Расчет силового трёхфазного масляного двухобмоточного трансформатора с плоской магнитной системой
Федеральное агентство по образованию
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ По теме:
“Растет силового трёхфазного масляного двухобмоточного трансформатора с
плоской магнитной системой”
Выполнил студент Э-6041 группы____________Бахлуев В.А.
подпись, дата
Руководитель ___________ Чернышова А.С.
подпись, дата
Владивосток 2011
1.Технические условия на проектирование
В
данной курсовой работе рассматривается расчет трехфазного масляного
трансформатора мощностью 3400 кВА, класса
напряжения 35 кВ, с системой регулирования напряжения ПБВ, в овальном баке с
прямоугольными радиаторами из 60 труб с естественной циркуляцией воздуха и
масла, продолжительного режима работы, с характеристиками, соответствующими
ГОСТ 11920 - 85.
Технические
данные трансформатора:
1. Тип трансформатора, ТМ.
2. Номинальная
мощность трансформатора, = 1800 кВА.
. Число
фаз m=3.
. Номинальные
линейные напряжения обмоток UВН = 35 кВ, UНН = 10,5 кВ.
. Частота
питающей сети, f = 50 Гц.
. Система
регулирования ПБВ, диапазон регулирования β=10 %, пределы регулирования ± β/2 = ±5 %, число ступеней ±п = ±2.
. Схема
и группа соединения обмоток - 11.
. Система
охлаждения М, масляный трансформатор с естественной циркуляцией воздуха и
масла.
. Номинальный
режим нагрузки трансформатора - продолжительный.
Кроме того, должны быть соответствующими ГОСТ 11920-85 характеристики
трансформатора:
-
номинальное напряжение короткого замыкания = 6,5 %;
номинальные
потери мощности короткого замыкания = 18,024
кВт;
номинальные
потери мощности холостого хода = 3,987
кВт;
номинальный
ток холостого хода i0Н = 1,262 %.
При
выполнении курсовой работы необходимо рассчитать трансформатор с нестандартной
номинальной мощностью, а в ГОСТе 11920-85 нет данных, соответствующих
нестандартной номинальной мощности = 3400
кВ·А. В этом случае номинальные значения параметров холостого хода и короткого
замыкания = 16,5 кВт, = 3,65
кВт, iоС = 1,3 %, = 6,5 %,
определённые по табл. 1.3 [1] для ближайшей стандартной номинальной мощности = 1600 кВА, рекомендуется пересчитать на заданную
номинальную мощность = 1800 кВА, пользуясь «законом роста» для
геометрически подобных трансформаторов при соблюдении постоянства индукции в
магнитопроводе и плотности тока в обмотках:
номинальные потери холостого хода
;
номинальные
потери короткого замыкания
;
номинальный
ток холостого хода
.
Напряжение
короткого замыкания uK практически не зависит от номинальной мощности
трансформатора. Следует принять
uKН = uKС =
7,5 %,
Согласно ГОСТ 11677-85 к трансформаторам предъявляются требования в
отношении теплового режима: средний перегрев любой из обмоток над окружающим
воздухом не должен превышать 65 °С; наибольший перегрев масла (в верхних слоях)
над воздухом - 55 °С.
К
дополнительным условиям на проектирование силового трёхфазного трехстержневого
трансформатора относятся использование для него плоской шихтованной магнитной
системы (рис.1.1), с косыми стыками из электротехнической холоднокатаной
анизотропной тонколистовой (толщина 0,35 мм) рулонной стали марки 3404 с
отжигом, с потерями в стали уровня Б (табл. 1.3 );
выполнение обмоток из медного провода.
При
выполнении курсовой работы целесообразно сначала провести предварительный
расчет трансформатора, определив диаметр стержня магнитопровода, высоту обмоток
и плотность тока в них.
Рис.1.1. Плоская шихтованная магнитная система трехфазного
двухобмоточного трансформатора с обмотками
1 - ярмо, 2 - стержень, 3 - сечение стержня
2. Предварительный расчет трансформатора
2. Предварительный расчет трансформатора для
определения диаметра стержня магнитопровода, высоты обмоток и плотности тока в
них
2.1 Диаметр стержня магнитопровода (предварительно)
,
где
SH1 - номинальная мощность трансформатора на стержень
(на фазу)
с=3
- число активных (несущих обмотки) стержней.
Выбираем
из табл.1.5 нормализованное
значение диаметра стержня магнитопровода, входящее в диапазон значений,
полученных в предварительном расчете D0=0,32 м.
Таблица
2.1.
Нормализованный
диаметр стержня, площадь поперечного сечения стержня и ярма, объем угла, высота
ярма плоской шихтованной магнитной системы с прессующей пластиной
Диаметр стержня D0,
м
|
Сечение стержня SCT,
см2
|
Сечение ярма SЯ,
см2
|
Объем угла Vy,
см3
|
Высота ярма hя,
см
|
0,32
|
733
|
744
|
20000
|
31
|
Таблица 2.2.
Размеры пакетов ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня для D0 = 0,32 м
Ширина пластин bi,см
|
15,5
|
19,5
|
21,5
|
23
|
25
|
27
|
29,5
|
31
|
Толщина пакетов аi,
см
|
1,4
|
0,8
|
0,7
|
1,1
|
1,4
|
2,4
|
2,2
|
4,0
|
.2 ЭДС на виток
,
где
SСТ - площадь поперечного сечения стержня (ступенчатой фигуры), определяемая по
табл. 1.5 , SСТ =
733 мм2;З - коэффициент заполнения сечения стержня сталью. Магнитопроводы
трехфазных трансформаторов с номинальной мощностью 1000 80000 кВА
изготавливаются из электротехнической холоднокатаной анизотропной рулонной
стали марки 3404 с толщиной листа 0,35 мм и нагревостойким электроизоляционным
покрытием. Согласно ГОСТ 21427.1 83 для этой стали коэффициент заполнения KЗ
=0,97;
Вm - расчетная индукция в стержне. В целях уменьшения количества стали
магнитной системы, массы металла обмоток и стоимости активной части
трансформатора выбираем возможно большее значение расчетной индукции из
интервала Вm = (1,60-1,65) Тл, Вm = 1,65 Тл.
.3 Число витков на одну фазу в обмотке НН
где UННФ - номинальное фазное напряжение обмотки НН (UННФ =UНН*1000
=10.5*1000 =10500 В, т.к. фазы соединены в треугольник). Принимаем число витков
на одну фазу в обмотке НН WНН=403.
.4 Окончательные значения величин:
ЭДС на виток
расчетная индукция в стержне
Полученное значение Вm близко к ранее принятому и находится в
рекомендованных пределах (см. п. 2.2).
.5.Номинальные фазные токи в обмотках ВН и НН:
где UВН и UНН - номинальные
линейные напряжения обмоток ВН и НН.
.6 Приближенное значение плотности тока в обмотках
В трансформаторах с ПБВ (рис.2.1, а)
где
- вспомогательные величины:
,
где
kr - коэффициент увеличения омических потерь в обмотках,
σ - удельная проводимость медного провода обмоток при 75˚С,
σ=47*106 См/м (см.табл. 2.9 );
δ1 , δ12 - изоляционные промежутки трансформатора (рис. 2.2)
,
δ1=20 мм, δ12=27 мм - (см. табл. 1.7 ).
.7
Площади поперечного сечения витков обмоток (предварительно)
Так
как площадь сечения витков обмотки SВВН и SВНН меньше 40 -
50 мм2, то принимаем количество параллельных проводов равным 1, nв =
1. Тогда сечение провода SПРВН = SВВН = 14,332 мм2, SПРНН = SВНН
= 27,583 мм2.
.8
Величина, обратно пропорциональная коэффициенту заполнения обмотки
проводниковым материалом:
для
обмотки ВН
для
обмотки НН
где
∆а и ∆b - средний осевой и радиальный изоляционные промежутки между
соседними проводами обмотки (рис. 2.3, 2.4, табл.1.8 [1]). Обмотки
трансформаторов классов напряжений до 35 кВ включительно наматываются проводом
марки ПБ с толщиной витковой изоляции на две стороны t=0,55 мм, с
одинаковыми масляными каналами между сдвоенными катушками шириной bМ=4
мм. Для непрерывных катушечных обмоток со сдвоенными катушками (рис. 2.4, 2.5)
∆a
= t + 0,5*(bM + bП) = 0,55 + 0,5*(4 + 1) = 3,05 мм,
∆b
= t = 0,55 мм,
где
bП - толщина прокладок (шайб), чередующихся с масляными
каналами, bП = 1 мм.
Рис.2.3.
Прямоугольный обмоточный привод при положении плашмя
Рис.2.4.
Обмоточный провод и изоляция сдвоенных катушек
2.9 Высота обмоток (предварительно)
где F - вспомогательная величина
где КУ - коэффициент увеличения радиального размера обмотки, вызванного
наличием регулировочной зоны в обмотке, дополнительной изоляцией некоторых
катушек и т.д. Для трансформаторов с ПБВ, КУ = 1.1.
.10 Уточненное значение плотности тока в обмотках
Полученное значение плотности тока входит в рекомендуемый предел (2,2 -
3,5) А/мм2.
2.11 Результаты предварительного расчета
D0, мм
|
E0, В
|
Wнн
|
Bm, Тл
|
F, м-1
|
L, м
|
IВНФ, А
|
IННФ, А
|
|
|
h, м
|
J, А/мм2
|
320
|
26,055
|
403
|
1,6507
|
27,6
|
0,004787
|
56,085
|
107,94
|
1,8022
|
1,5547
|
0,655
|
3,303
|
Рис.2.6 Элементы конструкции
трансформатора 35 кВ с ПБВ
а) - поперечный разрез трансформатора:
1 - изоляционный цилиндр, 2 - рейка, 3 -
прессующее кольцо, 4 - щиток, закрывающий кольцо, 5 - ярмовая изоляция, 6 -
опорное кольцо, 7 - набор прокладок, 8 - щиток, закрывающий ярмо. 9 -
междуфазный барьер, 10 - изоляционный цилиндр, 11 - рейка.
б) витковая изоляция обмотки НН
в) витковая изоляция обмотки ВН
Рис. 2.7. Элементы крепления винтовых и непрерывных обмоток на стержне
1-изоляционный цилиндр, 2-рейка, 3-прокладка, 4-провод обмотки
а)- часть обмотки;
б)-катушка непрерывной обмотки с дробным числом витков;
в) - рейка, прокладка и изоляционный цилиндр;
г) - прокладка
3 . Расчет обмоток высшего напряжения (ВН)
Для
силовых трансформаторов рассматриваемых классов напряжения в качестве обмотки
применяется непрерывная катушечная обмотка, причем при номинальных мощностях трансформаторов
до 4000 кВА включительно одинарные катушки заменяют сдвоенными, в которых
масляные каналы через один чередуются с шайбами из электрокартона толщиной 1 мм
(рис. 2.5).
Непрерывная
катушечная обмотка состоит из горизонтальных катушек, намотанных прямоугольным
проводом, положенным плашмя. Катушка непрерывной обмотки имеет несколько
витков, расположенных в радиальном направлении рядом друг с другом. Виток
катушки состоит из nв параллельных проводов. Катушки наматываются на
изоляционных рейках, на которых закрепляются изоляционные прокладки (рис. 2.7),
создающие масляные каналы между катушками.
Расчет
обмотки ВН заключается в определении числа витков, размеров провода и числа
параллельных проводов, выборе числа катушек и распределении витков между катушками,
нахождении осевого и радиального размеров обмотки.
.1 Число витков в основной ступени напряжения обмотки ВН
Полученное значение числа витков WВН округляем до ближайшего четного целого числа, WВН=776.
Для окончательного значения числа витков WВН уточняем значение фазного напряжения обмотки ВН
которое не должно отличаться больше чем на 0,25% от заданного
номинального фазного напряжения обмотки ВН:
.2 Число витков в регулировочной ступени
где
= 10% и n = 2, см. задание на КР.
Полученное
значение WРС округляем до ближайшего целого числа, принимаем WРС =
19.
.3
Для полученных чисел витков Wвн и Wрс проверку соответствия коэффициентов
трансформации отношению заданных напряжений можно заменить проверкой напряжений
на основной и крайних ступенях регулирования обмотки ВН. Проверку проведем в
табличной форме (табл. 3.1)
Таблица
3.1
Проверка
фазных напряжений на основной и крайних ступенях регулирования
Ступени регулирования
|
Высшая
|
Основная
|
Низшая
|
1.
Число витков (Wвн + n * Wрс)= = 776 + 2*19 =814 Wвн 776 Wвн n * Wрс=
2.Действительное
напряжение ступени, В (Wвн +n *Wрс ) * E0 = = (776 + 2*19)*26,055
= =21208,8 Wвн *Е0 = = 776*26,055 = =20218,7 (Wвн
n * Wpc*E0=
=(776-2*19)*26,055
=
3.Стандартное
значение напряжения ступени, В ( 1 + *102/2)* Uвнфн =
=(1+10*102/2)*20207.3=
=21217.62Uвннф=20207.3( 1
*102/2)* Uвннф=
=(1-10*102/2)*20207.3=
= 19196.9
|
|
|
|
4.Разность напряжений во
второй и третьей строках ( с учетом знака),В
|
21208,8-
21217.62 = -8,8
|
20218.7 -
20207.3= = 11,4
|
19228,6-
19196.9= = 31,7
|
5.Разность напряжений в
процентах от номинального
|
(-8,8/
21217.623)*100 = -0.0415%
|
(11,4/ 20207.3)*100
= = 0.0565 %
|
(31,7/
19196.9)*100 =0.1651%
|
Разности
напряжений в процентах не превышают значений, установленных ГОСТом 11677 - 85
(± 0.5%) (табл. 1.4 , строка
1).
.4
Уточненное поперечное сечение витка обмотки ВН
Так
как площадь сечения витка получилась меньше чем 40 - 50 мм2, то берем число параллельных
проводов nВ = 1. Тогда уточненное сечение провода
SПРВН = SВВН
= 16,98 мм2.
3.5
Осевой размер голого провода для обмоток класса 35 кВ (предварительно)
где
k отношение осевого (а0) и радиального (b0) размеров провода. Если отношение
осевого (а) и радиального (b) изоляционных промежутков аb = 3,05/0,55 = 5,545,
то есть 2<аb <6, принимаем k = аb =5,545.
По
предварительным размерам а0 и SПРВН выбираем провод с ближайшими стандартными
размерами, записываем его размеры в виде дроби и определяем значения k и
плотности тока (окончательно): а0=10 мм, =1,7 мм,
k= а0 / b0=10/1,7=5,88,
где
SПРВН - стандартное значение площади провода, SПРВН
= 16,64 мм2;
а
и b - осевой и радиальный размеры изолированного провода:
.6
Число катушек nk определяют из уравнения
,
где
nY, bY - число и высота усиленных каналов, определяемых
конструкцией продольной изоляции. nY1 = 6, bY1 = 6 мм, nY2 =
8, bY2 = 4 мм, nY3 = 1, bY3 = 10 мм,
Полученное
значение nK округляем до большего целого четного числа, кратного
четырем, в трансформаторах с ПБВ, принимаем nK = 48.
.7
Среднее число витков в катушке обмотки ВН
.8
Число витков регулировочных катушек и число этих катушек
Так
как число витков WCP меньше числа витков регулировочной ступени WPC,
то регулировочная ступень выполняется из двух катушек. Число витков
регулировочной катушки в этом случае WPK= WPC/2 = 19/2 =
9,5, тогда всего регулировочных катушек nPK= 4*n =
4*2 = 8, с числом витков:
.
.9
Число витков в нормальной (не регулировочной) катушке
где
nN - число нормальных катушек, nN = nK - nPK =
48-8 = 40.
Так
как число WN дробное, то выполняем два типа нормальных катушек: N1
нормальных катушек имеет = 18 витков в катушке, а N2 нормальных
катушек = 19 витков. N1 и N2
определяются из уравнения:
Окончательное
распределение витков по катушкам проверяется заполнением табл. 3.2.
Таблица
3.2
Распределение
витков по катушкам в непрерывной катушечной обмотке с ПБВ
Тип катушки
|
Количество катушек
|
Витков в катушке
|
Общее число витков
|
Регулировочные
|
nPK = 8
|
WPK = 9,5
|
nPK * WPK
= = 8*9,5 = 76
|
Нормальные
катушки N1=22 N2=18 = 18
= 19N1* = 22*18= 396
N2* = 18*19
= 342
|
|
|
Итого
|
nK = nPK+ N1
+ +N2 =48
|
_ _ _ _ _
|
WВН + n*WPC= 76+396+342 = 814
|
.10 Радиальный размер нормальной катушки обмотки ВН трансформатора с ПБВ
Так
как WN - дробное, то равно
целой части числа WN, увеличенной на единицу.
.11
Высота регулировочной зоны
где
, bМ -
высота разрыва в середине регулировочной зоны и ширина масляного канала в
регулировочной зоне.
Определение
окончательного значения высоты обмотки ВН и высоты окна проводится в табличной
форме (см. табл.3.3).
Таблица
3.3
Высота
окна и обмотки ВН трансформатора с ПБВ
Наименование
|
Количество
|
Осевой размер, мм
|
Высота, мм
|
1. Катушки
|
nK = 48
|
а= 10,55
|
nK *=48*10,55 = 506,4
|
2. Каналы в середине
регулировочной зоны
|
1
|
10
|
10
|
Каналы на концах обмотки
|
6
|
6
|
36
|
Каналы между нормальными
катушками
|
NK = nK\2 = 48\2 = 24
|
4
|
4* NK = 4*24 = 96
|
Прокладки
|
NПР = (nK\2) - 1 - nY = 24 - 1 - 7 = 16
|
1
|
16
|
3. Все каналы
|
7 + NК + NПР
= nK - 1= 7 + 24 + 16 =47
|
_ _ _ _ _
|
hк =10 + 36 + 4* NК + NПР
= 10 + 36 + 96 + 16 = 158
|
4.
Высота обмотки до прессовки hДП _
_ _ _ __ _ _ _ _
506,4 + 158 = 664,4
|
|
|
|
5. Уменьшение высоты
обмотки из-за прессовки
|
((hДП - h
)/ hк)*100 =(9,4/158) *100= 5,95 %
|
_ _ _ _ _
|
664,4-655 = 9,4
|
6. Высота обмотки после
прессовки h
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
664,4 - 9,4 = 655
|
7. Расстояние до верхнего
ярма
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
|
8. Расстояние от обмотки до
нижнего ярма
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
65
|
9. Высота окна hО
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
655 + 140 + 65 = 860
|
В табл. 3.3:
-
изоляционный промежуток от обмотки ВН до прессующего кольца или нижнего ярма;
- толщина
прессующего кольца;
- зазор
между прессующим кольцом и верхним ярмом,
(см.
табл.1.7 и рис.
2.6).
4.
Расчет обмотки низшего напряжения (НН)
В
качестве обмотки НН трансформатора принимаем непрерывную катушечную обмотку со
сдвоенными катушками.
Для
трансформаторов с системой регулирования ПБВ в обмотке ВН имеется
регулировочная зона. В этом случае в обмотке НН любого типа напротив
регулировочной зоны обмотки ВН обязательно предусматривается “разгон витков”
(см. лист 3). Он состоит в том, что на высоте, равной регулировочной зоне,
увеличивают ширину масляных каналов и уменьшают число витков.
Расчет
непрерывной катушечной обмотки НН заключается в определении размеров провода и
числа параллельных проводов, выборе числа катушек и распределении витков между
катушками, нахождении радиального размера обмотки и проверке высоты обмотки и
окна.
4.1 Сечение
витков обмотки (предварительно)
.2
Предварительное значение поперечного сечения провода
,
где
SПРНН - предварительное значение поперечного сечения
провода.
Так
как площадь сечения витка получилась меньше чем 40 - 50 мм2, то берем число
параллельных проводов nВ = 1.
4.3
Осевой размер голого прямоугольного провода (предварительно)
По
предварительным размерам а0 и Sпрнн выбираем провод с ближайшими стандартными
размерами, записываем его размеры в виде дроби и определяем значения k и
плотности тока (окончательно): а0=14 мм, =2,36 мм,
k= а0 / b0=14/2,36=5,93,
трансформатор обмотка короткий замыкание
где
-
стандартное значение площади провода, SПРНН = 32,49 мм2;
а
и b осевой и радиальный размеры изолированного провода:
.4
Число витков в зоне разгона (предварительно)
.5
Число витков нормальных катушек (предварительно)
4.6
Высота нормальных катушек
где
h - высота обмотки, взятая из табл.3.3;
hРЗ -высота
регулировочной зоны обмотки ВН, равная высоте зоны разгона витков, (см. п.
3.11).
.7
Число нормальных катушек nN определяют из уравнения
,
Полученное
значение округляем до целого значения кратного четырем в трансформаторах с ПБВ.
Принимаем nN = 32.
.8
Число витков в нормальной катушке (предварительно)
.9
Число катушек в зоне разгона
Полученное
значение округляем до четного числа, принимаем nРАЗ = 4.
4.10
Число витков катушки в зоне разгона
Полученное
значение округляем до целого числа, принимаем WКРАЗ = 10.
.11
Уточненное число витков в зоне разгона
4.12
Уточненное число витков в нормальных катушках
4.13 Число
витков нормальной катушки
Так
как число витков WKN дробное выполняем два типа нормальных катушек: N1
нормальных катушек имеет = 11
витков в катушке, а N2 нормальных катушек = 12
витков. Определим N1 и N2 из уравнения:
Окончательное
распределение витков по катушкам проверяется заполнением таблицы 4.1.
Таблица
4.1.
Распределение
витков по катушкам в непрерывной катушечной обмотке с ПБВ
Тип катушки
|
Количество
|
Число витков в катушке
|
Общее число витков
|
В зоне разгона
|
nРАЗ
= 4
|
WКРАЗ = 10
|
nРАЗ * WКРАЗ = = 4*10 = 40
|
Нормальные
катушки N1=21 N2=11 = 11
= 12N1* = 21*11 =
231
N2* = 11*12 = 132
|
|
|
Итого
|
nK = nРАЗ + N1
+ +N2 =4+21+11
= 36
|
_ _ _ _ _
|
WНН = 40+231+132 = 403
|
.14 Ширина канала в зоне разгона
Округляем полученное значение до целого числа, принимаем bМРАЗ = 21 мм.
.15 Радиальный размер нормальной катушки обмотки НН
4.16 Среднее число витков катушки
4.17 Определение окончательного значения высоты обмотки НН и высоты окна
производим в табличной форме (табл. 4.2)
Таблица 4.2
Высота окна и обмотки НН трансформатора с ПБВ
Наименование
|
Количество
|
Осевой размер, мм
|
Высота, мм
|
1. Катушки
|
nK = nN + nРАЗ = =32+4 = 36
|
= 14,55nK *=36*14,55 =523,8
|
|
2. Каналы в зоне разгона
|
nРАЗ -1 = 4 -1 = 3
|
bМРАЗ = 21
|
21*3 = 63
|
3. Каналы между нормальными
катушками
|
Nk = nN/2 = 32/2 = 16
|
4
|
4*16 = 64
|
4. Прокладки
|
NПР = nN/2 = 16
|
1
|
16
|
5. Все каналы
|
16+3+16 = 35 = nk -1
|
_ _ _ _ _
|
hk = 63 + 64 + 16 = 143
|
6. Высота обмотки до
прессовки hДП
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
523,8 + 143 = 666,8
|
7. Уменьшение высоты
обмотки из-за прессовки
|
((hДП - h
)/ hк)*100= 11,8/143= 8,25%
|
_ _ _ _ _
|
666,8 - 655
= 11,8
|
8. Высота обмотки после
прессовки h
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
655
|
9. Расстояние от обмотки до
верхнего ярма
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
|
10. Расстояние от обмотки
до нижнего ярма
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
65
|
11. Высота окна h0
|
_ _ _ _ _
|
_ _ _ _ _
|
140 + 655
+ 65 = 860
|
5 . Масса и активное сопротивление обмоток
.1 Масса проводников обмотки ВН на один стержень
где
удельный вес медного провода обмотки ,g=8.89*103, (см.
табл. 2.9 );ввн -
сечение витка (м2) обмотки ВН;срвн средний диаметр (м)
.2
Сопротивление обмотки ВН при температуре 20 С
где
удельное сопротивление меди провода обмотки при температуре
20 С, =0,0175*10-6Ом*м (см. табл. 2.9 ).
.3
Масса провода обмотки НН на один стержень
где
удельный вес провода обмотки ,g=8,89*103;внн сечение витка
(м2) обмотки НН;срнн, средний диаметр (м)
5.4
Сопротивление обмотки НН при температуре 20 С
6.
Определение размеров и веса магнитопровода
.1
Расстояние между осями обмоток или стержней (рис. 6.1, б)
где
Dнар внешний диаметр наружной обмотки, м. В двухобмоточных трансформаторах с
ПБВ
где
мф изоляционное расстояние между фазами, мф=30мм (см. рис.2.2 и табл.1.7 ).
.2
Длина магнитопровода (рис. 6.1, б)
.3
Вес угла (см. рис. 6.1, а)
где
Vу объем угла (табл. 2.1);
с
плотность электротехнической холоднокатаной стали, кг/см3.
.4
Вес стержней
где
nСТ число стержней, в трехфазных трансформаторах nСТ = 3.
.5
Вес ярем
где
SЯ поперечное сечение ярма, табл. 2.1.
.6
Полный вес магнитопровода
Рис. 6.1. К расчету размеров и веса магнитопровода
- стержень , 2 - ярма, 3 - углы
а) - участки магнитной системы
б) - расстояния между осями обмоток
7 . Напряжение короткого замыкания
Напряжением
короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется напряжение,
которое при номинальной частоте следует подвести к выводам первичной обмотки
при замкнутой накоротко вторичной, чтобы в них установились номинальные токи.
Напряжение короткого замыкания приводится к нормированной расчетной температуре
(обычно это 75 С), выражается в процентах номинального напряжения обмотки и
обозначается uК. Напряжение uК можно вычислять и в относительных единицах.
Сопротивление короткого замыкания ZК (параметр схемы замещения), выраженное в
процентах или относительных единицах равно напряжению короткого замыкания uК,
выраженному в тех же единицах. От значения напряжения uК зависят условия
параллельной работы, изменение напряжения под нагрузкой, значение тока
короткого замыкания, электродинамические силы, действующие в обмотках при
коротких замыканиях. Значение напряжения короткого замыкания нормируется
соответствующими стандартами. Так, для двухобмоточных трансформаторов класса
напряжения 35 кВ с ПБВ напряжение uК должно соответствовать ГОСТ 11677 85.
Если в результате расчета значение напряжения uК для проектируемого
трансформатора выходит за указанные пределы, необходимо перепроектировать
обмотки ВН и НН.
.1
Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания uКХ в процентах
где
Sн1 номинальная мощность трансформатора на один стержень, ВА; средняя высота
обмотки, м (табл.3.3 и 4.2);
сумма
произведений диаметров обмоток на изоляционные расстояния между ними
где
D12 - средний диаметр канала рассеяния
коэффициент Роговского для продольного поля рассеяния, учитывающий отклонения
реального поля рассеяния от идеального параллельного поля,
где
u, приведенная высота обмоток и односторонняя ширина обмоток фазы:
Для
u 1.5 коэффициент Роговского можно определить по формуле
Значение
коэффициента входит в пределы 0.93 0.97.
.2
Активная составляющая напряжения короткого замыкания
где
PKN, SH потери короткого замыкания в кВт (приведены в
технических условиях на проектирование), номинальная мощность в кВА (см.
задание).
.3
Напряжение короткого замыкания
Отклонение
uК от стандартного значения uКН в процентах
где
стандартное значение напряжения короткого замыкания,
(см. технические условия на проектирование). ЗначениеDuК не выходит за пределы допустимых значений ±10% (табл. 1.4 [1]).
8.
Определение потерь мощности короткого замыкания
Потери короткого замыкания PК состоят из:
основных потерь в обмотках PОС;
потерь от вихревых токов PВХ;
потерь в обмотках от циркулирующих токов PЦ;
потерь в баке и ферромагнитных элементах конструкции РБ.
Потери от вихревых токов, наведенных полем рассеяния в обмотках, зависят
от частоты тока f, радиального
размера b0 проводников обмотки и их
расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора.
Потери в обмотках от циркулирующих токов возникают при числе параллельных
проводов nв обмотки большем единицы. Эти потери снижают, выполняя транспозицию
параллельных проводов обмотки, поэтому потери в обмотках от циркулирующих токов
зависят от типа транспозиции. В рассчитываемом трансформаторе число
параллельных проводов nв=1, поэтому потери от циркулирующих токов PЦ = 0.
Потери мощности РБ обусловлены полями рассеяния обмоток и отводов
трансформатора, замыкающимися по ферромагнитным деталям конструкции
трансформатора - стенкам бака, прессующим балкам ярем, прессующим кольцам
обмоток и т. д. Эти потери возникают в ферромагнитных деталях от явлений
гистерезиса и вихревых токов.
.1 Основные потери в медных обмотках
для обмотки ВН
где
- масса
провода трех фаз обмотки ВН
для
обмотки НН
где
- масса
провода трех фаз обмотки НН
8.2
Потери от вихревых токов в обмотках, в относительных единицах
для
обмотки ВН
где
b0 - радиальный размер голого провода соответствующей
обмотки;
nX - число
проводников в радиальном направлении соответствующей обмотки
δY -
коэффициент заполнения обмотки по высоте материалом провода:
для
обмотки НН
.3
Суммарные потери в обмотках
для
обмотки ВН
для
обмотки НН
.4
Общие потери в баке и в других ферромагнитных элементах конструкции
где
К - коэффициент, определяемый по формуле линейной интерполяции:
где
К1 - значение коэффициента по табл. 4.1 для SН’ =
3000 кВА,
К2
- для мощности SН” = 4000 кВА.
8.5
Потери короткого замыкания трансформатора
Потери
в обмотках трансформатора рассчитываются в табличной форме, (табл.8.1.)
Таблица
8.1.
Потери
в обмотках трансформатора
Обмотка
|
Основные, кВт
|
Добавочные
|
Суммарные, кВт
|
|
|
в относит. единицах
|
кВт
|
|
ВН
|
POCBH = 17,44
|
РВХВН = 0,01077
|
РВХВН*РОСВН =
17,44*0,01077= 0,1878
|
РОБВН = 17,63
|
НН
|
РОСНН = 11,52
|
РВХНН = 0,01903
|
РВХНН*РОСНН =
11,52*0,01903= 0,2192
|
РОБНН = 11,74
|
Всего
|
РОСВН+РОСНН =17,44+11,52=
28,94
|
_______
|
ΣРДОБ = 0,1878+0,2192= 0,407
|
РОБВН + РОБНН =
17,63+11,74= 29,37
|
9. Определение параметров упрощенной схемы замещения трансформатора
.1 Сопротивления схемы замещения в относительных единицах численно равны
соответствующим напряжениям короткого замыкания в тех же единицах:
полное сопротивление короткого замыкания
активная составляющая сопротивления короткого замыкания
индуктивная составляющая сопротивления короткого замыкания
где uKX = 7,584% (см. п. 7.1.);
уточненное значение uKA
uKA = ;
уточненное
значение uK
uK = .
9.2
Сопротивления короткого замыкания ZK, rK, xK в
абсолютных единицах:
10.
Потери мощности при нагрузке и КПД трансформатора
Потери активной мощности в трансформаторе подразделяются на электрические
потери РЭЛ в обмотках и магнитные потери РМГ в сердечнике. Добавочные потери на
вихревые токи в обмотках РВХ от полей рассеяния включаются в электрические
потери. К этим же потерям относятся потери на гистерезис и вихревые токи от
полей рассеяния в стенках бака и в крепежных деталях РБ.
Магнитные потери РМГ при всех нагрузках и при первичном напряжении U1 = U1H = const принимаются, согласно ГОСТ 11677-85,
равными мощности холостого хода Р0 при этом напряжении.
Электрические
потери РЭЛ, включая РДОБ и РБ, при номинальном токе, принимаются равными
потерям мощности короткого замыкания РК при этом же токе.
Электрические
потери РЭЛ при любой нагрузке в соответствии с ГОСТ 11677-85 принимаются
равными , где
КНГ=IНН/ IНН Н
представляет
собой коэффициент нагрузки трансформатора для текущего значения тока IНН.
.1Суммарные потери трансформатора при U1=U1H=const и КНГ = 1
Результаты расчета всех видов потерь представлены в табл.10.1
Таблица 10.1
Потери трансформатора в номинальном режиме
Виды потерь
|
Данные расчета
|
Данные стандарта
|
Отклонения от стандарта
|
|
кВт
|
%
|
|
кВт
|
%
|
1. Основные потери в
обмотках
|
РОСВН+РОСНН = 28,94
|
0,8512
|
-
|
-
|
-
|
2. Добавочные
|
ΣРДОБ = 0,407
|
0,01197
|
-
|
-
|
-
|
3. В баке
|
|
0,0316
|
-
|
-
|
-
|
4. Короткого замыкания
|
|
0,8953
|
|
|
2,51
|
5. Холостого хода
|
|
0,1639
|
|
|
0
|
Полные
|
|
1,152
|
|
|
2,51
|
10.2 Коэффициент полезного действия трансформатора
КПД
рассчитанного трансформатора для и
коэффициента нагрузки
= 1 в
процентах
КПД
трансформатора со стандартными значениями потерь РОН и РКН для и коэффициента нагрузки = 1 в
процентах
11.
Оценка спроектированного трансформатора
=35/10.5
кВ, схема соединения = Y/Δ - 11.
Таблица11.1
Сравнение
показателей спроектированного трансформатора с требованиями стандартов.
Показатели
|
Sн , кВАi0 , %P0 , кВтuк ,
%Pк , кВт,%
|
|
|
|
|
|
Рассчитанные
|
3400
|
-------
|
-------
|
|
30,4
|
|
Стандартные
|
3400
|
0,9373
|
5,754
|
7,5
|
29,656
|
|
Допустимые отклонения
|
-------
|
±30%
|
±15%
|
±10%
|
±10%
|
-------
|
Отклонение от стандартного
значения в процентах
|
-------
|
-------
|
-------
|
1,787
|
2,51
|
0,02021
Согласно заданию необходимо был спроектирован силовой трёхфазный масляный
двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой, мощностью SH=3400 кВ*А, номинальными линейными
напряжениями UВН/UНН = 35/10,5 кВ при частоте f=50 Гц, схемой и группой соединения обмоток Y/∆ -11, системой регулирования
напряжения ПБВ, количеством ступеней регулирования ±n = ±2, диапазоном регулирования напряжения β = 10%, напряжением одной ступени
регулирования 2,5%, всего ±2*2,5% = ±5%, номинальным напряжением короткого
замыкания uKН =7,5%, номинальными потерями
мощности холостого хода РОН=5,754 кВт, номинальными потерями короткого
замыкания РKH=29,656 кВт. В качестве базовой модели принята конструкция
трехфазного масляного трансформатора типа ТМ с системой охлаждения М.
Характеристики рассчитанного трансформатора удовлетворяют требования
стандартов; отклонения рассчитанных величин от задаваемых техническими
условиями не превышают допустимых. Полученные в расчете значения номинальных
потерь короткого замыкания Pк =30,44 кВт и номинального напряжения короткого
замыкания uK =7,634 %.
Библиографический список
. Чернышова
А.С. Трансформаторы: учеб. - метод. пособие / А.С. Чернышова, Э.Г.Владимирова,
В.Д.Сергеев.- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. - 123 с.
. Трансформаторы
силовые. Общие технические условия. ГОСТ 11677-8
. Васютинский
С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. - Л.: Энергия, 1970.
. Вольдек
А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику.
Трансформаторы. Машины постоянного тока. Учеб. Для вузов.-СПб.: Питер, 2008.
. Васютинский
С.Б., Красильников А.Д. Расчет и проектирование трансформаторов. Расчет
обмоток. Учеб. Пособие - Л.: Изд.
ЛПИ, 1976.
. Тихомиров
П.М. Расчет трансформаторов. Учеб. Пособие для вузов. - 5-е изд. перераб. и
доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
. Васютинский
С.Б., Красильников А.Д. Расчет магнитной системы трансформаторов: метод.
указания к выполнению курсового проекта. - Л.; Изд. ЛПИ, 1976.
. Копылов
И.П. Электрические машины: учебник для вузов/И.П. Копылов. - 5-е изд., стер. -
М.: Высш. шк., 2006.
. Иванов
- Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов - М.: Энергия, 1982.
. Важнов
А.И. Электрические машины. Учеб. для вузов - Л. Энергия,
. Правила
технической эксплуатации электроустановок потребителей. - СПб.: Издательство
ДЕАН, 2003. Введены в действие с 1 июля 2003г.
. Покровский
С.В., Шорохов Б.П. Расчет трансформатора: учеб. - метод. пособие к поверочному
расчету трансформатора. - Чебоксары: ЧГУ, 1972.
. Нормы
качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
ГОСТ 13109-97. Изд-во стандартов, 1998.
Похожие работы на - Расчет силового трёхфазного масляного двухобмоточного трансформатора с плоской магнитной системой
|