Расчёт масляного трансформатора ТМН-10000/10

Число катушек:

Число витков в катушке:

Радиальный размер обмотки для двух катушек с масляным каналом между ними (мм):

Внутренний диаметр обмотки ВН (м):

Наружный диаметр обмотки ВН (м):

Расстояние между осями стержней (м):

Поверхность охлаждения обмотки (м2):

Определение потерь короткого замыкания Электрические потери в обмотках Потери в обмотках и отводах для номинальной рабочей температуры +750С.

Вес металла обмотки НН (кг):

где — удельный вес меди, кг/м3;

Вес металла обмотки ВН (кг):

Общий вес меди обмоток (кг):

Коэффициент добавочных потерь Коэффициент добавочных потерь kд зависит от геометрических размеров проводника обмотки и их расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора и определяется для каждой обмотки отдельно.

а) для обмотки из прямоугольного провода (НН):

размеры проводников обмоток «a» выражаются в (см).

где, числа m и n определяются по эскизу исходя из количества проводников обмоток в горизонтальном и вертикальном направлениях (рис. 2, 3);

— коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от расчетного,

.

б) для обмотки из прямоугольного провода (ВН):

где .

Электрические потери в обмотке НН (Вт):

Электрические потери в обмотке ВН (Вт):

Плотность теплового потока обмотки НН (Вт/м2):

Плотность теплового потока обмотки ВН (Вт/м2):

Электрические потери в отводах Длина отводов НН (м):

Длина отводов ВН (м):

где м; - расстояние от края обмоток до ярма, снизу и вверху.

Вес меди отводов НН (кг):

Потери в отводах обмотки НН (Вт):

Вес меди отводов ВН (кг):

Потери в отводах обмотки ВН (Вт):

Потери в стенках бака и других стальных деталях Минимальные размеры бака (м):

а) минимальная длина (м)

Принимаем длину бака .

б) минимальная ширина (м)

Принимаем ширину бака .

Минимальные изоляционные расстояния (мм):

S1 = 90 — от обмотки ВН до отвода НН;

S2 = 22 — от отвода НН до стенки бака;

S3 = 90 — от обмотки ВН до отвода ВН;

S4 = 28 — от отвода ВН до стенки бака;

S5 =90 — от обмотки ВН до стенки бака;

d1 = 10 — диаметр отвода НН;

d2 = 10 — диаметр отвода ВН.

Потери в стенках бака (Вт):

где коэффициент, , — периметр бака, Полные потери короткого замыкания (Вт):

что составляет .

Напряжение короткого замыкания Активная составляющая напряжения короткого замыкания (%):

Реактивная составляющая (%):

где — уточнённая ширина приведённого канала, Напряжение короткого замыкания трансформатора (%):

что на больше заданного.

Определение механических сил в обмотках Установившийся ток короткого замыкания обмотки НН (кА):

Iк.у1 = I1ф = 916,4∙,

Установившийся ток короткого замыкания обмотки ВН (кА):

Iк.у2 = I2ф = 577,35∙,

Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания обмотки НН (кА):

Iк.м1= kмIк. у1 = ∙1.843∙11,35 = 29,58,

где kм — коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания:

Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания обмотки ВН (кА):

Iк.м2 = kмIк. у2 = ∙1.843∙7.15 = 18,63,

Радиальная сила действующая на обмотки НН и ВН (кг):

Растягивающее напряжение на разрыв в проводе (кг/см2):

< 500 в допуске Осевая сила (кг):

Осевая сила:

Foc″ = т.к. у обмоток ВН и НН одинаковая высота.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке (кг):

Fсж = Focев = 12 340

Напряжение сжатия на опорных поверхностях (кг/см2):

а) обмотка НН:

< 180 — в допуске, где SНН — сечение обмотки в плоскости, перпендикулярной к оси стержня.

.

б) обмотка ВН:

< 180 — в допуске, где n = 12 — число прокладок по окружности обмотки;

b = 40 мм — ширина прокладки Расчет потерь и тока холостого хода Уточнение геометрических размеров По диаметру стержня выбираем стандартные пакеты а) число ступеней в стержне Nc = 8

б) коэффициент заполнения kкр = 0.92 (каналы шириной 6 мм).

в) число ступеней ярма Nя = 6

г) ширина крайнего наружного пакета ярма Ая = 230 мм Размеры пакетов для нормированного диаметра стержня (табл. 2):

Таблица 2.

Ступени 1 2 3 4 5 6 7 8 Сердечник Ширина, мм 155 195 230 250 270 295 325 350 Высота, мм 9 13 9 10 16 26 35 39 Ярмо Ширина, мм — - 230 250 270 295 325 350 Высота, мм — - 31 10 16 26 35 39

Поперечное сечение каждого пакета стержня (м2): Пп = ап∙вп.

Геометрическое сечение ступенчатой фигуры стержня (м2):

Активное сечение стержня (м2):

Пс (расчетное) = 0,084 м2 — различие в 2,8% .

Поперечное сечение каждого пакета ярма (м2) Пя = ая∙вя Геометрическое сечение ступенчатой фигуры ярма (м2):

Активное сечение ярма (м2):

Высота ярма (м):

где — общая ширина всех ступеней ярма, — число масляных каналов, — ширина канала охлаждения.

Вес стали стержней (кг):

где γс = 7600 кг/м3.

Вес стали в ярмах (кг):

а) вес частей ярм, заключенных между осями крайних частей (кг):

б) вес стали в угловых частях ярма (кг):

Полный вес стали двух ярм (кг):

Полный вес стали трансформатора (кг):

.

Потери холостого хода Окончательное значение индукции в стержне (Тл):

Окончательное значение индукции в ярме (Тл):

Удельные потери в стали:

а) стержня — Рс =1,15 Вт/кг б) ярма — Ря = 1,145 Вт/кг Потери холостого хода (Вт):

Р0 (заданное) = 8000

Вт > Р0 (расчетное) = 6350

Вт на 20,7%.

Коэффициент полезного действия трансформатора:

где Сos = 1 — коэффициент мощности нагрузки.

Ток холостого хода Удельная намагничивающая мощность:

а) стержень qxc = 15,2 ВА/кг б) ярмо qxя = 15 ВА/кг в) стыки qxз = 1,92 ВА/см2

Полная намагничивающая мощность (кВА):

Реактивная составляющая тока холостого хода (%):

где S — полная мощность трансформатора.

Активная составляющая тока холостого хода (%):

Полный ток холостого хода в процентах от номинального (%):

что на выше заданного значения.

Поверочный тепловой расчет обмоток Превышения температуры активных частей Превышение средней температуры обмотки НН (0С):

где q1, q2 — плотность теплового потока по п. 16.

1.7 и 16.

1.8.

Превышение средней температуры обмотки ВН (0С):

Допустимое среднее превышение температуры масла над воздухом по наиболее нагретой обмотке (0С).

Обмотка НН — с наибольшим перегревом, следовательно:

Превышение температуры масла в верхних слоях с поправкой на расположение радиаторов (0С):

где поправка при

— полная высота бака; - высота радиатора (предварительно), — общее расстояние от дна до ярма снизу и от ярма до крышки сверху.

Тепловой расчет бака и охладительной системы Выбираем конструкцию гладкого бака овальной формы с навесными радиаторами.

Ширина бака В = 0,92 м Длина бака, А = 2,23 м Высота бака (см):

H = 2,7 м Тепловая нагрузка бака При по табличным данным определяем среднюю тепловую нагрузку бака: .

Потери, отводимые с поверхности бака (кВт)

где — периметр бака; -периметр крышки.

Потери, отводимые с поверхности радиаторов (кВт)

Необходимая поверхность радиаторов (м2)

Подбор радиаторов Выбираем два трубчатых радиатора:

С поверхностью охлаждения Похл = 32,65 м², в 9 рядов каждый.

Межосевое расстояние Hop = 1,1 м Ширина радиатора lp = 0.709 м Высота радиатора Hp = 1,295 м Масса радиатора Mp = 357 кг Масса масла в радиаторе Mm = 202 кг

Общая поверхность охлаждения радиаторов (м2)

Пp = 2∙32,65 = 65,3,

Определение фактических перегревов Средний перегрев стенки бака (трубы) над воздухом (оС):

θб.в = =

Средний перегрев масла вблизи стенки по сравнению с температурой стенки бака (оС):

θм.б = 0,165 = 0,165

Перегрев верхних слоев масла над окружающим воздухом (оС):

θм.в.в = σ(θб.в + θм.б) = 1,2(88 + 9,5) = 117

где σ = 1,2 — коэффициент, учитывающий перегрев верхних слоев над остальным маслом.

Перегрев средних слоев масла над воздухом (оС):

θм-в. = θм-б + θб-в = 9,5 + 88 = 97,5

Перегрев обмоток над окружающим воздухом (оС):

Обмотки ВН

θо-в2 = θо-м.ср2 + θм-б = 18,6 + 9,5 = 28,1 < 60 — в допуске Обмотки НН

θо-в1 = θо-м.ср1 + θм-б = 11 + 9,5 = 20,9< 60 — в допуске Перегревы не превышают допустимые.

Определение массы охлаждающей жидкости Внутренний объем бака (м3):

Объем выемной части (м3):

где в — средний удельный вес выемной части (кг/м3)

Объем охлаждающей жидкости (м3):

Масса охлаждающей жидкости в баке трансформатора (кг):

где 0,9 кг/см3 — плотность охлаждающей жидкости при температуре 200.

Масса охлаждающей жидкости в радиаторах (кг)

Масса охлаждающей жидкости трансформатора (кг)

Вес трансформатора (кг):

Технико — экономические показатели Удельный расход меди (кг/кВА):

Удельный расход электротехнической стали (кг/кВА):

.

Заключение

В ходе курсового проекта произведен расчет силового масляного трехфазного трансформатора ТМ -10 000/10.

Полученные в ходе ручного расчета потери холостого хода, потери короткого замыкания, напряжение короткого замыкания, а также перегрев обмоток не выходят за пределы допустимых значений. В результате ручного расчета были получены незначительные отклонения тока холостого хода от заданных в меньшую сторону.

В качестве системы охлаждения были выбраны навесные радиаторы. Эта конструкция позволяет получить достаточную поверхность охлаждения, В изготовлении бак с радиаторами так же имеет ряд преимуществ перед баком с трубами. Во-первых, нет необходимости в гнутых трубах и сварке или штамповке отверстий в заготовке стенки бака и возникает возможность замены ручной сварки труб со стенкой бака автоматической. Во-вторых, представляется возможность выделить изготовление радиаторов в отдельное производство.

Полученные перегревы обмоток и прочих частей трансформатора находятся в пределах нормы.

Литература

Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов: Учеб. для техникумов.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 256 с.: ил.

Урманов Р.Н., Павлинин В. М., Милайкин И. Ф. Расчет силовых масляных трансформаторов, под ред. Н. С. Сиунова.

Екатеринбург; УГТУ — УПИ, 2003 — 76c.

Липанов В. М. Дополнение к пособию по курсовому проектированию ‹‹ Расчет силовых масляных трансформаторов ››. — Екатеринбург; УГТУ — УПИ, 2003 — 32c.

Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.; Энергия, 1976 — 544 c.

Павлов И.Ф., Ярошенко П. П. Конструкции трехфазных силовых трансформаторов — Екатеринбург; УГТУ — УПИ, 2001 — 51c.