р_я = 1,137 Вт/кг; р_зя = 0.0879 Вт/см²

При В_кос. = 1.12 Тл, р_кос = 4,37 Вт/кг

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 для определения потерь применим выражение (8-31):

k_п.р. = 1,05; k _п.з. = 1,02;_. k _п.я. = 1,00; k _п.п. = 1.03; k _п.ш. = 1.06

k _пу = 10,18

k _ф = 2(с-1)=4

Тогда потери холостого хода:

вт

что на % выше заданного значения.

10. Расчёт тока холостого хода

Расчёт тока холостого хода производим по параграфу 8.3.

По таблице (8-11) находим удельные намагничивающие мощности:

При В_с = 1.584 Тл, q_с = 1.61 ВA/кг; q_зс = 21150ВA/м²

При В_я = 1.529Тл, q_я = 1.4 ВA/кг; q_зя = 18000 Вт/м²

При В_кос. = 1.12 Тл, q_кос = 2800 ВА/кг

9.1. Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем (8-43), в котором по параграфу 8.3 принимаем коэффициенты:

k_т.р. = 1.18; k _т.з. = 1.0; k _т.я. = 1; k _т.п. = 1.33;

k _т.ш. = 1.06. k _т.у = 42.41 k _т.п = 1.05

вт

Ток холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода:

i_0а = = 0.18 %

Реактивная составляющая тока холостого хода:

i_0р = =0.78 %

Ток холостого хода: i₀ = 0.8%

что на % ниже заданного значения.

КПД трансформатора: %

11. Тепловой расчёт обмоток

Поверочный тепловой расчёт обмоток

Потери в единице объёма обмотки НН

Вт/м²

где а = 4.25 мм, b΄ = 10.5мм, δ_мс = 0.12×10^-3 м, b=10.00 мм, a΄ = 4.75мм

Средняя теплопроводность обмотки НН

, где

Полный внутренний период

˚С

Средний внутренний период

˚С

Потери в единице объёма обмотки ВН

Вт/м³

Средняя теплопроводность обмотки ВН

,

Полный перепад температуры в обмотке ВН

˚С

Средний внутренний перепад

˚С

Перепад температуры на поверхности обмоток

обмотка НН : ˚С

обмотка ВН : : ˚С

плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН

Вт/м²

Превышения средней температуры обмоток над температурой масла

обмотка НН : : ˚С

обмотка ВН : : ˚С

12. Тепловой расчёт бака

Тепловой расчёт бака проводится согласно параграфу 9.6.

По таблице (9-4), в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию

S = 2500 кВА, выбираем конструкцию волнистого бака.

Минимальные внутренние размеры бака – по рис. 5, (а) и (б).

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.

По таблице 4-11:

S₁ = 40 мм, S₂ = 44 мм, S₃ = 25 мм, S₄ = 90 мм, d₁ = 15мм, d₂ = 30 мм

11.2. Минимальная ширина бака по рис.5 (а) и (б):

В = D₂``+(S₁ + S₂ + d₂ + S₃ + S₄ + d₁) =0.544+(40+44+30+25+90+15) = 790 мм

где изоляционные расстояния:

S₁ = 40 мм (для отвода U_исп=85 кв, покрытие 0.4 см – расстояние от стенки бака)

S₂ =44 мм (для отвода U_исп=85 кв, покрытие 0.4 см – расстояние до прессующей балки)

S₃ = 25 мм (для отвода U_исп=25 кв, без покрытия – расстояние до стенки бака)

S₂ = 90 мм(для отвода U_исп=25 кв, без покрытия – расстояние до прессующей балки)

Принимаем В = 92 см, при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Длина бака:

А = 2С+ B= 2´0.58+0.79 = 1950 мм.

Глубина бака:

Н_б = Н_а.ч+ Н_я.к. = 1.72+0.4= 2.12м.

Высота активной части:

Н_а.ч. = l_с + 2h_я + n = 980+2´270+50 = 1.72м.

где n = 50 мм – толщина бруска между дном бака и нижним ярмом

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака:

Н_я.к. = 400 мм.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха:

по (9-32)

Q_м.в = 65-Q_о.м.ср. = 65-23.4» 41.6° С

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры в этом случае

Θ _м,в,в=1.2×Θ _м,в=1.2×41.6=49.9<60°С

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака Θ=7°С и запас 4°С находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

° С

Высота волны

Н_в=2120 – 100 = 2020 мм

11.7. Поверхность излучения с волнами

м²

Поверхность излучения гладкой стенки

м²

м²

Шаг волны

м

Число волн

волны

Развёрнутая длина волны

м

Поверхность конвекции стенки

, м²

м²

Полная поверхность излучения бака

м²

м²

м²

Полная поверхность конвекции бака

м²

Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающёго воздуха

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха

°С

Превышение температуры масла над температурой стенки

°С

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха

°С

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха

обмотка НН: °С < 65°С

обмотка ВН: °С < 65°С

Превышение температуры масла в верхних слоях

Θ_М,В,В =1.2×38.4 = 46.1 < 60 ˚C

Θ_0В < 60 ˚C

Лежат в пределах допустимого.

15. Определение массы масла

Объём бака

м³

Объём активной части

кг

кг

Объём масла в баке

м³, где γ=5000 кг/м³

Масса масла в баке

м³

Объем активной части:

кг

14. Описание конструкции трансформатора

Разработанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 2500/35 состоит из следующих основных компонентов:

1. Магнитная система. Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404, 0.35 мм.

2. Обмотки НН и ВН. Выбрана конструкция многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода.

3. Бак. Выбрана конструкция волнистого бака.

4. Стандартные изделия – вводы НН и ВН, газовое реле, выхлопная труба, термосифонный фильтр, РПН,

Трансформатор установлен на специальной тележке, при помощи которой его можно передвигать в нужном направлении. Перевозка трансформатора осуществляется в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах.

Вывод

Рассчитанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 2500/35 удовлетворяет основным государственным нормам и стандартам. В отличие от трансформатора серийного производства, данный трансформатор обладает следующими параметрами:

Разработанный трансформатор			Серийный трансформатор
Параметр	Значение	Отклонение, %	Параметр	Значение	Отклонение, %
Uk,%	6,6	1,5	Uk,%	6,5	±5
Pk,Вт	23540	-3	Pk,Вт	23500	+10
I0,%	0,8	-20	I0,%	1	+30
Рх,Вт	4396	+11	Рх,Вт	3900	+15

Литература

1. Тихомиров П.М. «Расчёт трансформаторов», издательство «Энергия» Москва, 1986 г.

2. Сергеенков Б.Н. «Электрические машины. Трансформаторы», издательство «Высшая школа», Москва, 1989 г.

3. Сапожников А.В. «Конструирование трансформаторов», государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1959 г.

4. Иванов-Смоленский А.В. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1980 г.

5. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. «Электрические машины» часть 1, издательство «Энергия», Ленинград, 1973 г.

6. Вольдек А.И. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1974 г.

7. Потишко А.В. «Справочник по инженерной графике», издательство «Будивельник», Киев, 1983 г.

8. Александров К.К. «Электротехнические чертежи и схемы», Энергоатомиздат, Москва 1990 г.

9. ГОСТ 16110-82 «Трансформаторы силовые. Термины и определения».

10. ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические требования».

11. ГОСТ 11920-85 «Трансформаторы силовые масленые общего назначения до 35 кВ включительно. Технические условия.»