Расчет силового масляного трансформатора ТМГ 63 мощностью 63 кВА

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или болеe индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Рис 1

Трёхфазный трансформатор

1 — магнитопровод; 2 — обмотки низшего напряжения; 3 — обмотки высшего напряжения; 4 —пробка для спуска масла; 5 — бак; 6 — переключатель напряжения; 7— привод переключателя; 8— термометр; 9— вводы высшего напряжения; 10— вводы низшего напряжения; 13 — маслоуказатель;11— пробка для заливки масла; 12 — расширитель; 13 — маслоуказатель.

Трансформаторы малой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т. п., а так же для питания бытовых электроприборов. Назначение силовых трансформаторов — преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.

Силовые трансформаторы подразделяются на два вида

трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

трансформаторы специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется развитием электрических сетей.

Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

Современное трансформаторостроение — важная отрасль электротехнической промышленности. Оно играет важную роль в развитии энергетики. Трансформатор — сложная конструкция с сильными электрическими и магнитными полями, отдельные узлы и элементы конструкции подлежат воздействию больших электромеханических нагрузок и больших напряжений, в магнитопроводе выделяется большое количество тепла, следовательно, трансформатор должен включать устройства охлаждения обмоток и самого масла, а также большое число вспомогательных электрических и механических частей и приспособлений; в связи с этим конструкция играет важную роль.

Материалы, применяемые для изготовления трансформатора, разделяются на активные, т. е. сталь магнитной системы и металл обмоток и отводов; изоляционные, применяемые для электрической изоляции обмоток и других частей трансформатора, например электроизоляционный картон, фарфор, дерево, трансформаторное масло и др.; конструкционные, идущие на изготовление бака, различных крепежных частей и т. д., и прочие материалы, употребляемые в сравнительно небольших количествах.

Одним из основных активных материалов трансформатора является тонколистовая холоднокатанная электротехническая сталь. Эта сталь с определённой ориентировкой зёрен (кристаллов), имеющая значительно меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость по сравнению с горячекатаной сталью.

Одной из существенных особенностей холоднокатаной стали является анизотропия её магнитных свойств, т. е. различие этих свойств в различных направлениях внутри листа стали. Наилучшие магнитные свойства эта сталь имеет в направлении прокатки. Магнитные свойства существенно ухудшаются, если вектор индукции магнитного поля направлен под углом, отличающимся от 0°, к направлению прокатки, и становится наилучшем при угле, равном 55°.

Другой активный материал трансформатора — металл обмоток. Низкое удельное электрическое сопротивление, легкость обработки (намотки, пайки), удовлетворительная стойкость по отношению к корозии и достаточная механическая прочность электролитической меди сделали ее единственным материалом для обмоток трансформатора в течение ряда десятилетий.

Алюминий является вторым по значению (после меди) проводниковым материалом. Плотность алюминия — 2700 кг/м3. Таким образом алюминий примерно в 3,5 раза легче меди. Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами — как механическими, так и электрическими. Температура плавления 657 °C, удельное сопротивление 0,5 мкОмМм., предел прочности при растяжении уР=160−170 Мпа.

Главным изоляционным материалом в силовых трансформаторах является трансформаторное масло — жидкий диэлектрик, сочетающий высокие изоляционные свойства со свойствами активной охлаждающей среды и теплоносителя.

Кабельная бумага изготовляется из сульфатной небелёной целлюлозы и выпускается в рулонах шириной 500, 650, 670, 700, 750 и 1000 мм (±3 мм) при диаметре рулона от 450 до 800 мм. В трансформаторах применяется бумага главным образом марки К-120 толщиной 120 мкм для изоляции обмоточного провода; в виде полос разной ширины для междуслойной изоляции и в многослойных цилиндрических обмотках класса напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ; в виде полосок шириной 20−40 мм, наматываемых вручную, для изоляции отводов.

Все ссылки, используемые в составлении данной курсовой работы даны на учебник Тихомирова П. М. ''Расчёт трансформаторов'', издательство Москва, энергоатомиздат 1986 г.

1. Техническое задание

2. Предварительный расчёт трансформатора

2.1 Определение основных электрических величин

Мощность одной фазы и одного стержня:

SФ=S/3=63/3=21 кВт Номинальные токи:

на стороне ВН IВНЛ==2,425 А

на стороне НН IННЛ==92,647 А /

Фазные токи:

на стороне ВН IВНФ=IВНЛ=9,622 А

на стороне НН IННФ=IННЛ/54,498 А

Фазные напряжения:

на стороне ВН UВНФ==8,824 кB

на стороне НН UННФ= UННЛ =0,4 кB

Испытательные напряжения (определяются по таблице 4.1):

на стороне ВН UВНисп=45 кВ

на стороне НН UННисп=5 кB

Для испытательного напряжения обмотки ВН (UВНисп=35 кВ) находим изоляционные расстояния (по табл.4.5, стр184):

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

UA=PK/(10S)=1470/(1063)=2,3%

Реактивная составляющая:

UP=4,1%

Ширина приведенного канала рассеяния:

aP=a12+(a1+a2)/3 ; k=0,63 (по табл 3.3,стр.121)

(a1+a2)/3=k10−2=0,0135 м

aP=0,027+0,0135=0,041 м

2.2 Расчёт основных размеров трансформатора

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми тыками на среднем стержне. Прессовка стержней расклиниванием с обмоткой низкого напряжения или её жёстким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром по рис. 2 и ярм — стальными балками, стянутыми шпильками расположенными вне ярма по рис. 3. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстуровання листовая электротехническая сталь марки 3413 толщиной 0,35 мм.

Рис 2. План шихтовки магнитной системы (косые стыки в четырёх и прямые — в двух углах) Индукция в стержне ВС=1,5 Тл (по табл. 2.4,стр 78). В сечении стержня шесть ступеней, коэффициент заполнения круга kР=0,92 (см. табл. 2.5,стр82); изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие без лакировки kЗ=0,97 (таб. 2.2, стр77).Коэффициент заполнения сталью kС=kКРkЗ=0,920,97=0,8924

Ярмо многоступенчатое, число ступеней шесть, коэффициент усиления ярма kЯ=1,025 (табл. 2.8 стр. 82). Индукция в ярме BЯ=1,5/1,025=1,463 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыкечетыре, на прямом три. Индукция и зазоре на прямом стыке B''З=BС=1,5 Тл, на косом стыке B’З=ВС./2=1,061 Тл.

Удельные потери в стали рС=1,1 Вт/кг; рЯ=1,032 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность qС=1,33 ВА/кг; qЯ=1,222 ВА/кг; для зазоров на прямых стыках q''З=16 600 ВА/м2; для зазоров на косых стыках q’З=1100 ВА/м2 (см. табл. 8.9, 8.16 стр. 390,375).

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, kД=0,97 и по табл. 3.4 и 3.5—постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,442 и b=0,55*1,25=0,6875 Принимаем коэффициент Роговского равный kР=0,95 стр 120.

Рекомендуемый предел варьирования от 0,9 до 3 (см. табл. 12.1.стр. 504).

3.Расчет основных коэффициентов

По (3.30), (3,36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) находим коэффициенты:

кг кг

e=0,405 см стр. 126

K0=1,210−2(для алюминия)

МПа

GУ=6,33x3

П" 3=ПС=0,0097x2

PX=1,155GC+3,88GУ+1,045GЯ

QX=2,15GC+96,67GУ+1,97GЯ+1021,56x2

Дальнейший расчёт приводим в виде таблицы 1:

Величина определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки.

Минимальная стоимость для рассчитываемого трансформатора имеет место при условии

x5+Bx4-Cx-D=0, где

kO, C=1,51 (для стали 3413 по таб. 3,7 стр.134)

С=A1/(3B1)=118,6/(390,64)=0,4363

kИ, Р=1,06 (см. стр. 133 для алюминиевых обмоток)

x5+0,10 033×4−0,4363x-0,7184=0

получили x=1,10 107 значит минимальному Ca, ч соответствует =1,041.

Находим предельные значения по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

xJ2,7106 xJ2,7

J=XJ4=1,1074=9,76

x x

По рассчитанной таблице строим графики Са, ч (), iX (), PX (), по которым находим значение оптимального =1,05. При =1,05 мы получаем потери холостого хода PX=270 Вт несколько выше заданных PX=220 Вт, ток холостого хода iX=1,23% несколько выше заданного iX=1,2%,. Полученное значение удовлетворяет установленным предельным значениям, ограниченным плотностью тока 9,76 и механической прочностью обмоток 17,19.

По принятому =1,05 (x=1,1041) рассчитаем основные размеры:

Основные размеры:

Диаметр стержня d=AМx=0,1181,1041=0,12 м Активное сечение стержня ПС=0,0097 м²

Средний диаметр обмоток d12=aМAМx=1,44 160,1181,010=0,16 м Высота обмоток l=d12/=0,18/1,05=0,536 м Высота стержня lC=l+2l0=0,536+20,02=0,5756 м

Расстояние между осями стержней

C=d12+a12+bd+a22=0,18+0,009+0,68 750,12+0,008=0,27 м Электродвижущая сила одного витка

uB=4,44fПСВС=4,44 500,00971,4=3,0142 В Число витков в обмотке НН

щ1=230,9/3,0142=76,6186 принимаем щ1=77 витка.

Число витков в обмотке ВН

щ2=3464,1/3,0142=1149,279 принимаем щ2=1150 витков.

4. Расчёт обмотки НН

Напряжение одного витка

uB1=UННФ/щ1=230,9/77=2,9992 В Средняя плотность тока в обмотках

JСР=(0,463kДPКuВ1/(Sd12))104=1,556 106 А/м2

Сечение витка ориентировочно П’В?144,336/1,8487106=92,7410−6 м2 =92,74 мм²

По табл. 5.8 по мощности 100 кВА, току на один стержень 144,33 А, номинальному напряжению обмотки 230,9 В и сечению витка 92,7435 мм² выбираем двухслойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного алюминиевого провода.

Достоинства: простая технология изготовления, хорошее охлаждение.

Рис 6. Обмотка Н.Н.

Недостатки: малая механическая прочность.

щСЛ1=щ½=35

Ориентировочный осевой размер витка

hB1=l1/(щСЛ1+1)=0,4134/(35+1)=0,0136 мм

По полученным значениям П'1=92,7416 и hВ1 =0,0136 подбираем аллюминевый провод для намотки обмотки НН, с сечением одного провода П" 1=46,7 мм²

Полное сечение витка П1=nВ1П" 110−6=2· 46,7·10−6=93,410−6 м2

Полученная плотность тока

J1=I1/П1=144,334/93,4· 10−6=1,55 106 А/м2

По графикам (рис. 5.34) находим плотность теплового потока

q=1100 Вт/м2

Осевой размер витка определяем по рис. 4

hB1=nB1b'10−3=1· 910−3=910−3 м Осевой размер обмотки

l1=hB1(щСЛ+1)+(0,005ч0,015)=

=0,0136(35+1)+0,01=0,366 м Радиальный размер обмотки по рис. 5, a11=4 мм, находим по таблице 9.2 а

a1=(2a'+a11)10−3=(26,1+4)10−3=0,016 м Внутренний диаметр обмотки a01 =0,005

D'1=d+2a0110−3=(0,1183+20,005)10−3=0,13 м Наружный диаметр обмотки

D" 1=D'1+2a1=0,13+2•0,016=0,162 м Проверочный расчёт

=d12/l1=3,140,1283/0,366=1,12

Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН ПО1=2сk3(D'1+D" 1) l1=230,753,14(0,13+0,162)0,366=1,51 м²,

где с=3 т.к. трансформатор трёхфазный, а k3=0,75 см. стр. 269

Масса металла аллюминевой обмотки: const=8.47*10³

GO=8,47103cDCP· щП1=8,4 710 330,14627793,4*10−6=26,717 кг Масса провода по табл 5,5

GOПР=GO1,05=26,720,015· 3,3=28.0396 кг

5. Расчёт обмотки ВН

По табл. 5.8 по мощности 100 кВА, току на один стержень 5,77 А, номинальному напряжению обмотки 5773,5 В выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.

Достоинства: хорошее заполнение окна магнитной системы, простая технология изготовления.

Недостатки: уменьшение охлаждаемой поверхности по сравнению с обмотками, имеющими радиальные каналы.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

щ2=UВНФ/uВ=1000*3,464/2,999=1155 витков.

Для обмотки ВН выбираем вид регулирования напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после

отключения всех обмоток трансформатора от сети (рис.7). В обмотки ВН выполнено четыре ответвления на +5%, +2,5%, ;

2,5% и -5% номинального напряжения помимо основного вывода с номинальным напряжением. Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН.(рис. 7). Число витков обмотки при номинальном напряжении: щн2=щ1· Uф1/Uф2

щн2=77· 6000· 3 /400· 3 =1155

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду:

щР=0,256 000/2,299=29 витков.

Для четырёх ступеней:

Предварительная плотность тока в обмотке ВН

J2?2JCP-J1=1,553*106*1,5454*106=.1,5673•106 А/м2

Предварительное сечение витка (ориентировочно) П'2=I2/J2=9,6225/1,5 673 106=6,110−6 м2 =6,1 мм²

Осевой размер обмотки ВН равен размеру обмотки НН

l2=l1=0,3655 м Для намотки обмотки ВН выбираем круглый провод :

АПБ, П'2=6.1, с сечением одного провода П" 2=6,16 мм²

n'2=1, dпров2=2.8, d'пров2=3.3

Полное сечение витка П2=nВ2П" 210−6=3,14 мм2=6,1610−6 м2

Полученная плотность тока

J2=I2/П2= 9.6225/6,16*10−6=1,56 106 А/м2

Общий суммарный радиальный размер проводов

b=qkЗ/(1,72J210−8)=12 000,75/(1,72(1,56 106)210−8=0.021 м=21 мм

Предельно можно уложить не более b2 слоёв обмотки:

Nпред=b2/(2,8· 10−3)=7,6585

Число витков в слое щСЛ2=l2/(nB2d')103−1=(0,3365/3.3)103−1? 109 витков

Число слоёв в обмотке

nСЛ2=щ2/щСЛ2=1155/109=10.6 получили 11 слоёв Рабочее напряжение двух слоёв

UМСЛ=2щСЛ2uВ=21 092,992=653.83 В По таблице 4.7. (стр. 190) находим число слоёв кабельной бумаги мм выступ межслойной изоляции на торцах 10 мм По графикам (рис. 5.34 стр.262) находим плотность теплового потока

q=400 Вт/м2

Общий суммарный размер металла, больше допустимого, поэтому разделяем обмотку на две концентрические катушки внутреннюю в 2 слоёв, а внешнюю в 4 слоя разделённые охлаждающим каналом в 2 мм (находим по таблице 9.2 а) Радиальный размер обмотки без экрана, где a'22=4 мм по таб.9.2а (стр.426)

Количество охлаждающих каналов:

Межслойная изоляция (число слоёв кабельной бумаги) :

дМсл=2· 0,12=0,24 мм (по таб. 4.7 стр.190)

a2=(d'nСЛ2+дМСЛ (nСЛ2−1)+a'22nK)10−3=(2,8· 11+0,24·10−6(11−1)+4·2)=0,3 424 м Диаметры обмотки:

Внутренний D'2=D" 1+2a12=0,1624+20,009=0,18 м Внешний D" 2=D'2+2a2=0,18+20,0467=0,274 м

Поверхность охлаждения обмотки НН:

П02=сnk (D'2+D" 2) l2=310,753,14(0,18+0,274)0,365=1,174 м²

Dср=(D" 2+ D'2)/2=(0,18+0,274)/2=0,227 м

Масса металла обмотки

G0=8,47103cDCPщП2=

=8,471 033· 0,227·6,16·10−611 556=41,0567 кг Масса провода обмотки (исп таб.5,1 стр.211):

GПР=GO (1+3,3· 0,05)=47,8311 кг Масса металла двух обмоток

GO=47,8311 +19,943=67,7739 кг

6. Расчёт параметров короткого замыкания

6.1 Расчёт потерь короткого замыкания

Потери в обмотке НН:

Основные потери РОСН1=12,7510−12J2GO=12,7510−12(1,56 106)226,717=828,98 Вт Добавочные потери

kP=1-у (1-e-1/у)=1−0,0427· (1-e-1/0.0427)=0,9573

где у=(а12+а1+а2)/(l)= 0.0427

=bm'kP/l=0,0152

kД=1+0,37 1082a4n2=1+0,371 080,01522· 5,6·10−322?1

Потери в обмотке ВН (аналогично НН):

Основные потери:

РОСН2=12,7510−12J2GO=12,7510−12(1,56 106)241,05=1277,35 Вт Добавочные потери:

=bmkP/l=2,8· 0.957/0,536=0,005

kД2=1+0,0371082d4n2=1+0,371 080,0052(2,810−3)4=1

Основные потери в отводах Длина отводов определённая приближённо:

lОТВ=7,5l=7,50,5356=4,0173 м Масса отводов НН:

GОТВ1=lОТВПОТВ г=4,17 310−62 700=0,012 кг Потери в отводах НН:

PОТВ1=kJ2GОТВ=12,7510−12(1,5 621 106)20,012=10,13 Вт Масса отводов ВН:

GОТВ2=lОТВПОТВ г=4,0173· 9,3410−62 700=0,010 кг Потери в отводах НН:

PОТВ2=kJ2GОТВ=12,7510−12(1,5 621 106)20,022=0,68 Вт Потери в стенках бака и других элементах конструкции:

Pу?10kS=100,16 100=16

Полные потери короткого замыкания:

PK=PОСН1kД1+PОСН2kД2+PОТВ1+PОТВ2+Pу=828,98+1277,35· 1+10,13+0,68=

=2006,8652 Вт

Полные потери к.з. несколько больше заданных и составляют:101,8%

6.2 Напряжение короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

UA=PK/10S=2007/10 100=2,07%

Реактивная составляющая:

UK=4,6%

что составляет 102% от заданного значения.

6.3 Ток короткого замыкания

Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания

iKmax=МkmaxIK, У=1,2 265 195=338,3 A

kmax=1+e-Ua/Up=1,19

6.4 Силы, действующие на обмотку

Радиальная сила

FP=0,628(iKmaxщ)2kP10−6=0,628· (338,3·70)2 · 0,0152· kP =100 930,75 Н Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН

уСЖ, Р=FP/(2щ1П1)=100 930,75/(23,147 094,310−6)=2,234 МПа Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

Рис. 8. Распределение сжимающих осевых сил.

уР=FP/(2щ2П2)= 10 930,75/(23,1 417 506,1610−6)=2,26 МПа

что меньше допустимого значения 20 МПа .

Осевые силы по рисунку распределения сжимающих осевых сил рис. 8

F'OC=FPaP/2· l=100 930, 750,0289/(20,5356)=2724,93 Н; F" OC=0 кН Напряжение сжатия на междувитковых прокладках (ширина прокладки по окружности обмотки n=4, ширина прокладки от 0,04 до 0,06 м)

уСЖ=(FСЖ/na1b)10−6=2724,93 10−6/(40,1 620,04) =1,0513 МПа что ниже допустимого значения 18−20 МПа Температура обмотки через 4 сек после возникновения КЗ

Время достижения температуры 200°C: tK200=0,79[UK/(JМ10−6)]2=8,042 c

7. Расчёт магнитной системы трансформатора

Выбрана конструкция трёхфазной шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3413, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы прессуются путём расклиниванием с обмоткой низкого напряжения или её жёстким изоляционным бумажно-бакелитовым цилиндром, ярма прессуются стальными балками, стянутыми шпильками расположенными вне ярма Число ступеней в сечении стержня 6, в ярме 5. Сечение стержня и ярма рис. 9. Основные размеры магнитной системы рис. 10.(выбраны по таб. 8.2.стр357.) для стержня, диаметром 0,12 м.

Рис. 9 Сечение стержня и ярма

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,12 м. Площадьступенчатой фигуры сечения стержня по табл. 8.6 ПФ, С=101,9 см², ярма ПФ, Я=104,5 см². Объём угла магнитной системы VУ=1020 см3

Рис .10.Основные размеры магнитной системы Активное сечение стержня ПС=kЗПФ, С=0,97 101,9=98 см2=0,0098 м²

Активное сечение ярма ПЯ=kЗПФ, Я=0,97 104,5=100 см2=0,001 м²

Длина стержня

lC=l+(l'0+l" 0)10−3=0,5356+20,02=0,5756 м Расстояние между осями стержней С=D" 2+a22=0,274+0,008=0,2818 м Масса стали угла магнитной системе гСТ=7650

GУ=kЗVУМгСТ=0,97М10,210−47 650=6,512 кг Масса стали ярма

GЯ=G'Я+G" Я=2ПЯСгСТ+2GУ=20,0010,2818· 7650+26,512=50,623 кг Масса стали стержней (а1Я=0,06 по табл. 8,2 8,5 для d=0.12)

GC=G'C+G" C=3lCПСгСТ+3(ПСа1ЯгСТ-GУ)=

=30,57 560,0098 7650+3(0,0098 0,67 650−6,512)=104.5156 кг Общая масса стали

GСТ=GC+GЯ=50.623+104.5156=155.1383 кг

8. Расчёт потерь холостого хода

Индукция в стержне

Индукция в ярме

Индукция на косом стыке ВКОС=BC /=1,58/=97.66 Тл

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня и ярма равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке ПКОС=ПСМ=0,0098=0,0138 м²

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9 для стали марки 3413 толщиной 0,30 мм при шихтовке в две пластины:

при ВС=1,3811Тл рС=1,02 Вт/кг; рЗ=290 Вт/м2

при ВЯ=1.3467Тл рЯ=0.9 Вт/кг; рЗ=270 Вт/м2

при ВКОС=0.9766Тл рКОС=0,77 Вт/кг; рКОС=135 Вт/м2

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, без отжига пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применяем выражение

PX=[kП, Р kП, З (pCGC+pЯG'Я-4рЯGУ+(рС+рЯ)/2kП, УGУ)+УрЗnЗПЗ] kП, ЯkП, ПkП, Ш=[1,051(1,19 104.5156+1,1450.6227−41,146,7+(1,19+1,14)/26,76.5117)+

+40,133 365+10,94 630+20,95 927]11,021,01=240.38Вт

где kП, Р=1,05 kП, З=1 kП, Я=1,1 kП, П=1,02 kП, Ш=1,01 kП, У=9.33

полученное значение немного превосходит заданное и составляет 109,27% от заданного.

9. Расчёт параметров холостого тока

Расчёт тока холостого хода По таблице 8.16 находим намагничивающие мощности:

при ВС=1,3811Тл qС=2.6 ВA/кг; qC, З=11 000 ВA/м2

при ВЯ=1,3467Тл qЯ=2.3 ВA/кг; qЯ, З =10 500 ВA/м2

при ВС=0.9766Тл qКОС=1 ВA/кг; qКОС, З=1520 ВA/м2

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем формулу

QX=[kТ, Р kТ, З (qCGC+qЯG'Я-4qЯGУ+(qС+qЯ)/2kТ, УkТ, ПЛ GУ)+УqЗnЗПЗ]kТ, ЯkТ, ПkТ, Ш=

=[1,181,01(1,650М118,79+1,51 586,33−41,5156,7+((1,650+1,515)/2)42,451,476,7)+

+40,1 333 100+10,9 422 150+20,9 520 750]1,041,041,01=2060 Вт где kТ, Р=1,18 kТ, З=1,01 kТ, Я=1,01 kТ, П=1,02 kТ, Ш=1,01 kТ, ПЛ=1,2 kТ, У=25.48(по стр. 394−395)

Ток холостого хода

i0=2060/(10 100)=1,436%

Активная составляющая тока холостого хода

i0A=240,38/(10 100)=0,2404%

Реактивная составляющая тока холостого хода

i0Р= %

10. Расчёт основных геометрических размеров бака трансформатора

10.1 Тепловой расчёт обмоток

Внутренний перепад температур обмотка НН:

Вт/м2

И01=q1у/лИЗ=414,550,2510−3/0,17=0,61С, где лИЗ=0,17 по таблице 9.1

обмотка ВН

Вт/м2

И02=q2у/лИЗ=1280,2510−3/0,17=0,1896С, где лИЗ=0,17 по таблице 9.1

Перепад температуры на поверхности обмоток обмотка НН:

И0,М1=k1k2k30,35q0,6=11,10,90,35 414,50,6=12,89C

обмотка ВН:

И0,М2=k1k2k30,35q0,6=111,10,35 128,960,6=7,11C

Средний перепад температуры от обмотки к маслу обмотка НН:

И0,М, СР1=И01+ И0, М1=0,61+12,89=13,49C

обмотка ВН:

И0,М, СР2=И02+ И0, М2=0,1896+7,11=7,297C

10.2 Тепловой расчёт бака

По таблице 9.4 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем бак с навесными радиаторами с прямыми трубами рис.11

Найдём минимальные размеры бака и минимально необходимые изоляционные расстояния от обмоток и отводов до стенок бака по таблицам 4.11 и 4.12.

Рис. 11 Трубчатый радиатор с прямыми трубами Отводы — шины из алюминиевого провода изолированного кабельной бумагой.

По таблице 4.11 толщина изоляции не учитывается d1=20мм S1=S2=28 мм, где S1-расстояние от отвода НН до гладкой стенки бака

S2- расстояние от прессующей пластины НН до гладкой стенки бака

S3-расстояние отвода НН от обмотки ВН S3=33 мм

S4-изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака S4=22 мм

d1=20 мм — диаметр изолированного отвода обмотки ВН

d2=12 мм — диаметр неизолированного отвода обмотки НН Минимальная ширина бака

B=D" 2+(S1+S2+S3+S4+d1+d2)10−3=273,8+(28+28+33+22+20+12)10−3=0,417 м

принимаем ширину бака В=0,5 м

Минимальная длина бака

S5=S3=33 мм А=2C+D" 2+2S510−3=20,2818+0,2738+20,033=0,9034 м принимаем длину бака А=0,1 м Минимальная глубина высота активной части

HА, Ч=?C+2hЯ+n10−3=0,5756+20,065+0,04=0,7456 м

минимальное расстояние от ярма до крышки бака НЯ, К=160 мм по таблице 9.5.

НБ=НА, Ч+НЯ, К=0,7456+0,160=0,9056 м

По табл.9.9 выбираем радиаторы с двума рядами труб и расстоянием между осями фланцев 710 мм с поверхностью труб ПТР=2,135 м² и поверхность конвекции двух коллекторов ПК, К=0,34 м². Для установки этих радиаторов минимальная глубина бака должна быть :

НБ=АР+с1+с2=0,71+0,085+0,1=0,895 м где с1 и с2 — расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл.9.9.

Принимаем НБ=0,9 м

Рис. 12 Размещение активной части трансформатора внутри бака Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН.

ИМ, В=65 — ИО, М, СР=65 — 12,25=51,5004С Превышение температуры бака в верхних слоях

ИМ, В, В=1,2МИМ, В=1,2М51,5=61,8 ОС>60 С Принимая предварительно перепад температур на внутренней поверхности стенки бака ИМ, Б=5 С и запас 2 С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

ИБ, В=50 — ИМ, Б=50−5-2=43 С Поверхность конвекции гладкой стенки бака

ПК, ГЛ=[2(A-B)+B]HБ=[2(0,85−0,4)+3,14М0,9]1,1=2,33 м²

Поверхность излучения бака с радиаторами ПИ=kМПГЛ=1,8 М²,33 =4,19 м²

Поверхность конвекции для заданного значения ИБ, В=43 С

ПК?= м2

Поверхность крышки бака ПКР=0,5[(A-B)(B+0,16)+(B+0,16)2/4]=0,5· [(1−0.5)·(0.5+0.16)+3.14·(0.5+0.16)2 /4]=0,3361 м²

Поверхность конвекции радиаторов

?ПК, Р=ПК?-ПК, ГЛ-ПК, КР=4,25−2,66=1,5951 м²

Поверхность конвекции радиатора, приведённая к поверхности гладкой стенки. kФ=1,26 (по табл.9.6)

ПК, Р=ПТРМkФ+ПК, К=1,26 М²,135+0,34=3,03 м²

Необходимое число радиаторов

nР=?ПК, Р/ПК, Р=1.5951/3.03=0,53

Принимаем 1 радиатор.

Полная поверхность конвекции бака ПК=?ПК, Р+ПК, ГЛ+ПК, КР=1.5951+2.33+0.3361=5,6983 м²

Поверхность излучения ПИ=2,7 м²

10.3 Окончательный расчёт превышения температуры обмоток и масла трансформатора

Среднее превышение температуры наружной трубы над температурой воздуха ИБ, В=43,907 С

Превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы ИМ, Б=6,9796 С2

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха ИМ, В, В=ИБ, В+ИМ, Б=50,9 С< 60 С

Превышение температуры обмоток над воздухом обмотка НН ИО, В=0,521+7+39,46=51,74 С< 65 С обмотка ВН ИО, В=0,177+7+39,46=51,097 С< 65 С

Превышения температуры масла в верхних слоях ИМ, В, В<60 С и обмоток ИО, В< 65 С лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11 677–85.

Определим массу масла.

Объём бака

VБ=[(A-B)B+B2/4]HБ=[(1−0.5)· 0.5+0.5 2 · 3.14/4=0.4042 м3

Объём активной части

VА, Ч=0,0505 м³

Объём масла в баке

VМБ=VБ-VА, Ч=0,3538 м³

Масса масла в баке

GМ, Б=900М0,3538=318,3849 кг Масса масла в радиаторах

GМ, Р=30 кг Общаяя масса масла

GМ= GМ, Б+ GМ, Р=318,3849+30=348,3849 кг

11. Коэффициент полезного действия трансформатора

з=

Заключение

В данной курсовой работе дано краткое описание конструкции трансформаторов широкого применения, а также описание основных материалов, применяемых в трансформаторостроении.

В расчетной части приведен расчет масляного трансформатора типа ТМ100/6, мощностью 100 кВА и классом напряжения 6 кВ.

Для данного трансформатора выбрана плоская шихтованная магнитная система из тонколистовой холоднокатанной стали марки 3413 с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Стержни магнитной системы скрепляются расклиниваем с обмоткой НН, ярма крепятся ярмовыми балками, которые в свою очередь стягиваются шпильками за пределами магнитной системы.

В данном трансформаторе выбраны следующие типы обмоток:

Обмотка НН: двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода марки .

Обмотка ВН: многослойная цилиндрическая из круглого провода марки .

При расчете магнитной системы и параметров холостого хода получили следующие значения Рх=240 Вт и i0=1,045%, что на 9% и на 5% соответственно больше заданного и лежат в допустимых пределах.

При расчете параметров короткого замыкания получены следующие значения Рк=2106 Вт и Uк=4,93%, что на 6,9% и 9% соответственно отличаются от заданного и лежат в допустимых пределах.

Расчёт трансформатора выполнен в соответствии с техническим заданием. При расчёте обеспечено его соответствие современным требованиям к электрической и механической прочностям, нагревостойкости обмоток и других частей. При этом в соответствии с основными требованиями сочетается малая себестоимость трансформатора.

трансформатор короткое замыкание обмотка

1. Тихомиров П. М. Расчёт трансформаторов: Учеб. Пособие для вузов.-5-е изд., перераб. и доп.- М.: энергоатомиздат, 1986.-528с.:ил.