close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Копия Щекотов

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электротехнический факультет
Кафедра "Электрооборудование автомобилей и электромеханика"
Курсовой проект по дисциплине "Электромеханика"
"Силовой масляный трансформатор ТМН 12500/110"
Студент: Щёкотов Д.А.
Группа: ЭЭНб - 301 Преподаватель: Терентьева М.А. Тольятти 2010г.
Аннотация
В данном курсовом проекте спроектирован силовой масляный трансформатор ТМН-12500/110. Расчетно-пояснительная записка содержит расчет оптимального варианта, отвечающего условиям минимума приведенных затрат, что позволило выявить основные размеры и параметры трансформатора: а именно диаметр стержня, высоту окна магнитопровода, потери холостого хода и короткого замыкания, цену трансформатора.
Приведены построения и расчет активного сечения магнитопровода, выбор и расчет параметров обмоток, определение потерь и напряжения холостого хода.
В записке приведена компоновка активной части трансформатора в баке, выбраны размеры бака. В результате теплового расчета определены тип и число радиаторов, выбраны расширитель и термосифонный фильтр. Рассчитана динамическая стойкость трансформатора при коротком замыкании.
Расчет силового масляного трансформатора производится по методике, заложенной в: "Расчет силовых масляных трансформаторов. Методические указания" Терентьева М.А., Борю Ю.И., Леунова Е.М.
Курсовой проект состоит из пояснительной записки объёмом 45 листов, содержащей 6 таблиц, дополняемой 9 рисунками и 2 чертежа (сборочный и габаритный) формата A1.
Содержание
Введение .................................................................................... 4
1 Исходные данные для расчета ....................................................... 6
2 Технико-экономический расчёт оптимального варианта ...............................7
3 Построение и расчет активного сечения стержня магнитопровод................... 12
4 Расчёт напряжения одного витка, количества витков, напряжений и токов на всех ответвлениях обмотки .................................................... 14
5 Выбор типа и расчет параметров обмоток трансформатора ................... 17
6 Расчет потерь короткого замыкания и напряжения короткого замыкания ............................................................................... 21
7 Расчет напряжения короткого замыкания ........................................ 29
8 Расчет потерь и тока холостого хода .............................................. 30
9 Тепловой расчет трансформатора .................................................. 32
10 Компоновка активной части в баке................................................36
11 Выбор вспомогательного оборудования .................................................. 39
12 Описание конструкции ........................................................................ 42
Заключение .......................................................................................44
Литература .......................................................................................45
Приложение.................................................................................46
Введение
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
Трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн кВА широко используются в народном хозяйстве.
Назначение силовых трансформаторов - преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на трансформаторы общего назначения, которые предназначены для включения в сеть, не отличающиеся особыми условиями работы, характером нагрузки и режимом работы, и трансформаторы специального назначения, которые предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приёмников электрической энергии.
Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, энергетики страны.
Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии 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.
Хотя КПД трансформаторов очень велик и для большинства составляет 98-99%, общие потери во всём трансформаторном парке достигают существенных значений ввиду многократной трансформации энергии. Поэтому одной из главных задач в настоящее время является задача существенного уменьшения потерь в трансформаторах, то есть потерь холостого хода и потерь короткого замыкания.
Уменьшение потерь холостого хода достигается, главным образом, путём всё более широкого применения холоднокатанной рулонной электрической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.
Применение этой стали, обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительной к механическим воздействиям при обработке -продольной и поперечной резке рулона на пластины, сочетаются с существенным изменением конструкции магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин, сборки магнитной системы.
Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек. Эти новые конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода. Существенное уменьшение потерь короткого замыкания достигается понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотке.
В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВА.
Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов, может быть достигнуто путём снижения испытательных напряжений и уменьшением изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции.
1 Исходные данные
1. Номинальная мощность SН=12,5 106 (ВА)
2. Число фаз mф=3
3. Частота f =50 (Гц)
4. Номинальные линейные напряжения обмоток UВН=115·103 (В)
UНН=10,5·103(В)
5. Схема и группа соединения обмоток: У/Д
6. Регулирование напряжения под нагрузкой
7. Способ охлаждения трансформатора - масляный с дутьем и естественной циркуляцией масла
8. Потери холостого хода
9. Ток холостого хода
10. Потери короткого замыкания РКЗ =80·103(Вт)
11. Напряжение короткого замыкания UКЗ =10,5%
2 Технико-экономический расчет оптимального варианта
Целью технико-экономического расчета является выбор нескольких технически возможных вариантов такого, который имеет оптимальное соотношение между уровнем затрат на изготовление трансформатора и уровнем затрат при эксплуатации. Критерием при выборе оптимального варианта является минимум проведённых затрат для различных значений β - коэффициента, определяющего соотношение основных размеров в трансформаторе. ,
где ДН-В - средний диаметр канала между обмотками НН и ВН; НОБМ - высота обмоток.
Результаты расчета сводятся в табл. 2.1. выбор оптимального варианта, соответствующего , проводится по графику (рисунок 2.1). Для выбранного по графику ОПТ проводится повторный расчет, который и приведен ниже.
2.1 Предварительная ширина обмотки НН
,
где кВ1, кВ2, - коэффициенты, определяемые на основе анализа геометрических соотношений в изготавливаемых трансформаторах и могут быть приняты равными следующими значениями: кВ1=0,12, кВ2=0,4, =0,0577.
2.2 Предварительная ширина обмотки ВН
.
2.3 Приведенная ширина главного канала рассеяния (между обмотками ВН и НН)
,
где вН-В=0,05 м, ширина канала между обмотками ВН и НН.
2.4 Диаметр стержня магнитопровода
,
где КЗАП.КР = 0,885 - коэффициент заполнения площади круга стержня магнитопровода активной сталью; Кос = 0,95 - коэффициент осевого поля рассеяния; Вст = 1,6 Тл - индукция в стержне.
2.5 Средний диаметр канала между обмотками
где КСТ-О = 0,015 - коэффициент, учитывающий толщину бандажей, прессующих стержень магнитопровода; во-н = 0,018 - изоляционное расстояние от стержня до обмотки НН.
2.6 Межосевое расстояние между центрами разных фаз
Lмо = Дн-в+ вн-в+2 (вв+ вв-р+ вр)+вм-ф= = 0,63 + 0,05 + 2·(0,083 + 0,05 + 0,028)+ 0,04 = 1,042 м,
где вр = 0,5вн = 0,5·0,056 = 0,028 м - ширина регулировочной обмотки, м; вм-ф = 0,04 м - межфазное расстояние; вв-р = 0,05 м - ширина канала между ВН и РО.
2.7 Высота обмотки
.
2.8 Высота окна магнитопровода
Нокн=Нобм+ hЕК +hобм-в.я+ hобм-н.я+ hпрес=1,494+0,03+0,09+0,08+0,07=1,764 м,
где hЕК = 0,03 м - высота емкостного кольца обмотки ВН совместно с прилегающим к обмотке каналом; hобм-в.я =0,09м; hобм-н.я =0,08м - изоляционные промежутки от обмотки до верхнего и нижнего ярма магнитопровода; hпрес = 0,07 м - высота, необходимая для размещения устройств, прессующих обмотки.
2.9 Масса электротехнической стали магнитопровода
GСТ = (3Нокн+2ДСТ +4Кус.ярLмо) стКЗАП.КРД 2СТ /4 =
= (3·1,764+2·0,42+4·1,02·1,042)·7,65·103·0,885·3,14·0,422/4=9737,67 кг,
где ст = 7,65103 кг/м3 - плотность электротехнической стали; Кус.яр=1,02- коэффициент увеличения площади сечения ярма по сравнению с площадью сечения стержня.
2.10 Удельные потери в стали магнитопровода
,
где Кр = 0,296, Квр = 2,64 - коэффициенты, определенные для стали марки 3407 толщиной 0,3 мм для диапазона индукции в стали Вст = 1,5...1,7 Тл.
2.11 Активные потери холостого хода трансформатора (полные потери в стали магнитопровода)
Рхх = рхх  Кув.р. Gст = 1,024·1,4·9737,67=1,3956·104 Вт,
где Кув.р=1,4 - коэффициент, учитывающий увеличение активных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода.
2.12 Удельная намагничивающая мощность в стали
,
где Кq=0,137, Квq=5,06.
2.13 Удельная намагничивающая мощность в стыках
,
где Кстык = 2620 ; Кв.стык = 5.
2.14 Реактивные потери холостого хода трансформатора (полная намагничивающая мощность)
Qхх= КувQ  qхх GСТ+nстык qстык Кзап.КР.  Д2СТ /4=
=1,2·1,478 ·9737,67 + ∙8·27473·0,885·3,14·0,422/4 = 5,5376·104 ВАР,
где Кув.Q = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение реактивных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода; nстык = 8 - количество стыков в схеме шихтовки трехфазных трансформаторов плоской стержневой конструкции с косым стыком.
2.15 Ток холостого хода трансформатора
.
2.16 Средняя плотность тока в обмотках
где пр = 2,1310-8 Омм - удельное сопротивление медного провода при 75°C; Кдоб = 1,25 - коэффициент, учитывающий добавочные потери короткого замыкания, создаваемые магнитным полем рассеяния трансформатора.
2.17 Масса обмоточного провода
,
где пр = 8,89103 кг/м3 - плотность медного обмоточного провода; Крег = 1,05 - коэффициент, учитывающий увеличение массы обмоточного провода за счет регулировочной обмотки (РО).
2.18 Экономически приведенная к стали масса активных материалов
где Цпр =72 руб/кг - оптовая цена медного провода за 1996 год; Цст=21руб/кг - оптовая цена электротехнической стали за 1996 год; Киз = 1,21 - коэффициент увеличения массы обмоточного провода за счет изоляции для алюминиевого провода.
2.19 Удельная оптовая цена трансформатора
,
где кC1 = 6,03 ; кС2 = 0,284.
2.20 Цена трансформатора
Цтр= С0  Gприв=2,943 ·24276,6 = 71446,895 руб.
2.21 Приведенные затраты
где атр= 0,063 1/год - норма амортизационных отчислений от стоимости трансформатора; уэ = 0,018310-3 руб/Втчас - стоимость электроэнергии, рассчитанная для двухставочного тарифа при средней продолжительности максимальной нагрузки для понижающих трансформаторов 5300 час/год; Твкл = 8600 час/год - продолжительность включения трансформатора. Таблица 2.1
Результаты расчетных Зприв=f()
Наименование параметраРезультаты расчётаβ0,631,01,62,54,0опт =1,324Дст, м0,3490,3920,4400,4920,5540,420Дн-в, м0,5560,6000,6510,7040,7670,630Lм-о, м0,9681,0121,0631,1161,1791,042Нобм, м2,7741,8861,2770,8850,6031,494Нокн, м3,0442,1561,5471,1550,8731,764Gcт, кг8 9169 27710 16411 60313 9189 738Рхх, Вт12 77813 29514 56716 62919 94613 956Qxx, вар42 09449 56659 91272 93590 91155 376ixx, %0,33680,39650,47930,58350,72730,4430j, А/мм22,0722,4192,8233,2613,7852,654Зприв руб/год29181,0126679,7926147,2127406,8930652,7226129,67
Рисунок 2.1. Определение минимума приведённых затрат
3 Построение и расчет сечения стержня магнитопровода
Поперечное сечение стержня в стержневых магнитных системах имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность диаметром ДСТ (рисунок 3.1).
3.1 Геометрическое сечение стержня, равное площади многоступенчатой фигуры
Fст.геом.=2∙∑ВК ∙tК=0,12575 м2.
3.2 Активное сечение стержня
Fст= kзап∙Fст.геом.= 0,95∙0,12575=0,11946 м2.
3.3 Коэффициент заполнения площади круга
Кзап.КР > 0,885, следовательно сечение стержня спроектировано рационально.
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.1.
Таблица 3.1.
Расчет геометрического сечения стержня
№ пакетаШирина пакета Вк,мТолщина пакета tк,мПлощадь пакета Fк,м210,410,045550,03735120,3850,038370,029544930,3680,017290,0127254440,350,014870,01040950,3250,016940,01101160,310,008670,005375470,2950,007790,004596180,270,011380,006145290,250,007890,003945100,230,006970,0032062110,1950,010,0039
Рисунок 3.1. Многоступенчатое сечение стержня М 1:2
4 Расчет напряжения одного витка, количества витков, напряжения и токов на всех ответвлениях обмотки РО
4.1 Предварительное значение напряжения одного витка
.
4.2 Количество витков в обмотке НН
4.3 Уточненное значение напряжения одного витка
4.4 Уточненное значение индукции в стержне:
4.5 Количество витков обмотки ВН на основном ответвлении
где 4.6 Количество витков в одной ступени регулирования
где 4.7 Номинальный фазный ток обмотки ВН
4.8 Номинальный фазный ток обмотки НН
5 Выбор типа и расчет параметров обмоток трансформатора
В мощных отечественных трансформаторах наиболее употребительными являются винтовые и непрерывные обмотки.
5.1 Исходные данные для выбора типа и расчета параметров обмоток
mв= 1 - число параллельных ветвей обмотки, для трансформаторов с нерасщепленными обмотками;
hпр.мин = 4,7510-3 м - минимальная высота провода; hпр.макс = 19,510-3 м - максимальная высота провода; bпр.макс = 5,610-3 м - максимальная ширина провода; bпр.мин = 1,2510-3 м - минимальная ширина провода;
- минимально допустимое отношение высоты провода к его ширине;
- максимально допустимое отношение высоты провода к его ширине;
[Pдоб.ос %] = 15% - добавочные потери от осевого поля рассеяния для алюминиевой обмотки
kус = 0,1 - коэффициент усадки обмоток при сушке;
kзап.пр.= 0,985 - коэффициент заполнения сечения провода, учитывающий уменьшение сечения провода за счет скругления его углов;
lполя = 0,12м - расстояние между соседними прокладками, рассчитываемое по окружности среднего диаметра обмоток;
кат = 2 - кратность количества катушек в одной параллельной ветви непрерывной обмотки.
5.2 Выбор типа и параметров обмотки НН
Проверяем возможность выбора однозаходной винтовой обмотки
,
где tв = 0,5∙10 -3 м - толщина изоляции провода на две стороны. ,
Условие не выполняется, поэтому выбираем непрерывную обмотку.
5.2.1 Количество прокладок
.
5.2.2 Высота провода
hпр = 6,7∙10-3 м.
5.2.3 Количество параллельных проводов nпар =8.
5.2.4 Предварительное сечение витка
.
5.2.5 Ширина провода .
Принимаем bпр = 3 ∙10-3 м.
5.2.7 Сечение провода
Fпр= kзап ∙hпр ∙bпр = 0,985 ∙6,7 ∙10-3 ∙ 3 ∙10-3 = 19,799∙10-6 м2.
5.2.8 Сечение витка
Fобм = nпар ∙Fпр=8∙19,799∙10-6= 158,388∙10-6 м2.
5.2.9 Уточненная плотность тока
5.2.10 Индукция осевого поля рассеивания
.
5.2.11 Добавочные потери от осевого поля рассеивания
5.2.12 Высота катушки
hкат =hпр +tв=6,7∙10-3 +0,5∙10-3 =0,0072 м,
где tв = 0,5∙10-3 м - толщина изоляции провода на две стороны для обмотки НН.
5.2.13 Число катушек
где hкан.мин = 3∙10-3 м - высота минимального радиального канала для НН
5.2.14 Число витков в катушке
.
5.2.15 Уточненная ширина катушки
5.3 Выбор типа и параметров обмотки ВН
Проверяем возможность выбора однозаходной винтовой обмотки:
,
где tв = 1,35∙10-3м - толщина изоляции провода на две стороны. .
Условие не выполняется, следовательно, обмотка ВН - непрерывная обмотка.
5.3.1 Количество прокладок
.
5.3.2 Высота провода
hпр = 6,3∙10-3 м.
5.3.3 Количество параллельных проводов nпар = 2∙mВ = 2.
5.3.4 Предварительное сечение витка
.
5.3.5 Ширина провода .
Принимаем bпр = 2 ∙10-3 м.
5.3.7 Сечение провода
Fпр= kзап ∙hпр ∙bпр = 0,985 ∙6,3 ∙10-3 ∙ 2 ∙10-3 = 12,41∙10-6 м2.
5.3.8 Сечение витка
Fобм = nпар ∙Fпр= = 24,822∙10-6 м2.
5.3.9 Уточненная плотность тока
5.3.10 Индукция осевого поля рассеивания
.
5.3.11 Добавочные потери от осевого поля рассеивания
5.3.12 Высота катушки
hкат =hпр +tв=6,3∙10-3 +1,35∙10-3 =0,00765 м,
где tв = 1,35∙10-3 м - толщина изоляции провода на две стороны для обмотки ВН.
5.3.13 Число катушек
где hкан.мин = 5∙10-3 м - высота минимального радиального канала для ВН
5.3.14 Число витков в катушке
.
5.3.15 Уточненная ширина катушки
.
5.4 Проверка уровня отклонения расчетного значения UКЗР% от заданного (UКЗ =10,5%).
Окончательно выбранный вариант обмоток НН и ВН должен обеспечить в трансформаторе заданный при проектировании уровень Uкз=10,5%. ГОСТ разрешает отклонения этой величины в расчете на  5% и в готовом трансформаторе на  10%.
5.4.1 Средний диаметр между обмотками ВН и НН
ДН-В = (1+2∙КСТ-О) ∙ДСТ + 2∙(bо-н+bн)+ bн-в = =(1+2∙0,015)∙0,42+2∙(0,018+0,055) + 0,05 = 0,603 м.
5.4.2 Средний диаметр обмотки НН
ДН.ср = ДН-В - bн - bн-в= 0,603 - 0,055 - 0,05 = 0,498 м.
5.4.3 Средний диаметр обмотки ВН
ДВ.ср.=Дн-в+bв+bн-в = 0,603+0,087+0,05 = 0,74 м.
5.4.4 Приведенный диаметр бака
5.4.5 Реактивная составляющая напряжения
. Разрез обмоток в окне магнитопровода трансформатора показан на рисунке 5.1.
Таблица 5.1.
№ПараметрЕд.
измНепрерывная НННепрерывная ВНРегулировочная РО1Высота обмотки Нобмм1,4941,4942Номинальный ток Iф.номА396,8362,763Плотность тока j, 106 2,5052,5284Число витков в катушке Wкат─5Число параллельных проводов nпар826Число катушек nкат150122─7Высота провода hпрм6,7 ∙10-36,3∙10-38Ширина провода bпрм3∙10-32∙10-31∙10-39Отношение 2,233,1510Сечение обмотки Fобмм2158,388∙10-624,82∙10-611Ширина обмотки bкатм0,0550,08712Рдоб.ос%5,3312,327─ Основные параметры обмоток
Рисунок 5.1. Разрез обмотки в окне магнитопровода
bН=0,055м; bВ=0,087м; bР=0,033м; ДН-В=0,603м; ДН-СР=0,498м;
ДВ-СР=0,74м; bО-Н=0,018м; bН-В=0,05м; bВ-Р=0,05м; hПРЕС=0,07м; hОБ-Н.Я=0,08м; hОБ-В.Я.=0,09 м; HОБМ=1,494м; ∆НРО=0,18м; hЕК=0,03м;
6 Расчет потерь короткого замыкания и напряжения короткого замыкания
6.1 Расчет сопротивлений обмоток НН и ВН постоянному току и масс обмоточного провода. Расчет проводится для обмоток НН и ВН аналогично.
6.1.1 Активное сопротивление обмотки при расчетной температуре
где - разомкнутая длина одного провода на номинальном ответвлении.
где - разомкнутая длина одного провода на номинальном ответвлении.
6.1.2 Масса обмоточного провода катушек обмоток НН и ВН, через которые проходит ток при работе на номинальном ответвлении
6.2 Расчет основных потерь в обмотках НН и ВН
6.2.1 Основные потери в функции тока и сопротивления в обмотках НН и ВН
6.2.2 Основные потери в обмотках НН и ВН в функции плотности тока и массы провода
6.2.3 Сумма основных потерь в обмотках
Совпадение результатов косвенно подтверждает правильность расчета массы обмоточного провода и сопротивления обмоток постоянному току. Результаты расчетов выносятся в таблицу 6.1.
Таблица 6.1.
Результаты расчета основных потерь в обмотках НН и ВН
Параметр Обмотка НН ВН Lпар, м 386,68 3633,24 Rобм, Ом 0,052 3,12 Gпр, кг 1633,4 2405,21 Росн = f(I, R), Вт 24565,4 36835,1 Росн = f(j, Gпр), Вт 24565,4 36835,1
6.3 Расчет составляющих добавочных потерь в обмотках НН и ВН
Добавочные потери в обмотках связаны с действием полей рассеяния. Для определения этих составляющих потерь необходимо знать распределения составляющих индукции поля рассеяния. Задача расчета поля рассеяния силового трансформатора является весьма сложной и решается с рядом упрощающих допущений.
На рисунке 6.1 представлено схематическое изображение достаточно сложного в действительности поля рассеяния двухобмоточного трансформатора. Осевая составляющая поля рассеяния распределяется в виде трапеции, вершина которой располагается в пределах главного канала рассеяния, а основание - в пределах радиального размера обмоток и главного канала. Характер распределения радиальной составляющей поля рассеяния можно принять на рисунке 6.2.
Рисунок 6.1. Приближенная картина распределения поля рассеяния
Рисунок 6.2. Распределение индукции радиального поля вдоль высоты обмотки
6.3.1 Индукция осевого поля рассеяния
где 0=410-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха; Кос= 0,95 - коэффициент осевого поля рассеяния. Вос, рассчитанная через параметры обмоток НН и ВН имеет одинаковые значения.
6.3.2 Удельные потери от осевой составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
6.3.3 Полные потери от осевой составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
6.3.4 Радиальная составляющая поля рассеяния. С целью определения радиальной составляющей индукции половина высоты обмотки разбивается на 2 участка: высота участка 1-2 - 0,05Нобм, высота участка 2-3 - 0,45Нобм.
-НН
где
;
-ВН
где
;
Распределение индукции радиального поля вдоль высоты обмотки показано на рисунке 6.2.
6.3.5 Удельные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
6.3.6 Полные потери на участках 1-2 и 2-3 от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
где 6.3.7 Потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
Таблица 6.1.
Результаты расчетов добавочных потерь от вихревых токов, вызванных осевой и радиальной составляющих поля рассеяния
ПараметрОбмоткаННВНВосТл0,11080,1108pв.осВт/кг0,7990,356Рв.осВт1306,13854,95Врад1Тл0,04430,044320,01110,01111-20,05080,05082-30,01110,0111pв.рад1-2Вт/кг0,83760,74072-30,03990,0353Gпр1-2кг81,669120,2612-3735,031082,35Pв.рад1-2Вт68,40489,072-329,31638,174 Рв.об.рад.Вт195,441254,496 6.4 Расчет добавочных потерь в металлоконструкциях
Они вызываются полями рассеяния и выделяются в элементах конструкции трансформатора - стенках бака, ярмовых балках, прессующих кольцах и др. Расчет этих потерь достаточно сложен, но, поскольку они составляют сравнительно небольшую часть потерь короткого замыкания, могут быть определены приближенными методами.
Для расчета добавочных потерь в металлоконструкциях необходимо определить размеры бака (предварительно). Окончательные размеры бака определяются в результате выполнения компоновки активной части трансформатора в баке.
6.4.1 Межосевое расстояние
6.4.2 Средний диаметр между обмотками ВН и РО
6.4.3 Наружный диаметр обмоток
6.4.4 Ширина бака
где bобм-Б = 0,365 м - усредненное расстояние от наружной обмотки до стенки бака.
6.4.5 Длина бака
6.4.6 Периметр бака
6.4.7 Средний радиус бака
6.4.8 Добавочные потери в металлоконструкциях
где k к=2,2 при Uкз.р 11,5%; ФСТ = FСТ  ВСТ = 0,126 1,6 = 0,202 Вб - поток одного стержня.
6.5 Общие потери короткого замыкания
Полученное значение не превышает заданного +5%
7 Расчет напряжения короткого замыкания
7.1 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
Uкз.р = 11,055 %.
7.2 Активная составляющая напряжения короткого замыкания
7.3 Полное напряжение короткого замыкания
8 Расчет потерь и тока холостого хода
8.1 Расчет массы магнитопровода
8.1.1 Масса стержней магнитопровода
где Кзап=0,96 - коэффициент электротехнической стали с жаростойким покрытием; СТ = 7,65103 кг/м3 - плотность электротехнической стали; - объем стержней.
8.1.2 Масса углов магнитопровода
где - объем угла.
8.1.3 Масса ярм магнитопровода
где ;
Кус.яр=1,02 - коэффициент усиления ярма. 8.1.4 Полная масса магнитопровода
8.2 Потери холостого хода
где Рстерж = 1,014 Вт/кг, Рярм = 0,96Вт/кг, Ругл = 0,981 Вт/кг, Рстык = 455,2 Вт/м2 - удельные потери Рхх, соответствующие индукциям ВСТ; ; ; - определяются по таблице 8.1. [1];
; nстык = 8; Кр.отв, Кр.техн, Кр.прес, Кр.шихт.яр, Кр.ф.яр - коэффициенты увеличения потерь на соответствующих участках магнитопровода вследствие конструкции и технологии изготовления магнитопровода.
8.3 Намагничивающая мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе
где qстерж = 1,42 Вар/кг, qярм = 1,295 Вар/кг, qугл = 0,981 Вар/кг - удельная намагничивающая мощность в стыках магнитопровода; qстык = 8∙104 Вар/м2 - удельная намагничивающая мощность в стыках магнитопровода; Кq.отв, Кq.техн, Kq.ф.яр - коэффициенты увеличения мощности на соответствующих участках магнитопровода вследствие конструкции и технологии изготовления магнитопровода.
8.4 Реактивная составляющая тока холостого хода
8.5 Активная составляющая тока холостого хода
8.6 Полный ток холостого хода
9 Тепловой расчет трансформатора
Задача теплового расчета состоит в определении превышения температуры обмоток и верхних слоев масла над температурой окружающей среды и выборе системы охлаждения, обеспечивающей значения этих превышений не выше нормализованных: [Qобм]=65С и [Qв.сл.м.]=60С.
9.1 Расчет превышения температуры катушки над маслом
9.1.1 Удельная тепловая нагрузка теплоотдающей поверхности катушки где Кзакр.кат.нн - коэффициент закрытия части поверхности катушки изоляционными прокладками, создающими канал между катушками,
где bпрокл.нн = 0,04 м, nпрокл.нн= nпрокл.вн= 18; Кдоб.кат.нн = 0,15697- коэффициент, учитывающий действие добавочных потерь, равный отношению суммы добавочных потерь в обмотке к основным потерям;
где ; bпрокл.вн = 0,05 м .
9.1.2 Расчет превышения температуры катушки над маслом
где ;
; где ;
9.2 Расчет превышения температуры масла над воздухом
Превышение температуры масла над воздухом определяется двумя способами исходя из норм нагрева масла и норм нагрева обмоток.
9.2.1 Превышение температуры масла над воздухом исходя из норм нагрева масла
,
где .
Для расчета высоты бака представлен рисунок 9.1.
Принимаем HМО=2,4м Выбираем радиатор М0-2400
,
Ктц - коэффициент, учитывающий взаимное расположение тепловых центров трансформатора,
9.2.2 Превышение температуры масла над воздухом, исходя из норм нагрева обмоток
,
где Q(кат.мс)макс - превышение температуры наиболее нагретой обмотки над маслом.
В качестве расчетного берем Qмс.ср = 40,248С.
9.3 Расчет количества радиаторов для системы охлаждения типа М
9.3.1 Расчетные потери трансформатора
.
9.3.2 Удельная тепловая нагрузка поверхности бака
.
9.3.3 Тепловой поток, отводимый поверхностью бака
9.3.4 Тепловой поток, отводимый радиатором
.
9.3.5 Удельная тепловая нагрузка радиатора
,
где Кохл = 0,42 для системы охлаждения М [1].
9.3.6 Необходимое число радиаторов
,
где Fрад = 43 м2 Рисунок 9.1. Для расчета высоты бака hБ-ня = 0,05 м, hБ-вя = 0,1 м
10 Компоновка активной части в баке
10.1 Наносим концентры обмоток трансформатора на расстоянии LМО диаметром ДРО.нар и их оси, полки верхних ярмовых балок, элементы раскрепления активной части в баке. В плане активной части отводы обмотки ВН будем располагать вниз от концентров обмоток, отводы обмотки НН - вверх.
10.2 От обмотки РО откладываем изоляционное расстояние S1 = 170 мм до линейного отвода ВН, диаметр изолированного отвода обмотки ВН d1 = 25 мм. Через центр изолированного отвода проводим линию 1-1, которая будет местом установки вводов ВН. Изоляционные расстояния и диаметры отводов здесь и далее берутся из табл. 11.2 [1].
10.3 Откладываем изоляционное расстояние S2 = 190 мм от изолированного отвода ВН до изолированного отвода РО другой фазы и диаметр изолированного отвода РО d2 = 20 мм.
10.4 Откладываем изоляционное расстояние S3 = 100 мм от изолированного отвода РО до стенки бака с учётом размещения элементов крепления отводов РО на планках. 10.5 Вверх от обмотки РО откладываем изоляционное расстояние S4 = 90 мм до изолированного отвода обмотки НН. Через центр отвода НН диаметром d3 = 20 мм проводим линию 2-2, которая будет местом установки вводов НН.
10.6 Откладываем изоляционное расстояние S5 = 50 мм от отвода обмотки НН до отвода обмотки НН другой фазы, т.к. обмотка НН соединена в треугольник и концы фаз будут перекрещиваться.
10.7 Откладываем изоляционное расстояние S6 = 100 мм от отвода НН другой фазы до стенки бака с учётом размещения элементов крепления отводов на деревянных планках.
10.8 Определяем ширину бака
Разделив эту величину пополам, находим ось бака.
10.9 Для размещения переключающего устройства РПН от обмоток крайней фазы откладываем изоляционное расстояние S7 = 240 мм и прибавляем к нему размер 223 мм, равный радиусу окружности расположения контактов переключателя. Таким образом, получим точку лежащую на оси 3-3 переключающего устройства. Отложив от оси 3-3 размер (S7+223) мм, получим точку, расположенную на стенке бака, которая закругляется по радиусу, равному ВБ/2 = 0,891 м. Центр оси цилиндра контактов РПН располагается с таким условием, чтобы верхний фланец переключающего устройства разместился на крышке бака.
10.10 Правая боковая стенка бака располагается от торца ярмовых балок на расстоянии 60 мм. Эта стенка делается прямой с радиусами скруглений 350 мм. Длину бака определяем по чертежу.
10.11 На расстоянии изоляционного промежутка S8 = 140 мм от правой стенки бака по линии 1-1 размещаем первый ввод ВН. Тип и размеры ввода выбираем по таблице 11.3 [1]. Следующие вводы размещаем на расстоянии 1040 мм. Диаметр проходного фланца нулевого ввода берём равным 0,75∙Д1 = 0,75∙450 = 262,5 мм, где Д1 - диаметр проходного фланца линейного ввода. Линейные вводы НН располагаем на линии 2-2. Расстояние между ними с учётом допуска принимаем 400 мм.
Рисунок 10.1. Компоновка активной части трансформатора в баке
11 Выбор вспомогательного оборудования силовых масляных трансформаторов
11.1 Выбор расширителя
Расширитель служит для защиты масла в трансформаторе от увлажнения и окисления. При наличии расширителя значительно уменьшается увлажнение и окисление масла, т.к. поверхность масла в расширителе значительно меньше, чем в баке трансформатора, не имеющего расширителя, и, следовательно, меньше поверхность соприкосновения масла с воздухом. Поэтому все трансформаторы мощностью 25 кВА и более снабжаются расширителями. Емкость расширителя с учетом колебаний температуры окружающего воздуха от -45° до +40°С составляет примерно 10% объема масла в трансформатора. Для определения массы масла в баке необходимо знать внутренний объем гладкого бака. VБ и объем, занимаемый активной частью.
VБ = ВБ  LБ  НБ = 1,7824,192,754 =20,5626м3, где Gпр = Gпр-вн+Gпр-нн = 1633,4+2405,2 - масса провода обмоток ВН и НН; а.ч.= 5750 - средняя плотность активной части для трансформатора с алюминиевыми обмотками.
Общую массу масла можно определить по формуле
Gмасла = 1,05[0,9(VБ - Vа.ч.)103+Gм.эл] = 1,05[0,9(20,56 - 2,923)103+1668] = 18420,6 кг,
где 1,05 - коэффициент, учитывающий массу масла в радиаторах;
- масса масла в радиаторах - элементах систем охлаждения силовых трансформаторов.
В результате расчета выбираем расширитель со следующими параметрами:
- внутренний диаметр расширителя 1260 мм;
- толщина стенок 4,0 мм;
- длина расширителя 2000 мм;
- услов. проход маслопровода 80;
- объем расширителя 2500 л;
- масса масла в расширителе 1065 кг;
- расстояние от нижней части расширителя до контрольных отметок:
h1 = 100 мм, h2 = 430 мм,
h3 = 590 мм.
На рисунке 11.1 показаны основные данные расширителя.
11.2. Выбор термосифонного фильтра
Термосифонные фильтры применяют для непрерывной автоматической регенерации масла в трансформаторе с целью удлинения срока службы трансформаторного масла, замедления его старения.
Фильтр устанавливается на баке трансформатора при помощи двух своих патрубков, которыми он присоединяется к плоским фланцам, установленным на патрубках бака трансформатора. Термосифонный фильтр заполняется поглощающим веществом - селикагелем. Вследствие разности температур масла в баке работающего трансформатора и в термосифонном фильтре возникает конвекционная циркуляция масла через фильтр сверху вниз.
Омываемый маслом селикагель отбирает из масла влагу, кислоты и перекисные соединения, образующиеся в процессе старения масла и твердой изоляции трансформатора. Селикагель в термосифонный фильтр загружают через верхний бункер, а отработанный высыпают через бункер внизу. В бункерах установлены металлические решетки с сетками, предотвращающие попадание селикагеля в бак трансформатора.
Необходимое количество селикагеля в зависимости от массы масла в трансформаторе принимаем 100 кг по таблице 12.3 [1], берём 2 фильтра. Выбираем термосифонные фильтры с размерами (рисунок 12.2): диаметр 585 мм, высота 1430 мм, расстояние между присоединительными патрубками 1100 мм. 11.3 Выбор радиаторов системы охлаждения
Для мощности трансформатора, используемого в данном курсовом проекте, наиболее широкое применение имеют двойные трубчатые охладители. Они состоят из 4-х рядов круглых труб с наружным диаметром 51 мм по 16 труб в ряду, изогнутых по концам. Концы труб вварены в два прямоугольных коллектора. Коллекторы снабжены двумя круглыми патрубками с фланцами, при помощи которых охладитель присоединяется к баку трансформатора. Ширина всех охладителей стандартная, равная 710 мм. Размеры охладителей нормализованы по расстоянию между осями верхнего и нижнего патрубков (Нмо). Тип охладителя выбирается в зависимости от высоты бака. Основные данные трубчатых охладителей приведены в таблице 9.1. [1]. Рисунок 11.1. Размер расширителей трансформатора
Рисунок 11.2. Фильтр термосифонный
12 Описание конструкции трансформатора
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики.
Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, он состоит из целого ряда число конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную 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 и др.
Магнитопровод трансформатора представляет собой замкнутую магнитную цепь, предназначенную для прохождения главного магнитного потока, сцепленного с обеими обмотками. Для силовых трансформаторов преимущественно применяют магнитопроводы стержневого типа. Трёхфазные трансформаторы имеют три стержня, которые соединены верхними и нижними ярмами.
Магнитопровод трансформатора собирается из пластин листовой электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов пластины изолируются друг от друга нанесением лаковой или химической изоляционной плёнки.
Сборки пластин производится в переплет, что приводит к уменьшению намагничивающего тока трансформатора и увеличению механической прочности собранного магнитопровода.
Внутри магнитопроводов трансформаторов для лучшего отведения тепла, возникающего от потерь в стали, устраиваются охладительные каналы, по которым циркулирует масло. Ярмо магнитопровода имеет в сечении такелажную ступенчатую форму.
Обмотки силовых трансформаторов обычно подразделяют на обмотки высшего и низшего напряжения (ВН и НН). Обмотки представляет собой часть электрической цепи, в связи с чем она состоит из проводникового материала (медь) и изоляционных деталей. В комплект обмотки входят также выводные концы, ответвления для регулирования напряжения и ёмкостные кольца.
Расположение обмоток ВН и НН на стержне у силовых трансформаторов применяются преимущественно концентрическое. Ближе к стержню расположена обмотка НН, так как ввиду более низкого напряжения её легче изолировать от стержня. Между обмотками помещают изоляционные цилиндры. Обмотки ВН и НН выполняются непрерывными обмотками.
Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора. Для обеспечения достаточного охлаждения обмоток и магнитопровода активную часть помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом.
Для увеличения теплоотдающей поверхности бака, в стенки вваривают трубы, к бакам пристраивают охладители в виде радиаторов или отделительных охлаждающих устройств.
Заключение В данном курсовом проекте был рассчитан трансформатор мощностью 12,5 МВА с приемлемыми потерями короткого замыкания Ркз = 68,835 кВт, потерями холостого хода Рхх = 12,293 кВт, напряжением короткого замыкания Uкз = 11,07%, током холостого хода iхх = 1,237%, намагничивающей мощностью Qхх = 187,343 кВАр. Проведение теплового расчёта позволило выяснить среднее превышение температуры масла трансформатора над воздухом Qмс.ср = 40,248°С, а также необходимое число радиаторов nрад = 6. В качестве обмотки НН была выбрана равномерно непрерывная с числом витков в катушке Wкат = 12, числом катушек nкат = 150, намотанная проводом высотой hпр = 6,7 мм, шириной bпр = 3 мм, с числом параллельных проводов nпар = 8. В качестве обмотки ВН была выбрана равномерно непрерывная обмотка с числом витков в катушке Wкат = , числом катушек nкат = 122, намотанная проводом высотой hпр = 6,3 мм, шириной bпр = 2 мм. Регулировочная обмотка выполнена слоевой многовинтовой с осевыми каналами с числом заходов mзах. = 10, намотанная проводом высотой hпр = 6,3 мм, шириной bпр = 2 мм.
В результате расчёта динамической стойкости трансформатора при КЗ получили суммарное напряжение в проводнике от радиальных и осевых сил, не превышающее допустимое.
Таким образом, спроектирован трансформатор, который соответствует исходным данным и пригоден для эксплуатации. Литература
1 Терентьева М.А., Борю Ю.Ц., Леунова Е.М. Расчет силовых масляных трансформаторов: Методическое указание к курсовому проектированию. - Тольятти: ТГУ, 1998-46с.ил.
2 Тихомиров О.М.Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов. 5-е изд.,перераб и доп. - М:Энергоатомиздат, 1986-528с.ил.
3 Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебное пособие для Вузов.-М:Энергоатомиздат,1990-624с.ил.
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
103
Размер файла
9 734 Кб
Теги
щекотов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа