Проектирование масляного трансформатора типа ТМН 250035

Курсовая работа
Проектирование масляного трансформатора типа ТМН 2500/35
Задание
Спроектировать силовой трёхфазный трансформатор по следующим техническим данным:
1. Тип трансформатора 2500/35
2. Номинальная мощность Sн = 2500кВА
3. Число фаз m = 3
4. Частота сети F = 50 Гц
5. Высокое напряжение />, кВ
6. Материал обмотки ВН — Алюминий
7. Низкое напряжение 6,3 кВ
8. Материал обмотки НН — Алюминий
9. Схема и группа соединений обмоток Y/Y-0
10. Способ охлаждения — масляное
11. Установка – наружная
12. Напряжение короткого замыкания Uк= 6.5%
13. Потери короткого замыкания Pк= 23.5 кВт
14. Ток холостого хода iо=1%
15. Потери холостого хода Pх= 3.9 кВт
16. Способ регулирования напряжения – РПН
17. Класс изоляции – В
18. Характер нагрузки — длительная
Содержание
Введение
Устройство силовых трансформаторов
Расчет исходных данных
Расчёт основных коэффициентов
Определение основных размеров
Расчёт обмоток НН
Расчёт обмоток ВН
Расчёт параметров короткого замыкания
Расчёт магнитной системы трансформатора
Расчёт потерь холостого хода
Расчёт тока холостого хода
Тепловой расчёт обмоток
Тепловой расчёт бака
Определение массы масла
Описание конструкции трансформатора
Вывод
Литература
Спецификация
Введение
Трансформаторы – это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка–вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной–индексом 2.
Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.
ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.
Устройство силовых трансформаторов
Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.
Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.
Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего – является неодинаковой.
Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.
В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.
По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.
В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.
В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.
В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.
В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.
2. Расчёт исходных данных
Расчёт проводим для трёхфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.
Мощность одной фазы и одного стержня:
Sф= S/m = 2500/3 =833.3 кВА
S’= S/c= 2500/3 =833.3 кВА
Где: m – число фаз,
с – число активных стержней трансформатора.
Номинальные (линейные) токи на сторонах:
ВН: I2=/>= />= 41.2 А/>
НН: I1= />= />= 229А--PAGE_BREAK--
Фазные токи обмоток (звезда/звезда-0):
ВН: Iф2 = I2 = 41.2 А
НН: Iф1 = I1=229 А
Фазные напряжения обмоток:
ВН: Uф2 = Uн2//>= 35000//>= 20207 В
НН: Uф1 = Uн1//>=6300//>=3637 В
Испытательное напряжение обмоток смотрим по таблице 4.1 :
ВН: Uисп.2 = 85 кВ
НН: Uисп.1 = 25 кВ
По таблице 5.8 выбираем тип обмоток:
Обмотка ВН при напряжении 35 кВ и токе 41.2 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.
Обмотка НН при напряжении 6.3 кВ и токе 229 А – цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода.
Определение исходных данных расчёта:
Мощность обмоток одного стержня:
S’= 833,3 кВА
Для испытательного напряжения обмотки ВН, Uисп.2 = 85 кВ по таблице 4.5 находим изоляционные расстояния:
a12 = 2,7 см; l02 = 7,5 см; a22 = 3,0 см
lц2=5,0 см; δ12=0.5 см δ22=0.3 см δш=0.2 см
Для обмотки НН, Uисп.1 = 25 кВ
a01 = 15 мм; aц1 = 0,6 см;
lц1=2,5 см; δ01=0.4 см
Ширина приведённого канала рассеивания:
ap= a12+ (a1+a2)/3
(a1+a2)/3 = K/>, гдеK=1.25 (изтабл. 3.3),
(a1+a2)/3 =1.25/>=3.4 см
ар = а12 + (a1+a2)/3 =3 + 3.4 = 6.4см
Коэффициент приведения реального поля рассеяния к идеальному принимаем:
Kр=0.95
Частота: f=50 Гц
Активная составляющая напряжения короткого замыкания (по 3-9 ):
Uа = Pк/10S = 23500/10´2500 = 0.94%
Реактивная составляющая:
Uр= />= />= 6,43 %
Согласно параграфу 2.2 выбираем плоскую трёхфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис.1.
/>Рис. 1 Схема плоской магнитной системы трансформатора.
По таб.2.1 выбираем ориентировачный диаметр стержня d=26-28 см.
Прессовка стержней бандажами из стеклоленты и ярм стальными балками. Материал магнитной системы – холоднакатанная текстурованная рулонная сталь марки 3404толщиной 0.35 мм.
Индукция в стержне Вс = 1.63Тл. В сечении стержня 8 ступеней, коэффициент заполнения круга Ккр = 0.929, изоляция пластин – жаростойкое изоляционное покрытие плюс однократная лакировка, Кз = 0.97(по таб.2.6), коэффициент заполнения сталью
kc =Ккр´ Кз = 0.929 ´ 0.97 = 0.9.
Ярмо многоступенчатое, число ступеней 6, коэффициент усиления ярма kя = 1.03 индукция в ярме:
Вя = Вс/Кя = 1.63/1.03= 1.57 Тл
Число зазоров магнитной системы на косом стыке = 4, на прямом = 3.
Индукция в зазоре
на прямом стыке:
Вз`` = Вс = 1.63 Тл
на косом стыке:
Вз` = Вс//>= 1.63//>= 1.14 Тл
Удельные потери в стали рс = 1.353 Вт/кг; ря = 1.242 Вт/кг.
Удельная намагничивающая мощность qc = 1.956 ВА/кг, qя = 1.66 ВА/кг,
Для зазоров прямых стыков q``з =2.5 ВА/см2,
для зазора косых стыков q`p = 0.32 ВА/см2 .
По таблице 3.6 находим коэффициент учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания, кд =0.9 и по таблице 3.4 и 3.5 находим постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток
a = 1.40´1.06=1.484
b = 0.28´1.25=0.36
Принимаем Кр£ 0.95.
Диапазон изменения b от 1.2 до3.0 (по таб.12.1)
3. Расчёт основных коэффициентов
По (3-30) находим:
А = 16 />= 16 />= 0.259/>/>
По (3-35):
A1=/>кг
По (3-36):
A2=/>кг
По (3-43):
/>кг
l=0.411 для ярма с многоступенчатой формой поперечного сечения.
По (3-44):
/>кг
По (3-52) для частоты 50 Гц:
K0=1.2´102
С1 = K0/>=/>=538 кг
По (3-65):    продолжение
--PAGE_BREAK--
/>МПа
/>
Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением (3-55):
/>
по таблице (3-7) – Koc=2.65; Kпр=1.13 (для алюминиевого провода)
/>
/>
Получим:
X5+BX4-CX-D=0; X5+0.194X4-0.5X-1.1=0
Решением этого уравнения является: β=134
Находим предельные значения β по допустимым значениям плотности тока Δ и растягивающим механическим напряжением σр:
По (3-611):
/>
/>
По (3-66):
/>
/>
Масса одного угла магнитной системы:
По (3-451):
/>
Активное сечение стержня:
По (3-59):
/>
Площадь зазора на прямом стыке: />
на косом стыке: />
Потери холостого хода по формуле (8-32):
/>
где: Кпд=1.15 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)
Куп=10.18 (по таблице 8-6)
Кф=2(с-1)=2(3-1)=4 (для трехфазного трансформатора)
/>
Намагничивающая мощность по формуле (8-44):
/>
где: kтд’kтд”=1.2 (для пластин с отжигом и ярма с многоступенчатой формой сечения)
kтд’=1.07
kу=42.45
/>
Предварительный расчет трансформатора ТМ-2500/35 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками.
β


1.34
1.2
1.8
2.4
3.0
/>
1.076
1.047
1.16
1.245
1.31
/>
1.157
1.096
1.342
1.55
1.734
/>
1.246
1.147
1.55
1.93
2.29
A1/x=1303/x
1211
1243
1123
1047
987.1
A2x2=163x2
188.6
179
219
252
283
Gc=A1/x+A2x2
1399.6
1422
1342
1299
1270
B1x3=865.8x3
1078.78
994
1350
1671
1983
B2x2=89.5x2
103.3
98    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
526.9
573
467
404
361
kocGпр=2.36Gпр
1243
1352
1102
953
852
Cач’=kocGпр+Gст
3825
3866
3914
4062
4260
/>
1.89
1.838
2.04
2.2
2.3
/>
12.77
11.8
16
19.8
23.5
d=Ax=25.9x
0.278
0.27
0.3
0.32
0.34
d12=ad=1.484d
0.411
0.4
0.444
0.47
0.5
/>
0.96
1.05
0.77
0.615
0.52
C=d12+a12+2a2+a22
0.57
0.557
0.612
0.645
0.682b
Где: а12=2.7 см, а22=3.0 см, по таблице 3-5 а2=(b*d)/2=(0.25*1.25*d)/2=0.156d
K=12.75 – постоянный коэффициент зависящий от удельного электрического сопротивления и плотности металла обмоток.
4. Определение основных размеров
По полученным результатам выбираем диаметр стержня d=28 см при β=1.32
Для выбранных d и β:
x=1.32; x2=1.145; x3=1.225
Диаметр стержня:
d = Ax =25.9´1.07=26.6=28 см
Активное сечение стержня:
Пс = 470´x2 = 438 см2.
Средний диаметр обмоток:
d12 = 1.48´d = 1.48´27.7 =0.41 cм.
Высота обмоток:
l = pd12/b = 3.14´41/1.32 = 97.5 cм
Высота стержня:
lc = l+2l0=97.5+2´7.5 = 112.5 cм
Расстояние между осями стержней:
С = d12+a12+bd+a22 = 41+3+0.36´27.7+3 = 57 cм
ЭДС одного витка
uв = 4.44fПСВС´10-4 = 4.44´50´1.63´540´10-4 = 19.54 в
Масса стали
Gст=2567 кг
Масса металла обмоток
G0=469 кг
Масса провода
Gпр=531 кг
Плотность тока
Δ=1.88´106A/м2
Механическое напряжение в обмотках
σр=12.55 Мпа
Потери и ток ХХ
Px=4400 вт i0=0.85%
5. Расчёт обмоток НН
Число витков обмотки НН:
/>.1 витков
Потери х.х. для выбранного варианта 0.280 м оказались выше. Для их уменьшения примем ω1´=187 витков. С той же целью уменьшим высоту обмоток. До 960 мм и соответственно длину и массу стержня.
ЭДС одного витка Uв = Uф1/w1 = 3637/187 = 19.45 В    продолжение
--PAGE_BREAK--
Действительная индукция в стержне:
/>Тл
Средняя плотность тока:
Δср = 0.463kдPкUв/(Sd12 )= 0.463´0.9´23500´19.45/2500´41 = 1.86 А/мм2
Сечение витка ориентировочно:
П1’ = I1/ Δср = 229/1.86= 123.1мм2
По таблице 5.8 по мощности 2500 кВА, току обмотки одного стержня 299 А, сечению витка 123.1 мм2 и плотности тока 1.86 А/мм2 – выбираем конструкцию цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного провода.
Находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м2:
/>мм
где: кз=0.8
По таблице (5-3) выбираем следующий провод:
АПБ´3´/>
Полное сечение витка:
П1 =nв1П1’= 3´41.6 =124.8 мм2
Полученная плотность тока:
Δ1 = I1/П1 = 229/124,8=1.83 А/мм2
Число витков в одном слое:
/>витков
Обмотка НН наматывается в два слоя – внутренний — 95 витков и внешний — 92 витка. Введу того, обмотка содержит 3 провода возникает необходимость в транспозиции, т.к. сопротивления каждого провода должны быть одинаковыми. Транспозицию применяем на каждых 1/3 длины.
Общий суммарный радиальный размер металла 4.25´2´3=25.5 > b1 => обмотку делим на две катушки – внутренняя 95 витков и внешняя 92 витка и между ними.
Добавочные потери меньше 5%.
Напряжение двух слоев обмотки:
/>в
Междуслойная изоляция по таблице (4-7) — 6´0.12. Шесть слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.
Осевой охлаждающий канал a11=0.01´l=0.01´0.98=0.01 м
Радиальный размер обмотки без экрана:
/>см
Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.
Радиальный размер с экраном
a1экр=a1+0.3 = 3.929+0.3 = 4.25 см
Внутренний диаметр:
/>см
Наружный диаметр:
/>см
Принимаем бакелитовый цилиндрØ/>
Плотность теплового потока на поверхности обмотки (по 7-17’):
/>вт/мм2
Масса метала обмотки НН по (7-7) :
G01 = cDсрw1П1´10-5 = 3´187´123.1´2700´10-6 = 186.5 кг
Масса провода в изоляции по таблице (5-5):
G пр1 = 1.025 ´1.03 ´186.5´3 = 591 кг
6. Расчёт обмотки ВН
Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении (по 6-27):
wH/>=w1/>= 187×/>= 1039 витков
Число витков на одной ступени регулирования:
wр = /> = 26 витков
38500
1039+4´26=1143
37625
1039+3´26=1117
36750
1039+2´26=1091
35875
1039+1´26=1065
35000
1039
34125
1039-1´26=1013
33250
1039-2´26=987
32375
1039-3´26=961
31500
1039-4´26=935
Ориентировочная плотность тока:
/>= 1.89 А/мм2
Ориентировочное сечение витка
П`2 » />= 21.7 мм2
По формуле (5-7) находим наибольший суммарный радиальный размер металла проводов обмотки для допустимой q=1200 вт/м    продолжение
--PAGE_BREAK--
/>см
Выбираем провод по таблице (5-3):
АПБ×1×/> сечением П2 = 21.9 мм2
Плотность тока в обмотке:
/>А/мм2.
Число витков в одном слое:
/>витков
( 7 слоев по 117 витков, 2 слоя по 104 витков и 1 слой по 116 витков)
Обмотка разделяется на 2 катушки – внутреннюю В2 с 5 слоями и наружную Г2 с 4 слоями. Между катушками В2 и Г2 осевой масляный канал шириной 1 см. Под внутренним слоем обмотки располагается электрический экран – аллюминиевый незамкнутый цилиндр толщиной 0.5 мм.
Напряжение двух слоев обмотки:
/>в
Междуслойная изоляция по таблице (4-7) – 8 слоев кабельной бумаги по 0.12 мм, выступ изоляции на торцах обмотки 2.2 см на одну сторону.
Радиальный размер обмотки без экрана:
/>см
Радиальный размер обмотки с экраном:
/>см
Внутренний диаметр обмотки (для расчета массы провода) по внутреннему слою проводов ( по 6-58):
/>см
Наружный диаметр обмотки без экрана ( по 6-59):
/>см
Расстояние между осями стержней
С = 54.4 + 3.0 = 58 см
По испытательному напряжению обмотки ВН Uисп1=85 кв (по таблице 4-5)
a12´ = 3.0 см; l02 = 7,5 см; a22´ = 3,0 см
lц2=5,0 см; δ12´=0.5 см δ22´=0.3 см
Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовый цилиндр.
Поверхность охлаждения обмотки ( по 6-61):
/>м2
к=0.8.
Плотность теплового потока на поверхности обмотки:
/>вт/м2
Масса металла обмотки ВН:
G02 = 8.47´c´Dср´w1´П´10-5= 8.47´3´(44+54,4)/2´1143´2,17´10-5 = 310 кг
Масса провода в обмотке ВН с изоляцией ( по таблице 5-5):
Gпр 2 = 1.025´1.03´310 = 327 кг
Масса металла обмоток НН и ВН:
Gо = Gо1 + Gо2 = 310+186,5 = 496 кг
Масса провода двух обмоток:
Gпр = Gпр1 + Gпр2 = 591+310 = 901кг
7. Расчёт параметров короткого замыкания
Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установленной в одной из обмоток тока, соответствующего его номинальной мощности при замкнутой накоротко второй обмотки.
Потери короткого замыкания согласно § 7.1 :
Основные потери в обмотках :
Обмотка НН: />вт
Обмотка ВН: />вт
Добавочные потери в обмотке:
Обмотка НН (по 7-15’):
/>
/>
Kp=0.95
Обмотка ВН (по 7-15):
/>
/>
Основные потери в отводах рассчитываются следующим образом:
Для схемы соединения звезда отводы ВН и НН имеют одинаковую длину.
Длина отводов определяется приближённо по (7-21) :
lотв = 7.5´l = 7.5´98 = 735 см
Масса отводов НН: (при плотности меди отводов g = 2700 кг/м3)
Gотв.1 = lотв.´П1´ g´10-8 = 735´124,8´10-8´2700 = 2,47 кг
Потери в отводах НН по (7-24):
(при k = 12.75)
Ротв.1 = k´Δ12´Gотв.1 = 12.75´1,832´2,47 = 105,46 Вт
Масса отводов ВН: (при плотности меди отводов g = 2700 кг/м3)
Gотв.2 = lотв.´П2´ g = 735´21,9´10-8´2700 = 0,435 кг
Потери в отводах ВН:
(при k = 12.75)
Ротв.2 = k´Δ22´Gотв.2 = 12.75´1,892´0, 435 = 19.8 Вт
Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближённо, по (7-25) и таблице (7-1):
Рб = 10kS = 10´0,031´2500 = 775 Вт
к=0.031
Полные потери короткого замыкания:
Рк = Росн.1´kд1 + Росн.2´kд2 + Ротв.1 + Ротв.2 + Рб =
=7963´1.03+14119´1.02+105.46+19.8+775 = 23504Вт
/>%    продолжение
--PAGE_BREAK--
Напряжение короткого замыкания рассчитывается согласно параграфу 7.2 :
Активная составляющая:
uа = />= />= 0.91 %
Реактивная составляющая:
/>
где: f = 50 Гц, S`= 833.3 кВА,
/>
/>см
/>
/>
/>
/>%
Напряжение короткого замыкания:
uк = />%
или 6,6´100/6,5 = 101 % заданного значения.
Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН :
/>А
Sk = 2500´103
Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:
iк.max = 1,41kmax ´Iк.у. = 2.33´614.9 = 1432.7 А
1.41kmax= 2.33 по таблице 7.3 стр 330.
Радиальная сила :
Fp = 0.628 ´ (iк.max´ w)2´ b ´ kp´ 10-6 = 0.628´(1432.7´1039)2´1.31´0.96´ ´10-6 =1750023 Н
Среднее сжимающее напряжение в проводах обмотки НН:
/>
Па (82% допустимого σрд=15Мпа)
Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН:
/>
Осевые силы:
/>H
где />
/>% (по таблице 7-4)
a0 = a12 + a1 + a2 = 0.03 + 0.0405 + 0.0495 = 0.12
/>
k=k01×Δ01=0.189+1.53=0.29
Наибольшая осевая сила в середине обмотки НН
/>МПа
Температура обмотки через tк = 5 сек. после возникновения короткого замыкания по (7,54’) :
/>° С
По таблице (7-5) допустимая температура 200 °С
8. Расчёт магнитной системы трансформатора
Определение размеров магнитной системы и массы стали по параграфу 8-1.
Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки Э330А,0,35 мм по рис 4.
Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице (8-1б) для стержня диаметром 28 см без прессующих пластин. Число ступеней в сечении стержня 8, в сечении ярма 6.
Размеры пакетов в одной половине сечения стержня при 8 ступенях
Номер пакета
Ширина пакета, см
Толщина пакета, см
Площадь сечения, см2
1
27.0
3.7
99.9
2
25.0
2.6
65.0
3
23.0
1.7
39.1
4
21.5
0.9
19.35
5
19.5
1.1
21.45
6
17.5
0.9
15.75
7
13.5
1.3
17.55
8
10.5
0.7
7.35
Полное сечение стержня по пакетам: Пф.с = 570.9 см2;
Активное сечение: Пс = kз´Пф.с = 0.97´570.9 = 553.3 см2
Размеры пакетов ярма по таблице (8-1б):
Номер пакета
Ширина пакета, см
Толщина пакета, см
Площадь сечения, см2
1
27.0    продолжение
--PAGE_BREAK--
3.7
99.9
2
25.0
2.6
65.0
3
23.0
1.7
39.1
4
21.5
0.9
19.35
5
19.5
1.1
21.45
6
17.5
0.9
15.75
Полное сечение ярма по пакетам по таблице (8-2): Пф.я = 591.1 см2;
Активное сечение ярма:
Пя = kз´Пф.я = 0,97´591.1 = 57.3 см2
Длина стержня по таблице (4-5):
lс = l+2l02=98+2´7.5 = 113 см
Расстояние между осями соседних стержней:
С = D2`` + a22 =54.4+3.0 = 58 см
Масса стали в ярмах магнитной системы рассчитываем по (8-11)–(8-13)-(8-15):
Gя = Gя` + Gя`` = 2Пя´2Cγст+2Gy = 2´0,0573´2´7650´0,58+2´101,7 = 1220 кг
где с=3 – число активных стержней.
/>=7650 кг/м3 – плотность холоднокатанной стали.
Масса стали угла магнитной системы
/>кг
Масса стали в стержнях магнитной системы рассчитываем по (8-16)–(8-18):
Gс = Gс` + Gс`` = 1434 + 37,5 = 1471,5 кг
Где:
Gс` = с´lс´Пс´gст´10-6 = 3´113´553´7650´10-6 = 1434 кг
Gс``= с´(Пс´а1я´gст´10-6– Gу) = 3 (553´27´7650´10-6 – 101,7) = 37,5 кг
Общая масса стали:
Gст = Gя + Gс = 1471,5 + 1220 = 2691 кг
9. Расчёт потерь холостого хода
Расчёт потерь холостого хода производим по параграфу 8.2
Индукция в стержне:
Вс = />= />=1.584 Тл.
Индукция в ярме:
Вя = />= />=1.529 Тл
Индукция на косом стыке
Вкос. = />= />= 1.12 Тл
Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по таблице (8-4):
При Вс = 1.584 Тл, рс = 1,252 Вт/кг; рзс = 0.0964 Вт/см2
При Вя = 1.529 Тл, ря = 1,137 Вт/кг; рзя = 0.0879 Вт/см2
При Вкос. = 1.12 Тл, ркос = 4,37 Вт/кг
Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8-31):
kп.р. = 1,05; kп.з. = 1,02;. kп.я. = 1,00; kп.п. = 1.03; kп.ш. = 1.06
kпу = 10,18
kф = 2(с-1)=4
Тогда потери холостого хода:
/>
/>
/>вт
что на />% выше заданного значения.
10. Расчёт тока холостого хода
Расчёт тока холостого хода производим по параграфу 8.3.
По таблице (8-11) находим удельные намагничивающие мощности:
При Вс = 1.584 Тл, qс = 1.61 ВA/кг; qзс = 21150ВA/м2
При Вя = 1.529Тл, qя = 1.4 ВA/кг; qзя = 18000 Вт/м2
При Вкос. = 1.12 Тл, qкос = 2800 ВА/кг
9.1. Для принятой конструкции магнитной системы и технологии её изготовления используем (8-43), в котором по параграфу 8.3 принимаем коэффициенты:
kт.р. = 1.18; kт.з. = 1.0; kт.я. = 1; kт.п. = 1.33;
kт.ш. = 1.06. k т.у = 42.41 k т.п = 1.05
/>/>
/>
/>вт
Ток холостого хода
Активная составляющая тока холостого хода:
i0а = />= 0.18 %
Реактивная составляющая тока холостого хода:
i0р = />=0.78 %
Ток холостого хода: i0= />0.8%
что на />% ниже заданного значения.    продолжение
--PAGE_BREAK--
КПД трансформатора: />%
11. Тепловой расчёт обмоток
Поверочный тепловой расчёт обмоток
Потери в единице объёма обмотки НН
/>Вт/м2
где а = 4.25 мм, b΄ = 10.5мм, δмс = 0.12×10-3 м, b=10.00 мм, a΄ = 4.75мм
Средняя теплопроводность обмотки НН
/>/>, где
/>/>
Полный внутренний период
/>˚С
Средний внутренний период
/>˚С
Потери в единице объёма обмотки ВН
/>Вт/м3
/>/>
Средняя теплопроводность обмотки ВН
/>/>,
Полный перепад температуры в обмотке ВН
/>˚С
Средний внутренний перепад
/>˚С
Перепад температуры на поверхности обмоток
обмотка НН :/>˚С
обмотка ВН: :/>˚С
плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН
/>Вт/м2
Превышения средней температуры обмоток над температурой масла
обмотка НН: :/>˚С
обмотка ВН: :/>˚С
12. Тепловой расчёт бака
Тепловой расчёт бака проводится согласно параграфу 9.6.
По таблице (9-4), в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию
S = 2500 кВА, выбираем конструкцию волнистого бака.
Минимальные внутренние размеры бака – по рис. 5, (а) и (б).
Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.
По таблице 4-11:
S1 = 40 мм, S2 = 44 мм, S3 = 25 мм, S4 = 90 мм, d1 = 15мм, d2 = 30 мм
11.2. Минимальная ширина бака по рис.5 (а) и (б):
В= D2``+(S1 + S2+ d2+ S3+ S4+ d1) =0.544+(40+44+30+25+90+15) = 790 мм
где изоляционные расстояния:
S1 = 40 мм (для отвода Uисп=85 кв, покрытие 0.4 см – расстояние от стенки бака)
S2 =44 мм (для отвода Uисп=85 кв, покрытие 0.4 см – расстояние до прессующей балки)
S3 = 25 мм (для отвода Uисп=25 кв, без покрытия – расстояние до стенки бака)
S2 = 90 мм(для отвода Uисп=25 кв, без покрытия – расстояние до прессующей балки)
Принимаем В = 92 см, при центральном положении активной части трансформатора в баке.
Длина бака:
А = 2С+ B= 2´0.58+0.79 = 1950 мм.
Глубина бака:
Нб = На.ч+ Ня.к. = 1.72+0.4= 2.12м.
Высота активной части:
На.ч. = lс + 2hя + n = 980+2´270+50 = 1.72м.
где n = 50 мм – толщина бруска между дном бака и нижним ярмом
Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака:
Ня.к. = 400 мм.
Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха:
по (9-32)
Qм.в = 65-Qо.м.ср. = 65-23.4» 41.6° С
Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры в этом случае
Θ м, в, в=1.2×Θ м, в=1.2×41.6=49.9
Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака Θ=7°С и запас 4°С находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха
/>° С
Высота волны
Нв=2120 – 100 = 2020 мм
11.7. Поверхность излучения с волнами
/>м2
Поверхность излучения гладкой стенки
/>м2
/>м2
Шаг волны
/>м
Число волн
/>волны
Развёрнутая длина волны
/>м
Поверхность конвекции стенки
/>    продолжение
--PAGE_BREAK--
/>, />м2
/>м2
Полная поверхность излучения бака
/>
/>м2
/>м2
/>м2
Полная поверхность конвекции бака
/>м2
Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающёго воздуха
Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха
/>°С
Превышение температуры масла над температурой стенки
/>°С
Превышение средней температуры масла над температурой воздуха
/>°С
Превышение средней температуры масла над температурой воздуха
обмотка НН: /> °С
обмотка ВН: />°С
Превышение температуры масла в верхних слоях
ΘМ, В, В=1.2×38.4 = 46.1
Θ0В
Лежат в пределах допустимого.
Определение массы масла
Объём бака
/>м3
Объём активной части
/>кг
/>кг
Объём масла в баке
/>м3, где γ=5000 кг/м3
Масса масла в баке
/>м3
Объем активной части:
/>кг
14. Описание конструкции трансформатора
Разработанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 2500/35 состоит из следующих основных компонентов:
Магнитная система. Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404, 0.35 мм.
Обмотки НН и ВН. Выбрана конструкция многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода.
Бак. Выбрана конструкция волнистого бака.
Стандартные изделия – вводы НН и ВН, газовое реле, выхлопная труба, термосифонный фильтр, РПН,
Трансформатор установлен на специальной тележке, при помощи которой его можно передвигать в нужном направлении. Перевозка трансформатора осуществляется в собранном виде на нормальных железнодорожных платформах.
Вывод
Рассчитанный силовой масляный трансформатор марки ТМН 2500/35 удовлетворяет основным государственным нормам и стандартам. В отличие от трансформатора серийного производства, данный трансформатор обладает следующими параметрами:
Разработанный трансформатор
Серийный трансформатор
Параметр
Значение
Отклонение, %
Параметр
Значение
Отклонение, %
Uk,%
6,6
1,5
Uk,%
6,5
±5
Pk,Вт
23540
-3
Pk,Вт
23500
+10
I,%
0,8
-20
I,%
1
+30
Рх, Вт
4396
+11
Рх, Вт
3900
+15
Литература
Тихомиров П.М. «Расчёт трансформаторов», издательство «Энергия» Москва, 1986 г.
Сергеенков Б.Н. «Электрические машины. Трансформаторы», издательство «Высшая школа», Москва, 1989 г.
Сапожников А.В. «Конструирование трансформаторов», государственное энергетическое издательство, Москва-Ленинград, 1959 г.
Иванов-Смоленский А.В. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1980 г.
Костенко М.П., Пиотровский Л.М. «Электрические машины» часть 1, издательство «Энергия», Ленинград, 1973 г.
Вольдек А.И. «Электрические машины», издательство «Энергия», Москва 1974 г.
Потишко А.В. «Справочник по инженерной графике», издательство «Будивельник», Киев, 1983 г.
Александров К.К. «Электротехнические чертежи и схемы», Энергоатомиздат, Москва 1990 г.
ГОСТ 16110-82 «Трансформаторы силовые. Термины и определения».
ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические требования».
ГОСТ 11920-85 «Трансформаторы силовые масленые общего назначения до 35 кВ включительно. Технические условия.»