Мощность
трансформатора Sн,
кВА
|
Материал
обмоток
|
|
Медь
|
Алюминий
|
|
Класс
напряжения (обмотки ВН), кВ
|
|
6
и 10
|
35
и 20
|
6
и 10
|
35
и 20
|
|
Коэффициент
K
|
1000-6300
|
0,51-0,43
|
0,52-0,48
|
0,61-0,54
|
0,65-0,60
|
Принимаю материал обмотки медь и при классе
напряжения ВН 10 кВ K=0,51.
-коэффициент,
представленный в таблице 6:
Таблица 6.
Мощность
трансформатора Sн,
кВА
|
Материал
обмоток
|
|
Медь
|
Алюминий
|
|
Класс
напряжения трансформатора, кВ
|
|
6
и 10
|
35
и 20
|
6
и 10
|
35
и 20
|
|
Коэффициент
|
1000-6300
|
2,0-2,6
|
1,8-2,4
|
1,3-1,7
|
1,2-1,6
|
Принимаю материал обмотки медь и при классе
напряжения ВН 10 кВ =2,6.
Тогда:
Полученный диаметр округляю до ближайшего
нормализованного и принимаю:
Определяю коэффициент ,
соответствующий выбранному диаметру :
Заданный средний диаметр канала между обмотками:
Предварительно заданный:
где коэффициент =1,4.
Тогда:
Предварительно определяю заданную высоту
обмоток:
где ,
а и
найдены
ранее.
Активное сечение стержня равно:
. Расчет обмоток трансформатора
.1 Выбор материала и конструкции обмоток
Рассматриваются типы применяемых проводов, типы
обмоток и различия между ними. Определяется напряжение витка и средняя
плотность тока в обмотках.
Заданная электродвижущая сила (напряжение)
одного витка:
Средняя плотность тока в обмотках:
где коэффициент (Ом·м)-1
для обмоток из медного провода; коэффициент,
учитывающий добавочные потери выбирается по таблице 7;
Таблица 7.
Мощность
трансформатора Sн,
кВА
|
Коэффициент
|
25-100
|
0,97
|
160-630
|
0,96-0,93
|
1000-6300
|
0,93-0,85
|
Тогда:
Полученное значение в моём случае должно быть в
пределах 2,2-3,5 .
.2 Расчет обмоток НН
.2.1 Общие замечания
Определяется число витков обмотки с уточнением
напряжения витка и индукции в стержне. Определяется ориентировочное сечение
витка. Выполняется глубокий анализ всех вариантов и выбирается тип провода и
тип обмотки.
Число витков обмотки НН на одну фазу:
Уточняется напряжение одного витка:
Уточняем действительную индукцию стержня:
Заданное ориентировочное сечение витка обмотки:
Для уменьшения потерь мощности и нагрева выбираю
обмотку НН прямоугольного сечением несколько большим, чем ориентировочное и
принимаю: b=0,016 мм, a=0,004
мм.
Выбираю в качестве обмотки НН катушечную
обмотку.
.2.2 Расчет катушечной обмотки НН
Определяется число реек, выбираются провода
нужного размера. Уточняется сечение витка и находится реальная плотность тока в
обмотке. Находятся высота катушки, ориентировочное число катушек и число витков
в катушке. Уточняется радиальный размер обмотки. Находится плотность теплового
потока обмотки, уточняется осевой размер обмотки и находятся ее внутренний и
наружный диаметры.
На рисунке 2 представлена непрерывная катушечная
обмотка НН.
Рисунок 2.
На рисунке 3 представлено расположение катушек,
реек и меж катушечных прокладок в обмотке НН.
Размеры провода в изоляции:
где из
справочных таблиц.
Подобранные размеры проводов:
То есть, выбран медный провод с числом
параллельных проводов равным 1, и поперечными размерами без изоляции
с изоляцией
Полное сечение витка обмотки из параллельных
проводов:
Реальная плотность тока в обмотке НН:
Принимаем заданную высоту обмотки НН Кроме
того уменьшим на 1 см. .
Число катушек на одном стержне:
Для случая, когда каналы сделаны между всеми
катушками:
Округляем =24
Число витков в катушке:
Округляем:
Радиальный размер обмотки:
Плотность теплового потока:
Осевой размер обмотки, опрессованной после сушки
трансформатора:
увеличиваем на 1
см, полученное значение должно быть близко но
не должно превышать его:.
Внутренний диаметр обмотки:
м.
Наружный диаметр обмотки:
.3 Расчет обмоток ВН
.3.1 Общие замечания
Число витков, необходимых для получения номинального
напряжения:
Число витков на одной ступени регулирования
напряжения:
Число витков обмотки на ответвлениях будет
равно:
на верхней ступени:
при номинальном напряжении:
на нижней ступени:
Плотность тока в обмотке ВН:
Ориентировочное сечение витка ВН:
Для уменьшения потерь мощности и нагрева выбираю
обмотку ВН прямоугольного сечением несколько меньшим, чем ориентировочное и
принимаю: b=9,0 мм, a=3,55
мм.
.3.2 Расчет катушечной обмотки ВН
Размеры провода в изоляции:
где из
справочных таблиц.
То есть, выбран медный провод с числом
параллельных проводов равным 1, и поперечными размерами без изоляции с
изоляцией .
Полное сечение витка обмотки из параллельных
проводов:
электрический трансформатор обмотка
замыкание
Реальная плотность тока в обмотке НН:
Высота катушки в этой обмотке равна большему
размеру провода в изоляции:
Примем заданную высоту обмотки BН
равной:
Число катушек на одном стержне:
Округляем до
Число витков в катушке:
Округляем до
Число витков с усиленной изоляцией:
Число витков в основных катушках обмотки:
Радиальный размер обмотки:
=0,00405 · 8 =
0,0324
Плотность теплового потока:
Осевой размер обмотки, опрессованной после сушки
трансформатора
должно превышать его: .
Внутренний диаметр обмотки:
Наружный диаметр обмотки:
3. Определение параметров короткого замыкания
.1 Расчет потерь короткого замыкания
Средние диаметры обмоток НН:
Средние диаметры обмоток ВН:
Масса металла обмоток НН:
Масса металла обмоток ВН:
Основные потери в обмотки НН:
Основные потери в обмотки ВН:
Число проводов в осевом направлении НН:
Число проводов в осевом направлении ВН:
Коэффициент заполнения высоты обмотки НН:
Коэффициент заполнения высоты обмотки ВН:
Число проводников в радиальном направлении НН:
Число проводников в радиальном направлении ВН:
Коэффициент учитывающий добавочные потери НН:
1,048
Коэффициент учитывающий добавочные потери ВН:
1,027
Общая длина проводов:
м
Массы металла отводов обмоток НН:
Массы металла отводов обмоток ВН:
Потери в отводах обмоток НН:
Потери в отводах обмоток ВН:
Потери в стенках бака:
Полные потери короткого замыкания:
кВт.
.2 Расчет напряжений короткого замыкания
Активная составляющая напряжения короткого
замыкания:
Средний диаметр канала между обмотками:
Коэффициент:
Коэффициент учитывающий отклонение реального
поля рассеяния от идеального:
Высота для обмоток НН и ВН:
Ширина приведённого канала рассеяния:
Коэффициент, учитывающий взаимное расположение
обмоток НН и ВН:
Реактивная составляющая напряжения короткого
замыкания:
Напряжение короткого замыкания:
.3 Проверка обмоток трансформатора на
механическую прочность при коротком замыкании
Действующее значение установившегося тока
короткого замыкания обмоток НН:
Действующее значение установившегося тока
короткого замыкания обмоток ВН:
Апериодическая составляющая:
Максимальные мгновенные значения токов короткого
замыкания НН:
Максимальные мгновенные значения токов короткого
замыкания ВН:
Радиальные силы, действующие на обмотки НН и ВН:
Осевые силы, действующие на обмотки НН и ВН:
Расстояние от стержня магнитопровода до стенки
бака трансформатора:
Дополнительные осевые силы:
Сила, сжимающая внутреннюю обмотку и разрывающая
внешнюю обмотку:
Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки:
Напряжение сжатия в проводе внешней обмотки:
Температуры обмоток через секунд
после возникновения короткого замыкания:
196,31
222,02
4. Расчет магнитной системы трансформатора
.1 Определение потерь холостого хода
трансформатора
Без прессующей пластины для диаметра dн=0,3
м
nc=8;
ккр=0,930; nя=6;
ая=175; Пф.с=0,06572 м2; Пф.я=0,06752
м2; Vу=0,016556
м3.
Активное сечение стержня и ярма:
м2
м2
Длина стержня трансформатора:
см
Расстояние между осями соседних стержней:
м
Масса стали угла:
кг
Масса стали ярма:
кг
Масса стали стержня:
кг
Полная масса магнитной системы трансформатора:
кг
.2 Определение потерь холостого хода
трансформатора
Магнитная индукция в ярме:
Марка стали: М4Х(0,28 мм)
Вт/кг
Вт/кг
.
.
Значение не
превышает более чем на 7,5%.
.3 Определение тока холостого тока
трансформатора
Активная составляющая тока холостого хода:
-коэффициент,
учитывающий влияние резки уклона стали на пластины и срезание заусенцев;
- коэффициент,
учитывающий форму сечения ярма;
- коэффициент,
учитывающий увеличение намагничивания мощности в углах магнитной системы;
- коэффициент,
учитывающий увеличение намагничивания мощности в углах магнитной системы в
зависимости от ширины пластины второго пакета стержня или ярма;
nкос=6
qя=1,560
qзпр=26700
Пзпр=Пс=0,063
nпр=0
qс=
1,560 qзкос=3700
Пзкос=Пс=0,089
Полная намагничивающая мощность:
Реактивная составляющая тока холостого хода:
Полный ток холостого хода:
Значение не
превышает .
Коэффициент полезного действия трансформатора:
5. Тепловой расчёт трансформатора
.1 Тепловой расчет обмоток
Внутренние перепады температур:
В итоге средний внутренний перепад температуры
обмотки:
Перепад температуры на поверхности катушечных
обмоток:
Среднее превышение температуры обмотки над
средней температурой охлаждающего масла:
5.2 Тепловой расчет бака трансформатора
.2.1 Общие замечания
Размеры бака зависят от габаритных размеров
активной части и минимально допустимых изоляционных расстояний от обмоток и
отводов до стенок бака.
Размеры бака:
Минимальные длина A и ширина B бака трехфазного
трансформатора:
Высота активной части трансформатора:
Глубина бака ():
Среднее превышение температуры масла, омывающего
обмотки, над воздухом должно быть не более величины:
Среднее превышение температуры бака над
воздухом:
Предварительное значение необходимой поверхности
конвекции бака:
.2.2 Бак с охлаждающими трубами
Выбираем бак с охлаждающими трубами.
Этот тип бака в течение десятилетий применялся в
трансформаторах мощностью до 1600 кВ∙А, но в последние годы был заменен
на более технологичный тип бака с навесными радиаторами из прямых труб.
Коэффициент теплоотдачи стенки с трубами выше, а удельный расход материалов
ниже, чем у радиатора с прямыми трубами. Поэтому не исключен возврат к типу
бака с трубами при возможном совершенствовании технологии его изготовления.
Рисунок 6
Для бака выберем овальные трубы. Данные
приведены в таблице 4.
Таблица 4
Форма
трубы
|
Размеры
сечения, , мм
|
Толщина
стенки, мм
|
Поперечное
сечение в свету, мм2
|
Поверхность 1 м трубы ,
м2
|
Масса
в 1 м, кг
|
|
|
|
|
|
металла
|
масла
в трубе
|
овальная
|
72×20
|
1,5
|
890
|
0,1600
|
1,820
|
0,79
|
Форма
трубы
|
Шаг
|
Радиус
изгиба ,
мм
|
Число
рядов труб при мощности, кВ×А
|
|
между
рядами, , мм
|
в
ряду ,
мм
|
|
|
|
|
|
|
63-160
|
250-630
|
1000-1600
|
овальная
|
100
|
50
|
188
|
1
|
1
|
1-2
|
Расстояния между осями труб на стенке бака:
Развернутая длина трубы:
Посчитаем фактическую поверхность теплоотдачи
самого бака:
где
Необходимая поверхность конвекции труб:
Необходимая реальная поверхность труб:
где -
коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией с поверхности труб по
сравнению с вертикальной гладкой стенкой,
Необходимая общая длина всех труб:
Число труб в каждом ряду:
Округляем до ближайшего четного числа;
Шаг труб в ряду:
Фактическая поверхность труб:
Фактическая поверхность конвекции бака с
трубами:
Поверхность излучения бака с трубами:
.3 Окончательный расчет превышений температуры
Среднее превышение температуры стенки бака над
температурой окружающего воздуха:
Среднее превышение температуры масла вблизи
стенки над температурой стенки бака:
Превышение температуры масла в верхних слоях над
температурой окружающего воздуха:
Превышение температуры обмоток над температурой
окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН:
=29,71+
= 61,34
==
24,18+=
55,81 .
Список литературы:
1.
Э.Н. Подборский «Проектирование трансформаторов»: учебное пособие. Абакан: ХТИ
- филиал КГТУ, 2003г., 128с.
.
Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов»: учебное пособие для вузов.-5е изд.
перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986-528с.
.Иванов
- Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.:Энергия, 1980.
- 928 с., ил.