Расчет трехфазного силового масляного двухобметочного трансформатора

Если число ступеней в сечении ярма равно или отличается на однудве ступени от числа ступеней в сечении стержня, то распределение индукции в ярме и стержне можно считать равномерным и принять коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы ярма, кПЯ = 1,0. Некоторые технологические факторы также оказывают влияние на потери холостого хода. Продольная резка полосы рулона стали на ленты и поперечная резка ленты на пластины приводят к возникновению внутренних механических напряжений в пластинах и увеличению удельных потерь в стали. Это увеличение может быть учтено введением коэффициента, который для стали марки 3405 может быть принят равным кПР =1,05. Для прессовки стержней и ярм при сборке остова трансформатора используется различные конструктивные детали. Способ прессовки может быть выбран в соответствии с рекомендациями таблицы 7 [2] в зависимости от мощности трансформатора: кпп = 1,02. При нарезке пластин из полосы рулона на линии среза образуются заусенцы. При удалении заусенцев коэффициент может быть принят кПЗ =1.Перешихтовка верхнего ярма остова при установке обмоток приводит к потерям, учитываемым коэффициентом кПШ, при мощности трансформатора 400 — 630 кВА: кПШ = 1,02.

=[1,05∙1,0 (1,278∙411,8 + 1,19∙319,2 — 4∙1,19∙35,5 + +(1,19+1,278)/2∙10,45∙35,5) + 278,3(2∙661 + 4∙∙300)∙10−4]∙1,0∙1,02∙1,02 = =1393

Вт.Полученное значение потерь холостого хода отличается от заданного на величину (1393 — 1310)/1310∙100 = + 6,3%.ГОСТ 11 677−85 допускает отклонение от заданного значения потерь холостого хода на +15%.

10.4 Ток холостого хода

Ток первичной обмотки трансформатора при холостом ходе при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте называется током холостого хода. Активная составляющая тока холостого хода обусловлена наличием потерь холостого хода, %:

= 1393/(10∙630) = 0,221

где S — мощность трансформатора, кВА

РХ — потери холостого хода, Вт.

При расчете реактивной составляющей тока холостого хода, обусловленной намагничивающей мощностью, магнитная система разбивается на участки — стержни, ярма (за исключением углов магнитной системы), углы и зазоры. Для каждого из этих участков подсчитывается требуемая намагничивающая мощность, суммируемая затем по всей магнитной системе. Так же как и потери, намагничивающая мощность зависит от основных магнитных свойств стали магнитной системы и ряда конструктивных и технологических факторов, оказывающих существенное большее влияние на намагничивающую мощность, чем на потери.

Для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы современной трехстержневой конструкции, собранной из пластин холоднокатаной анизотропной стали полная намагничивающая мощность может быть рассчитана по формуле:

где GC,, Gy — масса стали стержней и отдельных частей ярм, определенная ранее; qC и qЯ — удельные намагничивающие мощности для сталей стержней и ярм по таблице 10 [2] qЯ = 1,534; qС = 1,77;

кm.y — коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности во всех углах магнитной системы;

= 1,01- коэффициент, учитывающий влияние срезания заусенцев;

=1,49- коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины;

— коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма при сборке, при мощности трансформатора 400 — 630 кВА =1,02;

— коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке магнитной системы; по таблице 7 [2] =1,04;

— удельная намагничивающая мощность для зазоров, определяемая по таблице 10 [2] для различных значений индукций для косых и прямых стыков;

— число стыков различной формы;

Пзплощади зазора для прямых и косых стыков.

Коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности во всех углах магнитной системы, можно определить по таблице 9 [2] =42,45.

[1,49∙1,01(1,729∙411,8+1,534∙319,2−4∙1,534∙35,5+ +(1,77+1,534)/2∙35,5∙42,45)+ 273,3(2∙20 640+4∙∙18 120)∙10−4]∙1,04∙1,02 == 9254 вар

Относительное значение реактивной составляющей тока холостого хода, %

= 9254/10∙630 = 1,47Ток холостого хода трансформатора, %:

= 1,49,что отличается от заданного значения (2%)(1,49 — 2)/2∙100 = - 25,5%

ГОСТ 11 677–85 не регламентирует отклонение тока холостого хода в меньшую сторону по сравнению с заданным значением. Полученное значение тока х.х.

= 1,49%

11 Тепловой расчет трансформатора

11.1 Поверочный тепловой расчет обмоток Внутренний перепад температуры для обмотки НН:

= = 1,57 °С,

q=1066

Вт/м2 — плотность теплового потока на поверхности обмотки;

= 0,25 мм — толщина изоляции провода на одну сторону;

— теплопроводность изоляции провода, определяемая для различных материалов по таблице 11 [2]; =0,17 Вт/(м∙°С) .

Внутренний перепад температуры для обмотки ВН

где, а — радиальный размер катушки, при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала определяется как радиальный размер наиболее широкой из двух катушек; а =0,54∙3 = 1,62 см;

— потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объема обмотки;=1,68 — для медного провода;=12,88∙104

=0,08

=0,86=0,685= 6,17°С.

Средний перепад температуры обмотки НН: = 1,05 °ССредний перепад температуры обмотки ВН:=4,11 °С

Перепад температуры на поверхности обмоток:

=18,68 °С

=0,285∙1157,60,6 = 19,63 °С

Среднее превышение температуры обмоток над средней температурой масла:

= 1,05 + 18,68 = 19,73 °С

= 4,11 + 19,63 = 23,74 °С.

11.2 Тепловой расчет бака Для определения требуемой величины поверхности конвекции бака со всей системой охлаждения необходимо рассчитать среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом:

где — перепад температуры между маслом и стенкой бака, 5 — 6 °C — среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки;

=65 — 23,74 = 41 °С

= 41 — 5 =36 °С

Полученное значение должно удовлетворять требованию ГОСТпревышение температуры верхних слоев масла над воздухом не должно превышать 60°С

°C 1,2∙(36 +5)°C 49,2<60 °C

После расчета среднего превышения температуры стенки бака над окружающим воздухом определяем минимальные внутренние размеры. При заданных размерах активной части трансформатора, т. е. его остова с обмотками и отводами, минимальные внутренние размеры бака в плане определяются внешними габаритами активной части и минимально необходимыми изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака.

Для определения размеров бака в таблицах 14 и 15 [2] выбираем следующие минимальные расстояния:

S1= S2 — изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до соответствующей обмотки, S1= S2 = 25 мм ;

d1 — диаметр изолированного отвода обмотки ВН, d1 = 20 мм;

S3 — изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S3 = 25 мм;

S4 — изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака, S4=25 мм;

d2 — диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный d1;

Рисунок 6. К определению основных размеров бака

Минимальна ширина бака:==35,5 +2,5+2,5+0,1∙20 +2,5+ 2,5+0,1∙20= 50 смПринимаем В= 60 см. Минимальная длина бака: A= 2∙C=2∙36,5 + 35,5 +2∙9 =126,5 смгде = 2,5 + 0,1∙20 +2,5= 9 см.

Принимаем, А = 140 см. Высота активной части:= 46 + 2∙19,5 + 5=90,где n — толщина подкладки под нижнее ярмо (n = 3050 мм).Общая глубина бака:

=90 + 16 = 106 см.

где Ня. kрасстояние от верхнего ярма до крышки бака, выбирается по таблице 16 [2] в зависимости от рабочего напряжения обмотки; Ня. k=16 см. Принимаем Н = 140 см.

В предварительном расчете поверхность излучения для бака овального сечения в плане можно рассчитать по формуле:

где А, В и Н — размеры бака;к — коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака, для бака навесными радиаторами к1,52,0.

ПИ = [2(1,4 — 0,6)+π∙0,6]1,4∙1,75 = 8,54.

После приближенного расчета поверхности излучения бака рассчитываем поверхность конвекции бака, необходимую для получения найденного выше значения среднего превышения температуры стенки бака:

=35,7 м²

где Р — суммарные расчетные потери трансформатора Для обеспечения требуемой теплоотдачи используем навесные радиаторы. Охлаждаемая поверхность бака образуется главным образом развернутой поверхностью радиатора. Эта конструкция позволяет получить значительно больше поверхности охлаждения, чем конструкция трубчатого бака при одинаковых размерах. Число радиаторов и их расположение определяются необходимой поверхностью охлаждения и необходимостью получить наименьший габарит бака.

Рисунок 7. Навесной радиатор с прямыми трубами.

Основные данные радиатора:

число труб в ряду — 20

число рядов труб — 2

высота радиатора, А — 1150 мм, поверхность конвекции труб, Пк. тр — 3,533 м²

масса стали — 50,14 кг, масса масла — 38 кг, поверхность конвекции двух коллекторов — 0,34 м²

Поверхность конвекции крышки бака: = 0,6(1,4 — 0,6) + =0,76 м²

Поверхность конвекции гладкого бака:

=[2(1,4 — 0,6)+π∙0,6]∙1,4=4,88 м²

где к — коэффициент, учитывающий форму поверхности конвекции для гладкого бака, к = 1.

Полная поверхность конвекции бака с радиаторами:

где — поверхность конвекции гладкого бака;

— поверхность конвекции крышки бака;

— поверхность конвекции труб радиатора;

— поверхность конвекции коллекторов радиатора;

 — коэффициенты, учитывающие форму поверхности конвекции, определяются по таблице 19 [2] и таблице 9.6 [4].

4,88+0,76∙0,5 + 6(3,533∙1,344 + 0,34∙1,26) = 36,32 м²

36,3 > 35,7 м²

11.3 Окончательный расчет превышений температуры обмоток и масла В этом случае среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха определяется выражением:

=35,6 °C

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака:

=5,34 °С Поверхность конвекции без учета коэффициентов

=4,88 + 0,76 +(3,533 + 0,34)∙6 = 28,88 м²

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:

= 1,2(35,6 + 5,34) = 49,13 < 60 °C.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:

1,05 + 18,68 + 5,34 + 35,6 = 60,67 < 65 °С

4,11 + 19,63 + 5,34 + 35,6 = 64,68 < 65 °С

11.4 Приближенное определение массы конструктивных элементов и масла трансформатора

Масса активных материалов трансформатора с достаточной точностью определяется при его расчете. Точные массы конструктивных материалов и масла трансформатора могут быть найдены только после подробной разработки его конструкции. Однако в процессе расчета для оценки экономичности различных вариантов необходимо приблизительно определить эти массы.

Масса конструктивной стали остова может быть приближенно принята 0,1 суммарной массы провода обмоток и стали магнитной системы.

Масса активной части, т. е. остова с проводами и обмотками:

= 130 + 183 + 7,5 +0,5 = 321 кг

(321 + 808,4) = 1355 кг

Масса картона в изоляции обмоток:

= 0,12∙321 = 385 кг

Объем бака, занимаемый активной частью:

= 1355/6000 = 0,225 м³

Объем бака

= 0,76∙1,4 = 1,064 м³

Общая масса масла:

где — масса масла в радиаторах.

[0,9(1,064 — 0,225) +38∙6] = 229 кг

Заключение

В данной курсовой работе были успешно выполнены расчёты трёхфазного силового масляного трансформатора по заданным параметрами. В ходе проектирования трансформатора были рассчитаны: диаметр стержня магнитопровода, высота обмоток трансформатора, расчёт обмоток, токов короткого замыкания и холостого хода, так же были рассчитаны параметры магнитной системы, потери холостого хода, выполнен тепловой расчет.

1. Григорьев В. Ф., Мангилева А. А., Бунзя А. В., «Расчет трехфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора»: методическое пособие по курсовому проектированию. — Екатеринбург, 2006 — ч.1 — 58 с.

2. Григорьев В. Ф., Мангилева А. А., «Расчет трехфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора»: методическое пособие по курсовому проектированию. — Екатеринбург, 2003 — ч.2 — 50 с.

3. Григорьев В. Ф., Мангилева А. А., «Конструкция силового масляного трансформатора»: методическое пособие. — Екатеринбург, 2004 — 63 с.

4. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1986.