Расчет трансформатора

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. Ленина»

Кафедра «Электромеханики»

Курсовой проект Расчет трансформатора Выполнил: студент гр.4−71У Иванов И.В.

Проверил: к.т.н. Морозов Н.А.

ИВАНОВО 2011

Содержание Введение

1. Задание на расчёт трансформатора

2. Определение основных электрических величин

2.1 Расчёт основных электрических величин и изоляционных расстояний

2.2 Определение исходных данных расчёта

2.3 Расчёт основных коэффициентов

3. Расчёт обмоток НН и ВН

3.1 Расчёт обмотки НН

3.2 Расчёт обмотки ВН

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Расчёт потерь короткого замыкания

4.2 Расчёт напряжений короткого замыкания

4.3 Расчёт механических сил при коротком замыкании

5. Окончательный расчёт магнитной системы

6. Определение параметров холостого хода

6.1 Расчёт потерь холостого хода

6.2 Расчёт тока холостого хода

7. Тепловой расчёт трансформатора

7.1 Тепловой расчёт обмоток

7.2 Тепловой расчёт бака

8. Заключение

9. Список используемой литературы Введение В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721−62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 кВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кВ (в городах и промышленных объектах) или до 35 кВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э. д. с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800−1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).

Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы — для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели — для регулирования напряжения трансформатора, баки — для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы — для охлаждения трансформатора и др.

Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.

Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом.

1. Задание на проектирование трансформатора Спроектировать силовой масленый трансформатор с регулированием напряжения без нагрузки — ПБВ (2+ 2.5)% соответствующий требованиям ГОСТ 11 677–83 «Силовые трансформаторы. Общие технические условия.», согласно следующему техническому заданию: мощность S=200 кВА, число фаз m=3, частота f=50 Гц, напряжение ВН Uвн=10 кВ, напряжение НН Uнн=0,4 кВ, охлаждение — масленое, режим нагрузки — длительная, характер установки — наружная. Напряжение и потери короткого замыкания: uк=4,5%, Pк=3400 Вт. Ток и потери холостого хода i0=2.4%, Pх=620 Вт. Схема и группа соединений Y/Y.

2. Определение основных электрических величин

2.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

Мощность одной фазы

Мощность обмоток одного стержня

Номинальные линейные токи:

Фазные токи обмоток (схема соединения — звезда) равны линейным токам:

Фазное напряжение трёхфазного трансформатора:

Испытательные напряжения обмоток (таблица 4−1)

По таблице 5−8 выбираем тип обмоток.

Обмотка ВН при напряжении 10кВ и токе 11,55А — цилиндрическая многослойная из круглого медного провода; обмотка НН при напряжении 0,4кВ и токе 288,68А — цилиндрическая двухслойная из прямоугольного медного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН UИСП = 35 кВ по таблице 4−5 находим изоляционные расстояния: a12 =0,9 см; l0 = 3 см; a22 = 1 см; для UИСП = 5 кВ по таблице 4−4 находим а01 = 0,4 см.

Рисунок 1 — Главная изоляция обмотки ВН

2.2 Определение исходных данных расчета

см

k = 0,6 по таблице 3−3.

Приведенный канал рассеяния:

см

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

%

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

%

Согласно указаниям § 2−2 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне.

Рисунок 2- Схема плоской стержневой

Рисунок 3-Форма стыков стержней и магнитной цепи трансформатора ярем Прессовка стержней без применения специальных конструкций путем забивания деревянных стержней и планок между стержнем и обмоткой НН. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки Э330А толщиной 0,35 мм. Индукция в стержне (по таблице 2−9). По таблице 2−1 в сечении стержня 6 ступеней, коэффициент заполнения круга. Изоляция пластин — жаростойкое покрытие с однократной лакировкой по таблице 2−6 (- коэффициент заполнения сечения стержня (или ярма) сталью — отношение чистой площади стали в сечении — активного сечения Пс (или Пя) к площади ступенчатой фигуры Пф, т. е.). Общий коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного около сечения стержня,. Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5 (таблица 2−3), коэффициент усиления ярма. Прессовка ярма: балками стянутыми шпильками, расположенными вне ярма. Индукция в ярме. Индукция в зазоре на прямом стыке. На косом стыке .

Удельные потери в стали pС = 1,38 Вт/кг; pЯ = 1,29 Вт/кг (таблица 8−4). Удельная намагничивающая мощность qC = 3,12 В· А/кг; qЯ = 2,69 В· А/кг (таблица 8−11); для зазоров на прямых стыках q''З =3,51 В· А/см2; для зазоров на косых стыках q’З = 0,158 В· А/см2 (таблице 8−11).

2.3 Расчёт основных коэффициентов По таблице 3−6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, kД = 0,95 и по таблице 3−4 и 3−5 — постоянные коэффициенты для медных обмоток, а = 1,38 и b = 0,46. Принимаем kР = 0,95. Диапазон изменения в от 1,8 до 2,4 (таблица 3−12).

Расчет основных коэффициентов. По (3−30), (3−36), (3−43), (3−44), (3−52), (3−65) находим коэффициенты:

кг

кг

кг

кг

МПа, где Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением. (3−55)

Для рассчитываемого трансформатора:

По таблице 3−7, а коэффициент для медных проводов, учитывающий изоляцию провода и регулирование напряжения, то есть массу металла обмоток умножают на коэффициент

x = 1,23

Решение этого уравнения даёт в=x4=2,28, соответствующую минимальной стоимости активной части.

Находим предельные значения в по допустимым значения плотности тока? и растягивающим механическим напряжениям ур:

; в? =

; ву =

Оба полученных значения лежат за пределами обычно применяемых.

Масса одного угла Активное сечение стержня :

Площадь зазора на прямом стыке Пз = Пс = 110,39×2 ;

На косом стыке Пз = Пс*

Потери холостого хода по формуле (8−32):

намагничивающая мощность по формуле (8−44):

Далее определяем основные размеры трансформатора:

Весь дальнейший расчёт, начиная с определения массы стали магнитной системы, для 5 различных значений в (от 1,8 до 2,4) проводиться в форме таблицы 1.

Таблица 1-Предварительный расчет трансформатора ТМ-200/10 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.

Результаты расчетов, приведённые в таблице 1 показаны в виде графиков на рисунках 4 — 9.

Рисунок 4 — Изменение массы стали стержней Gc, ярма Gя и магнитной системы Gст с изменением в.

Рисунок 5 — Изменение относительной стоимости активной части с изменением в.

Рисунок 6 — Изменение потерь холостого хода с изменением в.

Рисунок 7 — Изменение тока холостого хода с изменением в.

Рисунок 8 — Изменение механических напряжений при растяжении с изменением в.

Рисунок 9 — Изменение плотности тока с изменением в.

Графики, показанные на рисунках 4 — 9 позволяют заметить, что с ростом в масса металла обмоток G0 и масса стали в стержнях Gс уменьшается, а масса стали в ярмах Gя и общая масса стали Gcт возрастают.

Общая стоимость активной части Gач с ростом в сначала падает, а затем, пройдя через минимальное значение, снова возрастает. Поскольку с увеличением в при сохранении индукции Вс общая масса стали возрастает, должны возрастать также потери и ток холостого хода, что подтверждается графиками Рх и i0.

Уменьшение массы металла обмоток с ростом в при сохранении потерь короткого замыкания приводит к уменьшению сечения как всей обмотки, так и каждого её витка, а следовательно, к увеличению плотности тока и механических напряжений от растяжения в обмотках при коротком замыкании трансформатора. Рост плотности тока? и напряжений от растяжения в проводе обмоток ур для рассчитанного трансформатора виден из графиков показанных на рисунках 8−9.

Широкий диапазон значений в, практически обеспечивающий получение минимальной стоимости активной части трансформатора с отклонением от минимума не более чем на 1%, еще не определяет оптимального значения в. Для выбора оптимального в необходимо обратиться к другим критериям. Графики на рисунке 3 позволяют определить предельные значения в? 3,85 для заданных потерь холостого хода PХ = 620 Вт. Предельное значение для заданного тока холостого хода i0 = 2,4% составляет в? 4,83. Ранее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока, в? 7,59, и механической прочностью обмоток при коротком замыкании, в? 18. Полученные по этим критериям предельные значения в сведены в таблицу 2 и графически представлены на рисунке 7.

Предельные значения в, полученные при предварительном расчете.

Таблица 2-Предельные значения в, полученные при предварительном расчете.

d 14 16 18

Рисунок 10- Определение оптимального значения в для трансформатора.

На этом рисунке заштрихованы те зоны, в которых данный параметр выходит за пределы, установленные для него ГОСТ или заданными условиями. Выбор значений в (и диаметра стержня) возможен только в пределах всех не заштрихованных зон. Учитывая желательность получения стоимости активной части, близкой к минимальной, выбираем нормализованный диаметр d = 16 cм при в = 2,39.

Для выбранных значений d и в рассчитываем и находим по графикам следующие данные трансформаторов:

в = 2,39; х = 1,24; х2 = 1,55; х3 = 1,92

Диаметр стержня магнитной системы:

d = 12,87*1,24 = 16 см Активное сечение стержня:

Пс = 170,66 см²

Средний диаметр обмоток:

d12 = 22,08 см Высота обмотки:

l = 29,03 см принимаем l = 29 cм Высота стержня:

lc = l + 2l0 = 35 см Расстояния между осями стержней:

С = 22,08 + 0,9 + 0,46*16 + 1 = 31,34 см Электродвижущая сила одного витка:

uв = 4,44*f*Пс*Вс*10−4 = 4,44*50*170,66*1,62*10−4 = 6,14 В Масса стали:

Gст = 339,39 кг Масса металла обмоток:

G0 = 119,77 кг Масса провода:

Gпр = 250,32 кг Плотность тока:

? = 3,37 А/мм2

Механическое напряжение в обмотках:

ур = 13,05 МПа Стоимость активной части в условных единицах:

Сач = 589,7

Потери холостого хода:

Рх = 494,71 Вт Ток холостого хода:

i0 = 1,62%

3. Расчет обмоток

3.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН:

щ1 = Uф1/uв =231/6,14 = 37,62 принимаем щ1 = 38 витка.

ЭДС одного витка:

В

Средняя плотность тока:

А/мм2

Сечение витка ориентировочно:

мм2

По таблице 5−8 при мощности 200 кВ· A, по току на один стержень 288,68 A, номинальному напряжению обмотки 231 В и сечению витка 87,5 мм² выбираем конструкцию цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного медного провода, без радиальных каналов, с плотным прилеганием витков. Число реек по окружности обмотки равно 8, согласно параграфу 5−2, ширина междувитковых прокладок 4 см.

Число витков в слое:

витков.

Ориентировочный осевой размер витка:

см

По таблице 5−2 выбираем три прямоугольных медных провода размерами 3Ч с изоляцией из кабельной бумаги, в соответствии с ГОСТ 16 512–70. Намотка на ребро левая.

Сечение витка:

П1=3*29,3=87,9 мм²

Плотность тока А/мм2

Высота витка:

см

Выбранные размеры провода проверяем по добавочным потерям по таблице 5−9. Для размера 0,71 см добавочные потери при двух слоях менее 5%.

Радиальный размер провода проверяем по плотности теплового потока на поверхности обмотки

q1= Вт/м2,

что ниже допустимого для внутренних обмоток значения 1200 Вт/м2.

Осевой размер обмотки НН:

l1 = hB*(щсл1+1) + 0,8 = 1,41*(19+1)+0,8 = 29 см

Радиальный размер обмотки НН:

а1 = = 2*0,755 + 0,45 = 1,96 см

где осевой канал между двумя слоями обмотки 0,45 см принят по таблице 9−2а

Внутренний диаметр = 16+2*0,4 = 16,8 cм

Наружный диаметр = 16,8+2*1,96=20,72 см

D 16,8

D 18,3

1,41

D 19,2

29D 20,72

0,755

1,96

Рисунок 11- Эскиз и основные размеры обмотки НН.

Масса метала обмотки G01 =28*с*Dcp*щ*П1*10−5=28*3*18,76*38*87,9*10−5 = 52,6 кг

По таблице 5−5 находим увеличение веса провода за счет изоляции марки ПБ (толщина изоляции 0,45 мм на обе стороны)

кг

3.2 Расчёт обмотки ВН

Выбираем схему регулирования по типу представленной на рисунке 6−6б. Регулировочные ответвления выводятся на доску зажимов. Регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ) производится после отключения трансформатора от сети и от нагрузки, путем перестановки соединяющей пластины

Рисунок 12- Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

Рисунок 13-Схема переключателя ответвлений

Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 11,55 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее, т. е. 577 В; испытательное, т. е. 1154 В.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Число витков ВН обмотки при нормальном напряжении

Число витков ВН на одной ступени регулирования:

Таблица 3-Число витков на ответвлениях.

Ориентировочная плотность тока А/мм2

Ориентировочное сечение витка мм2

По таблице 5−8, по известным параметрам обмотки (,, ,) выбираем для основной части цилиндрическую многослойную обмотку из круглого медного провода. По сортаменту медного обмоточного провода (таблица 5−1) выбираем провод марки диаметром 2,½, 4 мм сечением П2=3,46 мм² увеличение массы провода за счёт изоляции на 3%.

Плотность тока:

трансформатор замыкание обмотка магнитный А/мм2

Число витков в слое:

Число слоёв в обмотке ncл2 = щ2/щсл2 = 998/120? 9

Рабочее напряжение двух слоёв:

В По рабочему напряжению двух слоёв по таблице 4−7 выбираем 3 слоя кабельной бумаги марки К-120 толщиной 0,12 мм. Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону) 1,6 см.

Распределение витков по слоям:

Семь слоёв по 120 витков = 840

Два слоя по 79 витков = 158

Всего 998 витков Между третьим и четвёртым слоями масляный канал 0,4 см. Витки восьмого слоя располагаются посередине высоты слоя, витки девятого слоя располагаются согласно рисунку схемы ответвлений. Обмотка наматывается на рейках на жестком бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами d 21,12/22,12×32.

Радиальный размер обмотки:

Внутренний диаметр обмотки:

Наружный диаметр обмотки:

0,24 D 22,52

D 24,1

D 24,9

D 28,216

2,848

Рисунок 14- Эскиз и основные размеры обмотки ВН Поверхность охлаждения обмотки:

м2

Масса метала обмотки:

кг Масса провода обмотки:

Gпр2 = 70*1,03 =72,1 кг Общая масса метала обмоток G0 = G02 + G01 = 70+ 52,6 = 122,6 кг Общая масса провода: Gпр = Gпр2 + Gпр1 = 72,1 + 53,652 = 125,75 кг Основные размеры обмоток покажем на рисунке:

Рисунок 15-Радиальное строение обмоток трансформатора

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Расчёт потерь короткого замыкания Основные потери обмотка НН

обмотка ВН

Добавочные потери в обмотке НН

где — размер проводника, параллельный направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

— число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

— общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

— число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния;

— коэффициент приведения поля рассеяния (предварительно принимаем 0,95)

Добавочные потери в обмотке ВН Основные потери в отводах.

Длина отводов определяется приближённо по (7−21).

Для схемы соединения звезда отводы ВН и НН имеют одинаковую длину

Масса отводов НН (7−23)

Потери в отводах НН (7−24)

Масса отводов ВН Потери в отводах ВН Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака можно определить приближённо по (7−25) и по таблице 7−2

— полная мощность трансформатора, кВ· А,

— коэффициент, определяемый по таблице 7−2

Полные потери короткого замыкания

заданного значения.

4.2 Расчёт напряжения короткого замыкания Активная составляющая (7−28)

Реактивная составляющая (7−32)

В трансформаторах мощностью

заданного значения.

4.3 Расчёт механических сил при коротком замыкании Установившийся ток короткого замыкания на стороне ВН (7−38)

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания (7−39)

— коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания (7−40)

Радиальная сила (7−43)

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН

(что значительно ниже допустимого).

Осевые силы при отсутствии разрыва в обмотке ВН имеют одну составляющую по рисунку (7−11а) по таблице 7−3

а0 = а12+а1+а2 = 0,9+1,96+2,848=5,708

k02 = 0

?2 = 100/n = 100/9 = 11,11%

Максимальные сжимающие силы наблюдаются в обмотке НН напротив середин изоляции витков по рисунку16:

Рисунок 16-Механические силы в обмотках трансформатора.

Наибольшее напряжение сжатия (7−50)

Что ниже допустимого

Время в течении которого температура обмотки достигает 250 0 С:

Температура обмотки НН через после возникновения короткого замыкания по (7−54)

За начальную температуру обмотки обычно принимают .

Температура обмотки превышает предельно допустимую установленную ГОСТ 11 677–75 —не более 2500С на 16,4%.

5. Окончательный расчёт магнитной системы трансформатора Выбираем плоскую трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и с прямыми на среднем стержне. Прессовка стержней без применения специальных конструкций путем забивания деревянных планок между стержнем и обмоткой НН. Материал магнитной системы — холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки Э330А толщиной 0,35 мм. В сечении стержня шесть ступеней, сечение ярма повторяет сечение стержня в котором объединяются два последних пакета.

Размеры пакетов выбраны по таблице 8−1а для стержня диаметром 16 см.

Таблица 4-Размеры пакетов в одной половине сечения стержня при шести ступенях.

Полное сечение стержня по таблице 8−2

Активное сечение по (8−2)

В сечении ярма 5 ступеней. Размеры пакетов ярма по таблице 8−1а:

Талица 5-Размеры пакетов в одной половине сечения ярма при пяти ступенях.

Полное сечение ярма по таблице 8−2

Активное сечение по (8−2)

Ширина ярма

Длина стержня (8−10)

Расстояние между осями соседних стержней (8−11)

Рисунок 17- Сечение стержня и ярма.

Рисунок 18-Основные размеры магнитной системы Масса стали в стержнях по (8−16)

Вес стержней (8−16)

Где по (8−18)

по (8−11)

Масса стали в ярмах, по формуле (8−15):

где Полный вес стали трансформатора (8−16):

6. Определение параметров холостого хода

6.1 Расчёт потерь холостого хода

Индукция в стержне по (8−23)

Индукция с ярме по (8−29)

Индукция в стыке

По таблице 8−4 находим удельные потери в стали

при

при

при

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и с прямыми на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки и удаления заусенцев применим для определения потерь формулу (8−31), в которой примем следующие коэффициенты :

— коэффициент увеличения потерь, зависящих от формы сечения ярма ;

— коэффициент увеличения потерь из-за необходимости расшифтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и зашихтовки его после насадки ;

— коэффициент увеличения потерь, для трансформаторов I и II габаритов до 630 кВа ;

коэффициент увеличения потерь, вызванных вследствие срезания заусенцев после резки пластин, но так как в нашем случае после этого был произведён отжиг, то ;

— коэффициент увеличения удельных потерь, возникающих вследствие резки пластин, но так как в нашем случае был отжиг, то ;

По таблице 8−6 для 2 прямых и 4 косых стыков стали марки Э330А толщиной 0,35 мм;

Что на ниже заданного значения.

6.2 Расчёт тока холостого хода

По таблице 8−11находим намагничивающие мощности:

при

при

при

Для принятой конструкции и технологии изготовления магнитной системы применим формулу (8−43), в которой примем коэффициенты:

— коэффициент, учитывающий форму ярма, ;

— коэффициент, учитывающий расшифтовку и зашифтовку верхнего ярма при сборке, ;

— коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова, ;

— коэффициент, учитывающий срезку заусенцев, при наличии отжига ;

— коэффициент, учитывающий резку пластин, при наличии отжига ;

Полная намагничивающая мощность магнитной системы

Ток холостого хода.

Активная составляющая по формуле (8−41)

Реактивная составляющая по формуле (8−49)

Ток холостого хода

что на ниже заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора

7. Тепловой расчёт

7.1 Тепловой расчёт обмоток

Внутренний перепад температуры:

обмотка НН по (9−9)

— толщина изоляции провода на одну сторону ;

— теплопроводность бумажной, пропитанной лаком изоляции провода в масле, по таблице 9−1 .

по (7−17) q1= Вт/м2,

обмотка ВН по формуле (9−10):

где — радиальный размер катушки, см; при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала размер, а следует определять как ширину — радиальный размер наиболее широкой из двух катушек на которые разделена обмотка.

р — потери, выделяющиеся в 1 см³ общего объёма обмотки.

Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(см0С), по формуле (9−12):

Вт/(см0С),

где лмс теплопроводность междуслойной изоляции находится по таблице 9−1. Средняя условная теплопроводность обмотки л без учёта междуслойной изоляции:

где

лиз — теплопроводность материала изоляции витков, определяемая по таблице 9−1.

Перепад температуры на поверхности обмоток по (9−20):

обмотка НН

обмотка ВН

где

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу (9−21).

обмотки НН

обмотки ВН

7.2 Тепловой расчёт бака

По табл. 9−4 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с трубами. Минимальные внутренние размеры бака по рисунку 19. Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и до стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок ярм принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

Изоляционные расстояния:

(для отвода, покрытие 0,2 см, расстояние от стенки бака по таблице 4−11);

(для отвода, покрытие 0,2 см, расстояние до прессующей балки ярма по таблице 4−11);

(для отвода, без покрытия, расстояние до стенки бака ярма по табл. 4−11);

(для отвода, для обмотки, отвод без покрытия по табл. 4−12).

Рисунок 19- Основные расстояния от обмотки ВН до стенки бака.

Минимальная ширина бака по (9−23)

Примем В? 30

Длина бака по (9−22)

может быть принято таким же, как и расстояние от изолированного отвода до обмотки.

Принимаем .

Высоту активной части определим по (9−24)

.

где — толщина подкладки под нижнее ярмо

Общая глубина бака (9−25)

По таблице (9−5)

Рисунок 20- Размещение активной части трансформатора в баке

Длительно допустимое среднее превышение температуры обмоток над воздухом при номинальной нагрузке может быть принято равным 650 С. Тогда среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, по (9−32) над окружающим воздухом должно быть не более

берём большее из полученных для обмоток. В данном случае большее значение получено для обмотки ВН.

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет

Принимаем предварительно перепад на внутренней поверхности стенки бака и запас в 20С, находим среднее превышение температуры стенки бака над воздухом

Для выбранных размеров бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой части бака для овального сечения в плане (9−35')

для бака с трубами коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака.

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения по (9−30)

По таблице 9−7 для мощности трансформатора 200 кВА выбираем бак с одним рядом труб овального сечения. Шаг в ряду, размеры трубы, радиус изгиба трубы, прямой сток трубы ряда, расстояние между осями труб для наружного ряда (для овальных труб при по таблице 9−8; ,).

Размеры трубчатой стенки принимаются по рисунку 22.

Рисунок 21- Элементы трубчатого бака.

Длина трубы одного ряда:

Необходимая поверхность конвекции труб

Необходимая фактическая поверхность труб

где по таблице (9−6) в один ряд труб.

При поверхности 1 м трубы 0,16 м² (таблице 9−7) необходимо иметь общую длину труб

.

Число труб в ряду для обеспечения этой общей длины должно быть

Принимаем

Шаг труб в ряду:

Поверхность излучения бака по внешнему периметру бака по трубам

по (9−38)

где d — диаметр круглой трубы или больший размер поперечного сечения овальной трубы, см.

Поверхность крышки

Поверхность конвекции бака

Поверхность труб фактическая

Определение превышений температуры обмоток и масла над окружающим воздухом по § 9−7.

Среднее превышение температуры стенки бака (трубы) по (9−42)

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой стенки (трубы) по (9−43)

где, -коэффициент равный 1 при естественном масляном охлаждении.

Превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха

Превышение температуры масла в верхних слоях Превышение температуры обмоток над воздухом:

ВН

НН

Превышение температуры масла в верхних слоях, а обмоток лежат в пределах допустимого нагрева согласно ГОСТ 11 677–75.

8.

Заключение

В данном курсовом проекте рассчитан силовой масляный трансформатор мощностью 200кВа отвечающий требованиям ГОСТ 12 022;66. Трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в сетях энергосистемы потребителей электроэнергии, называется силовым. В ходе расчета были определены основные электрические величины, выбраны схема и конструкция магнитной системы; были полностью рассчитаны обмотки ВН и НН. Предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров с учетом заданных значений Uк, Pк и Pх показал что рассчитанные значения соответствуют заданным; погрешность незначительна. В ходе окончательного расчета магнитной системы, последняя была принята плоская трехфазная стержневая шихтованная с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем стержне. Прессовка стержней осуществляется расклиниванием с обмоткой и балками стянутыми шпильками вне ярма. Материал магнитной системы—холоднокатанная текстурованная сталь марки Э330А толщиной 0.35мм. Следует отметить, что холоднокатаная сталь обладая более высокими магнитными свойствами является и более дорогим материалом. При экономической оценке применения холоднокатаной стали следует учитывать, что переход на эту сталь связан с повышением допустимой индукции и уменьшением массы активной стали и металла обмоток, а также с существенным снижением потерь холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Тепловой расчет и расчет системы охлаждения проведен для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке. Полученные при этом расчете значения превышения температуры над окружающей средой непревышают придельных значений, регламентированных ГОСТом. Задача теплового расчета заключалась: в определении перепадов температуры между обмотками и магнитной системой, с одной стороны, и маслом-с другой; в подборе конструкции и размеров бака и системы охлаждения, обеспечивающих нормальную теплоотдачу всех потерь при температурах обмоток, магнитной системы и масла, непревышающих допустимые температуры; в поверочном расчете превышение температуры обмоток, магнитной системы и масла над окружающим воздухом.

9.Список литературы

1. П. М. Тихомиров «Расчет трансформаторов». — М.: Энергоиздат, 1968