Проектирование трансформаторов

Рассчитанные потери ХХ должны удовлетворять условию:

Проверим:Условие выполняется.

5.3. Определение тока холостого хода трансформатора. По таблице 7.7 [2]определим удельные намагничивающие мощности:

для индукции Вс в сердечнике: qс=2,681 (В· А/кг); в зазоре 3: qзс=30 800 (В· А/м2)для индукции Вя в ярме: qя=2,289 (В· А/кг); в зазорах 1 и 2: qзя=28 600 (В· А/м2);для индукции Вст в зазорах 4, 5, 6, 7: qзст=4000 (В· А/м2);Полная намагничивающая мощность определятся какгдеkтп=1,05 — учитывает прессовку магнитной системы;kтш=1,04 при S=1000 кВ· А — учитывает перешихтовку верхнего ярма;kтр=1,18 — учитывает влияние резки полосы рулона на пластины, для отожжённой стали;kту=40,5 — коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах сердечника, для принятой конструкции магнитопровода. kтпл=1,25 — учитывает ширину пластин в углах магнитной системы. Подставим значения и получим: Qх=1,05· 1,04·[1,18·(2,681·460,768+2,289·604,717−4·2,289·62,525++40,5·1,25·62,525·(2,681+2,289)/2)+4·4000·0,041++30 800·0,041+28 600·0,041]=16 445,869 В· АОтносительное значение тока ХХ в % от номинального тока:

Рассчитанный ток ХХ не должен превышать 115% от исходного:.Условие выполняется. Активная составляющая тока ХХ: Реактивная составляющая тока ХХ:

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ТРАНСФОРМАТОРА. Цель этой главы — проектирование охладительной системы трансформатора, обеспечивающей отвод тепла, образующегося за счёт потерь в обмотках и в магнитопроводе при допустимом превышении температуры обмоток и масла над воздухом для класса изоляции, А (для масляных трансформаторов).

6.1. Тепловой расчёт обмоток. Внутренний перепад температуры в обмотке НН: где q1 — по п. 5.13;δ=0,25 м — толщина изоляции на одну сторону для провода ПБ;λиз=0,17 Вт/(м· °С) — теплопроводность бумажной, пропитанной маслом изоляции провода ПБ;Внутренний перепад температуры в обмотке ВН. Для многослойных цилиндрических обмоток из прямоугольного провода определяется средний перепад температуры для наиболее широкой катушки, на которые разделена обмотка, где, а — ширина наиболее широкой катушки, имеющей 3/5 общего числа слоёв, т. е.а=(а'· nсл2+ δмсл (nсл2−1))· 10−3,р — потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объёма обмотки, для прямоугольного провода,λср — средняя теплопроводность обмотки для прямоугольного провода, Подставим значения в формулы и определим θ0ср: Вт/м· °С; Вт/м· °С;Вт/м3;а=(2,0··6+6·0,12·(·6−1))·10−3=0,009 м; °С.Перепад температуры на поверхности обмотки НН. Для винтовой обмотки с горизонтальными охлаждающими каналами:θ0м1=k1· 0,385·q10,6,θ0м1=0,7·0,385·2186,2110,6=27,188 °СПерепад температуры на поверхности обмотки ВН. Для цилиндрической обмотки: °С, Полный средний перепад температуры от обмотки НН к маслу:θом ср1=θ01+θ0м1=3,215+27,188=30,403 °С.Полный средний перепад температуры от обмотки ВН к маслу:θом ср2=θ02+θ0м2=3,848+13,159=17,007 °С.

6.2. Тепловой расчёт бака

Выберем тип бака по таблице 8.2 [2] - бак с приваренными охлаждающими гнутыми трубами (трубчатый). Вид охлаждения — М. Минимальные размеры бака:

а) минимальная ширина:

В=D2''+(s1+s2+s3+s4+d1+d2)· 10−3;гдеD2'' - по п. 5.13;s1=37 мм — изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с Uисп для обмотки ВН по п. 2.9 до собственной обмотки. Определяется по таблице 8.3 (графа II);s2=45 мм — изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с Uисп по п. 2.9 до стенки бака. По таблице 8.3 (графа I);s3=50 мм — изоляционное расстояние от неизолированного отвода обмотки НН с Uисп по п. 2.10 до обмотки ВН с Uисп по п. 2.

9. Таблица 8.

4.s4=22 мм — изоляционное расстояние от отвода обмотки НН с Uисп по п. 2.10 до стенки бака. По таблице 8.3 (графа I);d1=20 мм — диаметр изолированного отвода обмотки ВН;d2=15 мм — размер неизолированного отвода обмотки НН (шины).Определим ширину:

В=0,462+(37+45+50+22+20+15)· 10−3=0,651 (м).б) минимальная длина бака:

А=2· с+В=2·0,482+0,651=1,615 (м).в) глубина бака:

Н=Нач+Няк, где

Нач — высота активной части. Определяется как: Нач=ℓс+(2· hя+n)·10−3,ℓс — по п. 7.

1.5; hя=а1 — по п. 7.

1.1 [2]; n=50 мм — толщина прокладки под нижнее ярмо;

Няк=0,4 м для класса напряжения Uвн=20 кВ — расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака. Подставим и получим:

Нач=0,689+(2· 230+50)·10−3=1,199≈1,20 мН=1,20+0,4=1,60 (м)Периметр бака:

Рδ=2· (А-В)+π·В=2·(1,615−0,651)+π·0,651=3,973 мПоверхность конвекции гладкой части бака:

Пкгл=Рδ· Н=3,973·1,60=6,357 м2Ориентировочная поверхность излучения:

Пи=Пкгл· k=6,357·1,5=9,536 м2где k≈1,35 — коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака. Допустимое превышение средней температуры масла над окружающим воздухом:θмв=65-θмср=65−30,403=34,597 °СПревышение температуры верхних слоёв масла над воздухом:θмвв=1,2· θмв=1,2·34,597=41,516 °СДанная температура удовлетворяет условию θмвв<60 °С.Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:θбв= θмв-θмб=34,597−5=29,597 °Сгдеθмб — перепад температуры между маслом и стенкой бака, обычно не превышает 5 — 6 °C.Необходимая ориентировочная поверхность конвекции:

м2Дальнейший расчёт произведём по своей методике для выбранного типа бака. Бак с охлаждающими трубами.

форма труб: круглая;

размер сечения трубы: d=51 мм;поверхность 1 м: Пм=0,16 м²;шаг между рядами: tp=75 мм;шаг в ряду: tт=70 мм;радиус изгиба: R=150 мм;число рядов труб: n=4.Прямой участок для внутреннего ряда труб (1-й) примем 120 мм, а для внешних (2-й, 3-й и 4-й):а1=120 мм;а2=а1+tp=120+75=195 мма3=а2+ tp=195+75=270 мма4=а3+ tp=270+75=345 мм

По таблице 8.6 [2] для принятой формы трубы по размеру наружного ряда труб выбираем минимальные с и е: cmin=120 мм;emin=130 мм;Расстояния между осями соответствующих труб на стенке бака:

в4=Н-(с+е)· 10−3=1,60-(120+130)·10−3=1,350 мв3=в4−2· tp·10−3=1,350−2·75·10−3=1,20 мв2=в3−2· tp·10−3=1,20−2·75·10−3=1,050 мв1=в2−2· tp·10−3=1,05−2·75·10−3=0,90 мРазвёрнутая длина трубы в каждом ряду:ℓ1=в1+(1,14· R+2·а1)·10−3=0,9+(1,14·150+2·120)·10−3=1,311 мℓ2=ℓ1+4· tp·10−3=1,311+4·75·10−3=1,611 мℓ3=ℓ2+4· tp·10−3=1,611+4·75·10−3=1,911 мℓ4=ℓ3+4· tp·10−3=1,911+4·75·10−3=2,211 мМаксимальное число труб в одном ряду на поверхности бака: труб

Поверхность излучения бака с трубами:

Пи=[2· (А-В)+π·В+π·[2·а1+2·R+2·tp·(n-1)+d]·10−3]·Н+0,5·Пкр, где Пкр — поверхность крышки бака:;0,16 — удвоенная ширина верхней рамы бака;

Подставим и найдём: м2Пи=[2· (1,615−0,651)+π·0,651+π·[2·120+2·150+2·75·(4−1)+51]·10−3]xx1,60+0,5·1,298=12,239 м2Поверхность конвекции бака:

Пк=Пкгл· kфгл+Пктр·kфтр, где kфгл=1, kфтр=1,26 — коэффициенты, определяемые по таблице 8.7 [2]; Пкгл — поверхность конвекции гладкого бака и крышки:

Пкгл=[2· (А-В)+π·В]·Н+Пкр·0,5;Пктр — поверхность конвекции труб:

Пктр=Пм· mтр·(ℓ1+ℓ2+ℓ3+ℓ4);Определим:

Пктр=0,16· 57·(1,311+1,611+1,911+2,211)=64,241 (м2);Пкгл=[2· (1,615−0,651)+π·0,651]·1,60+1,298·0,5=7,006 (м2);Пк=7,006· 1+64,241·1,26=87,950 (м2).Условие Пк≥Пк' выполняется.

6.3. Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом: °ССреднее превышение температуры масла вблизи стенки над стенкой бака, где- сумма поверхностей конвекции гладкой части труб, крышки без учёта коэффициентов улучшения или ухудшения конвекции. Для бака с трубами:=Пктр+Пкгл+0,5· Пкр, °СПревышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:θмвв=1,2· (θбв+θмб)=1,2·(27,813+4,263)=38,491 °СДанное значение удовлетворяет условию θмвв<60 °С.Превышение температуры обмоток над воздухом:

обмотка ВН:θов2=θом ср2+θмб+θбв=17,007+4,263+27,813=49,083 °Собмотка НН:θов1=θом ср1+θмб+θбв=30,403+4,263+27,813=62,479 °СДанные значения удовлетворяют условиям θов1<65 °С, θов2<65 °С.

Список литературы

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

2. Сергеенков Б. Н., Киселев В. М., Акимова Н. А. Электрические машины: Трансформаторы. М.: Высшая школа, 1989. 352 с.

3. Аншин В. Ш., Худяков 3.И. Сборка трансформаторов. М.: Высшая школа, 1991. 288 с.

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

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

6. Конструирование активной части трансформаторов: Метод. указания/ Сост. СИ. Мурашкин, Б. Г. Яныгин; КрПИ. Красноярск, 1988. 32 с.

7. Конструирование вспомогательных устройств масляных трансформаторов: Метод, указания/ Сост. СИ. Мурашкин; КрПИ. Красноярск, 1988. 45 с.

8. Стандарт предприятия: Общие требования к оформлению текстовых и графических студенческих работ. Текстовые материалы и иллюстрации. СТП КрПИ 3.1−92. КрПИ. Красноярск, 1992. 42 с.

9. Яныгин Б. Г. Проектирование трансформаторов ДрПИ. Красноярск, 1983. 96 с.