КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Трансформатор ТМ 2500/35

ЗАДАНИЕ № 80 НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ТРАНСФОРМАТОРА

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора со следующими данными:

1 Тип трансформатора ТМ 2500/35

2 Число фаз3

3 Частота50 Гц

4 Номинальная мощность2500 кВ·А

5 Номинальное напряжение обмотки ВН35000 В

6 Номинальное напряжение обмотки НН3150 В

7 Схемы и группа соединения обмотокY/∆-11

8 Система охлаждения - естественное масляное.

9 Режим работы - длительная нагрузка.

10 Установка наружная

Параметры трансформатора

1 Потери холостого хода3900 Вт

2 Потери короткого замыкания23500 Вт

3 Напряжение короткого замыкания6,50 %

4 Ток холостого хода1,0 %

Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов: ГОСТ 11677-85; ГОСТ 12022-76; ГОСТ 11920-85.

Дополнительные условия

1 Сталь электротехническая марки 3404

2 Обмотка из алюминиевого провода

Содержание

Введение

1. Расчет основных электрических величин трансформатора

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

3. Расчет обмоток НН и ВН

3.1 Расчет обмоток НН

3.1.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки

3.2 Расчет обмоток ВН3

3.2.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания 19

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

5. Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора 28

6.2.1 Бак с навесными радиаторами

6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Список использованных источников

Введение

К силовым трансформаторам предъявляют жесткие технико-экономические требования вследствие их особой роли в процессе передачи электроэнергии. Экономичность трансформаторов в эксплуатации определяется потерями мощности холостого хода и короткого замыкания, регламентированными ГОСТ. Заданные потери можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; использовании современных магнитных, проводниковых и изоляционных материалов; грамотном выборе удельных нагрузок активных материалов.

В процессе проектирование трансформатора, выполнил электромагнитный и тепловой расчеты, разработал конструкцию по результатам расчета. Я ознакомился с методикой расчета, получил представление об основах инженерного проектирования силовых трансформаторов, изучил применяемые в трансформаторостроении материалы и их свойства. В процессе разработки конструкции, изучил систему охлаждения и очистки масла, приборов сигнализации, защиты и другие вспомогательные устройства масляных трансформаторов.

1 Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВ·А,

,

гдеSH – номинальная полная мощность, кВ·А;

т – число фаз трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформа-тора, А,

,

,

гдеUВH, UНH – номинальные линейные напряжение обмоток, кВ, SH в кВ·А.

Фазные токи, А, напряжения, кВ, для обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в "треугольник",

,.

"звезду",

,,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

,

гдеPK – потери короткого замыкания, Вт;

SH – номинальная полная мощность трансформатора, кВ·А.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания при заданном uk, %,

.

Таблица 1.1 – Испытательные напряжения для силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ	3	35
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	40,5
Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп, кВ	18,0	85,0

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35 и коэффициентом заполнения стали kЗ = 0,97.

План шихтовки магнитопровода указан на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Схема шихтовки магнитопровода

Рисунок 2.2 – Основные размеры трансформатора, мм

По таблице 2.1 определяем число ступеней и коэффициент заполнения сталью kКР.

Таблица 2.1 – Диаметр, число ступеней и коэффициент заполнения стержня

Мощность трансформатора SH, кВ·А

	Ориентировочный диаметр стержня d, м	Без прессующей пластины
		Число ступеней	kКР
2500	0,28	9	0,929

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня,

.

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора, Тл,

ВС = 1,60.

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

Для обмотки трансформатора используем провод марки АПБ, изолированный лентами кабельной бумаги класса нагревостойкости А (105 ºС).

В соответствии с номинальной мощностью, напряжением и током одного стержня выбрали тип обмотки НН и ВН, написанного в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Тип и основные свойства обмоток

Сторона			НН	ВН
Тип обмотки			Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения	Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения
Основные достоинства			Высокая электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение.	Высокая электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение.
Основные недостатки			Необходимость перекладки половины катушек при намотке.	Необходимость перекладки половины катушек при намотке.
Материал обмотки			Алюминий	Алюминий
Пределы	По мощности тран-ра SH, кВ·А		От 100	От 100
	По току на стержень I, А		От 10-13 и выше	От 10-13 и выше
	По напряжению U, кВ		От 3 до 220	От 3 до 220
	По сечению витка П, мм2		От 6,39 и выше	От 6,39 и выше
Число параллельных проводов		от	1	1
		до	3-5	3-5

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

Рисунок 2.3 – Главная изоляция обмоток ВН и НН

Таблица 2.3 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение ВН Uисп, кВ	ВН от ярма, мм		Между ВН и НН, мм		Выступ цилиндра lЦ2, мм	Между ВН и ВН, мм
		l02	δш	а12	δ12		а22	δ22
2500	85	75	2	30	5	50	30	3

Таблица 2.4 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение НН Uисп, кВ	НН от ярма l01, мм	НН от стержня, мм
			δ01	аЦ1	а01	lЦ1
2500	25	75	4	8	17,5	25

Толщина нормальной витковой изоляции провода прямоугольного сечения марки АПБ при испытательном напряжении Uисп = 5 – 85 кВ 2δ = 0,45 (0,5) мм.

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

.

Здесь а12 – изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН определяются по таблице 2.3 для испытательного напряжения обмотки ВН; второе слагаемое – суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН, мм,

,

гдеS / – мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

k – коэффициент, принятый за 0,62,

.

Коэффициент β – отношение средней длины окружности канала между обмотками π·d12 к высоте обмотки l (рисунок 2.2),

.

Диаметр стержня предварительно, м,

.

Здесь S / – мощность трансформатора на один стержень, кВ·А; аP – ширина приведенного канала, мм; коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному kP = 0,95; частота сети f = 50 Гц ; иP – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; ВC – индукция в стержне, Тл; kC – коэффициент заполнения сталью площади круга.

Ближайший нормализованный диаметр dH = 0,29 м.

Определяем коэффициент βH, соответствующий выбранному диаметру dH ,

.

βH находится в допустимых пределах.

Средний диаметр канала между обмотками предварительно, м,

.

Здесь диаметр dH в м; а01 и а02 – минимальные изоляционные промежутки (рисунок 2.3) по таблицам 2.4 и 2.3 соответственно в мм; радиальный размер обмотки НН (рисунок 2.3) предварительно, мм,

.

Здесь S / в кВ·А; коэффициент k = 0,62; коэффициент k1=1,4.

Высота обмоток предварительно, м,

.

Активное сечение стержня (чистое сечение стали), м2,

.

3. Расчет обмоток НН и ВН

Электродвижущая сила одного витка, В,

.

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм2,

.

Здесь коэффициент С1 = 0,463 для обмоток из алюминиевого провода; kД – коэффициент, учитывающий добавочные потери (0,93); РK – потери короткого замыкания, Вт; иВ – напряжение одного, В; SH – номинальная мощность трансформатора, кВ·А; d12 в м;

Значение JCP=1,922 находится в пределах 1,5 – 2,6 А/мм2.

Ориентировочное сечение витка обмотки, мм2,

,

3.1 Расчет обмоток НН

Число витков одной фазы обмотки НН,

.

Здесь UФ1 – номинальное фазное напряжение обмотки НН, В; f – частота напряжения сети, равная 50 Гц; BC – индукция в стержне в Тл; ПC – площадь сечения стержня в м2.

Полученное значение w1 округляют до ближайшего целого числа, находят напряжение (ЭДС) одного витка, В,

,

и действительную индукцию в стержне, Тл,

.

3.1.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки

По ориентировочному сечению витка П1 и сортаменту провода выбираем провод подходящего сечения или три одинаковых параллельных провода. Размер провода b, мм, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения, мм,

.

гдеkЗ – коэффициент закрытия поверхности, примерно равный 1,0; q – предельная плотность теплового потока не более 1600 Вт/м2; k – числовой коэффициент; Jср – плотность тока в обмотке, А/мм.

Размеры провода, мм,

АПБ.

Полное сечение витка из nB1 параллельных проводов, мм2,

,

гдеППР – сечение одного провода, мм2;

Реальная плотность тока в обмотке НН, А/мм2,

.

Высота катушки в этой обмотке, мм,

.

Число катушек на одном стержне для обмотки с каналами между всеми катушками ориентировочно

.

Здесь осевой размер (высота) канала hK = 4 мм; Значение nкат1 округляют до целого числа.

Число витков в катушке

Высота (осевой размер) l1, м, обмотки: с каналами между всеми катушками

Здесь b/ – размер провода в изоляции, мм; коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 0,95.

Высота l1 обмотки НН не отличается более чем на 5% от предварительно рассчитанной величины l.

Радиальный размер обмотки, мм,

.

Здесь а/ – размер провода в изоляции, мм; wкат1 – число витков катушки (В), дополненное до ближайшего целого числа; nв1 – число параллельных проводов в витке.

Внутренний диаметр обмотки, м,

,

гдеdН – нормализованный диаметр стержня в м;

а01 – ширина канала между обмоткой и стержнем в мм.

Наружный диаметр обмотки, м,

Поверхность охлаждения, м2, определяют по формуле

Плотность теплового потока, Вт/м2,

.

Полученное значение не превышает 1100 Вт/м.

3.2 Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

Число витков ВН при номинальном напряжении,

.

Число витков на одной ступени регулирования,

.

Предварительно плотность тока в обмотке ВН, А/мм2,

.

Сечение витка обмотки ВН, мм2,

.

3.2.1 Расчет непрерывно катушечной обмотки

Рисунок 3.2 – Устройство обмоток из провода прямоугольного сечения

По ориентировочному сечению витка П2 и сортаменту провода выбирают провод подходящего сечения или два одинаковых параллельных провода. Размер провода b, мм, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения, мм,

.

kЗ – коэффициент закрытия поверхности, примерно равный 1,0; q – предельная плотность теплового потока не более 1600 Вт/м2; k – числовой коэффициент; k = 17,2 для алюминиевого провода; J2 – плотность тока в обмотке, А/мм.

Размеры провода, мм,

АПБ.

Полное сечение витка из nB1 параллельных проводов, мм2,

,

где ППР – сечение одного провода, мм2;

Реальная плотность тока в обмотке НН, А/мм2,

.

Высота катушки в этой обмотке, мм,

.

Число катушек на одном стержне для сдвоенных катушек с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками

.

Здесь осевой размер (высота) канала hK = 4 мм; толщина заменяющих канал шайб δш = 2,0 мм. Значение nкат2 округляют до ближайшего четного числа.

Число витков в катушке

.

В данном случае wр ≥ wкат, то число регулировочных катушек 8, а число витков в каждой из них принимаем равным 0,5∙wр.

Реальное число витков в основных катушках обмотки (типа В)

.

Высота (осевой размер) l1, м, обмотки: с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками

Здесь b/ – размер провода в изоляции, мм; коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 0,95; hкр – высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных катушек, равная 8, 10, 12 мм для обмоток классов напряжения 6, 10, 35 (20) кВ; толщина шайб δш = 2,0 мм.

Высота l2 ВН не отличается более чем на 5 мм от рассчитанной величины l1.

Радиальный размер обмотки, мм,

.

Здесь а/ – размер провода в изоляции, мм; wосн2 – число витков катушки (В), дополненное до ближайшего целого числа; nв2 – число параллельных проводов в витке.

Внутренний диаметр обмотки, м,

.

Здесь D// – наружный диаметр обмотки НН в м; а12 – минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН, мм.

Наружный диаметр обмотки, м, без экрана,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м2, обмотки,

.

Здесь коэффициент k = 17,2; J2 – реальная плотность тока в обмотке ВН в А/мм2; IФ2 – фазный ток обмотки ВН в А; wосн – число витков в основных катушках; kД – коэффициент, учитывающий добавочные потери (kД = 1,05); kЗ – коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (kЗ =0,75); b' – размер провода в изоляции в мм; а2 – радиальный размер обмотки в мм.

Полученное значение q не превышает 1100 Вт/м2.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр, м, обмоток НН и ВН соответственно:

,

.

Масса металла, кг, обмоток НН и ВН соответственно:

,

,

гдеk = 25,4 для алюминиевого провода.

Основные потери, Вт, в обмотках НН и ВН соответственно:

,

,

гдеk = 12,75 для алюминиевого провода.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

Полная масса металла обмоток трансформатора, кг,

.

Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно:

,

.

Здесь bПР – размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм; т – число проводников в осевом направлении обмотки; l – высота обмотки, м; kP = 0,95 – коэффициент приведения поля рассеяния; т – число проводников в осевом направлении обмотки.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН,

,

.

Здесь коэффициент для проводов прямоугольного сечения из алюминия k = 0,037; аПР – размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении обмотки, мм; n – число проводников в радиальном направлении обмотки.

Общая длина отводов, м, для соединения обмоток в:

«треугольник»,

«звезду».

Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг:

,

.

Здесь длина отводов lОТВ в м; сечение ПОТВ в мм; плотность материала обмоток g = 2700 кг/м3 для алюминия.

Основные потери, Вт, соответственно в отводах НН и ВН:

,

.

Здесь k = 12,75 для алюминиевых проводов обмоток; плотности тока J1 и J2 в обмотках НН и ВН в А/мм2; масса отводов GОТВ1 и СОТВ2 в кг.

Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт,

,

Полные потери короткого замыкания, Вт,

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент,

гдеl – наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

d12 – средний диаметр канала между обмотками, м,

.

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

,

гдеа12 – ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

а1, а2 – радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток,

В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки расположены в середине высоты обмотки ВН

,

Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

Здесь размеры lx и ар в мм; m = 3; l1 – высота обмотки НН, м. kq находится в пределах от 1,01 до 1,06.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

Напряжение короткого замыкания, %,

Значение ик, не отличается от ик в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

,

.

В результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем обмоток (полем рассеяния) возникают электромагнитные силы, оказывающие механическое действие на обмотки.

В начальный момент короткого замыкания токи значительно превышают установившиеся значения за счет апериодической составляющей. Поэтому механические силы в обмотках в несколько раз превышают силы при установившемся токе короткого замыкания.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

,

,

гдеkM – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, Н,

Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, образует механические силы FOC / (рисунок 4.1), сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу FOC /, Н, определяют по формуле

.

Взаимное положение обтекаемых током частей обмоток	Случай F//oc >F/oc
	Обмотка 1	Обмотка 2

Рисунок 4.1 – Схемы сжимающих осевых сил для различных случаев взаимного положения обтекаемых током частей обмоток.

Дополнительная осевая сила F //OC, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

гдеD//2, – наружный диаметр обмотки ВН в м;

dH – нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S5 – расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке Fсж и действующее на ярмо силы Fя

,

,

,

,

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

,

.

Здесь п – число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 12; а – радиальный размер обмотки, мм; b – ширина опорной прокладки, 50 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать σСЖ.Р в алюминиевых более 15 МПа.

Температура обмотки через tК секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

.

Здесь tK – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k – коэффициент, равный 5,5 для алюминиевых проводов обмоток; иК – напряжение короткого замыкания, %; J – плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм2; θH – начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °С. θK ≤ 200 °С для алюминиевого провода обмоток.

5. Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

Таблица 5.1 – Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнито-проводов с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой (при d < 0,22 м) или бандажами из стеклоленты. Обозначения: d – диаметр стержня, аЯ – ширина крайнего наружного пакета ярма; nC и nЯ – число ступеней в сечениях стержня и ярма, kKP – коэффициент заполнения круга для стержней

d,м	Без прессующей пластины		Ярмо		Размеры пакетов a×b, мм, в стержне
	nC	kKP	nЯ	aЯ	1	2	3	4	5	6	7	8
0,29	8	0,927	6	175	280×37	260×27	235×21	210×15	180×13	165×6	145×6	115×8

Таблица 5.2 – Площади сечения стержня ПФС, ярма ПФЯ и объем угла VУ шихтованной магнитной системы без прессующей пластины

d, м	Без прессующей пластины
	ПФС, см2	ПФЯ, см2	VУ, см3
0,29	612,4	622,8	14858

Активное сечение стержня ПС и ярма ПЯ, м2,

,

.

Здесь площади сечений ПФС и ПФЯ в см2 по таблице 5.2; kЗ – коэффициент заполнения сталью (kЗ = 0,95).

Длина стержня трансформатора, м,

.

Здесь l2 – высота обмотки ВН, м; l0/, l0// – расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

Расстояние между осями соседних стержней, м,

.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,

,

гдеVУ – объем угла магнитной системы, см;

gУТ = 7650 кг/м3 – плотность трансформаторной стали.

Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг,

,

гдеС – расстояние между осями стержней, м; ПЯ – сечение ярма в м.

Масса стали стержней, кг,

Здесь ПС – активное сечение стержня, м; плотность трансформаторной стали gСТ = 7650 кг/м3; длина стержня lC в м; а1Я – ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а1С.

Полная масса магнитной системы трансформатора, кг,

.

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35.

Магнитная индукция в стержне ВС и ярме ВЯ,

,

.

Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт,

Здесь коэффициенты kПУ = 8,58 и kПД = 1,01; удельные потери в стержне рС и ярме рЯ [Вт/кг]; массы стержней GС, ярм GЯ и угла GУ магнитопровода в кг.

Полученное значение потерь холостого хода РХ не превышает заданного более чем на 3,9%.

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Активная составляющая тока холостого хода, %,

.

Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:

1 k/ТД – коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3404 с отжигом k/ТД =1,55.

2 k//ТД – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ·А k//ТД =1,07.

3 kТУ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы kТУ = 27,95.

4 kТПЛ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а2, kТПЛ = 2.

Полная намагничивающая мощность, кВ·А,

Здесь GC, GЯ, GУ – массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг; qC, qЯ – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; nЗПР = 0, пЗКОС = 6 – число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней;

Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора, м2, в стыке

,

индукция в стыке, Тл,

.

Реактивная составляющая тока холостого хода, %,

.

Полный ток холостого хода, %,

.

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.,

,

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С,

,

.

Здесь q – плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; δ – толщина изоляции провода на одну сторону, мм; λИЗ – теплопроводность изоляции провода, λИЗ = 0,17 Вт/(м·°С).

Средний внутренний перепад температуры обмотки, °С,

,

Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами, °С,

,

Здесь k1 – коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k1 = 1,1 для обмоток НН и k1 = 1,0 для обмоток ВН; k2 – коэффициент, учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла, °С,

,

.

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.

Рисунок 6.1 – Основные размеры бака, мм

S1 – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S2 от этого отвода до стенки бака, S1 = 50 мм;

d1 – диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 35 кВ включительно, d1 = 20 мм при мощностях до 10000 кВ·А;

S3 – изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S3 = 50 мм;

d2 – диаметр изолированного отвода обмотки НН, мм, равный d1 при напряжении обмотки НН 3,15 кВ и более, или размер неизолированного отвода НН (шины), d2 = 20 мм;

S4 – изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, S4 = 50 мм;

S5 – принимают равным S3 при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S5 = S3 + d2 + S4, S5 = 120 мм.

Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6, 10 и 35 кВ (рисунок 6.1), м,

гдеD2// – наружный диаметр обмотки ВН в м;

С – расстояние между осями стержней в м;

S1, S2, S3, S4, S5, d1, d2 – размеры по рисунку 6.1 в мм.

Высота активной части трансформатора, м,

.

Здесь lC – высота стержня магнитопровода, м; hЯ – высота ярма магнитной системы, равная ширине центрального пакета стали ярма а1Я, в м; n – толщина подкладки под нижнее ярмо, в мм (п = 30–50 мм).

Глубину бака, м, определяют по высоте активной части НАЧ и расстоянию НЯК от верхнего ярма до крышки бака (рисунок 6.1),

.

Здесь НАЧ – высота активной части трансформатора м; НЯК – минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, необходимое для установки и крепления вводов, переключателя регулирования напряжения, НЯК = 0,85 м.

Поверхность излучения для овального бака приближенно, м2,

Здесь А, В, Н – размеры бака по рисунку 6.1, м; k – коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 1,5 – 2,0 – для бака с навесными радиаторами.

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом должно быть не более, °С,

,

гдеθОМСР – большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Среднее превышение температуры бака над воздухом, °С,

.

Полученное значение удовлетворяет неравенству

°С, °С,55,543 °С ≤ 60 °С.

Предварительное значение поверхности конвекции бака, м2,

.

6.2.1 Бак с навесными радиаторами

В трансформаторах мощностью от 2500 до 63000 кВ·А используют двойные трубчатые радиаторы из четырех рядов труб круглого сечения по 16 труб в ряду.

Таблица 6.2 – Основные данные трубчатого радиатора

Размер А, м	Поверхность ПКТР, м2	Масса, кг
		стали	масла
Двойной радиатор
1,8	5,613	73,94	57

ПКК = 0,34 м2 – поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с1 и с2 соответственно 0,085 и 0,1 м.

При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства

,,

Определив размер А, выбираем радиатор по таблице 6.2 и определяем поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки, м2

,

гдеkФ – коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной, гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами (рисунок 6.2) kФ =1,26.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора, м2,

,

гдеПK/ – необходимая поверхность конвекции, м2;

ПКГЛ – поверхность конвекции гладкого бака, м2,

Здесь А, В, Н – размеры бака (рисунок 6.1), м, ПКР – поверхность крышки бака, м2; 0,5 – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.

Поверхность крышки, овального бака, м,

.

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов,

.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами, м2,

.

Поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м2,

6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, °С,

,

гдеРX, РK – потери холостого хода и короткого замыкания, Вт;

ПК, ПИ, – фактические поверхности конвекции и излучения, м2.

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака, °С,

.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С,

.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН, °С,

,

.

Превышения температуры обмоток и масла в верхних слоях над окружающим воздухом согласно ГОСТ 11677-85 не превышают допустимые величины

Список использованных источников

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

2 Проектирование трансформаторов: Учебное пособие по курсовому проектированию/ Сост. Встовский А.Л., Встовский С.А.; Силин Л.Ф. КГТУ. Красноярск, 2000. 112с.

3 Мурашкин С.И., Мураховская М.А., Силин Л.Ф. Конструирование вспомогательных устройств масляных трансформаторов/КГТУ. Красноярск, 1995. 116с.

4 Силин Л.Ф., Мураховская М.А., Мурашкин С.И. Конструирование магнитопроводов силовых трансформаторов/КрПИ. Красноярск, 1992. 88с.

5 СТП КГТУ 01–02. Общие требования к оформлению текстовых и графических студенческих работ. Текстовые материалы и иллюстрации; ИПЦ КГТУ. – Красноярск, 2004. –52 с.