Тольяттинскийгосударственный университет
Кафедра«Электромеханика»Силовой масляный трансформатор ТМН-8000/60Пояснительнаязаписка к курсовому проекту по курсу:«Электрическиемашины»Руководитель
________________ ЛеуноваЕ.М.
Исполнительстудент группы ЭМз-601
________________ ИконниковаЕ.О.
Тольятти 2010
Аннотация
Вданном курсовом проекте спроектирован силовой масляный трансформатор ТМН-8000/60.Впроцессе проектирования трансформатора был осуществлён расчёт оптимальноговарианта, отвечающего условиям минимума приведённых затрат. Это позволиловыявить основные размеры и параметры данного трансформатора, а именно диаметрстержня, высоту окна магнитопровода, потери холостого хода и короткогозамыкания, минимальную цену трансформатора. При проектировании выполненыпостроения и расчёт активного сечения стержня магнитопровода, произведён выбортипа и расчёт параметров обмоток трансформатора, определены потери инапряжение короткого замыкания, потери и ток холостого хода. Кроме того, в ходерасчёта произведена компоновка активной части трансформатора в баке, выборразмеров бака. Помимо этого пояснительная записка включает в себя расчётдинамической стойкости трансформатора при коротком замыкании, выборрасширителя, термосифонных фильтров. Курсовой проект состоит из пояснительнойзаписки объёмом 45 листов и графической части, выполненной на одном листеформата А3
Содержание
Введение
1.Исходные данные для расчета
2.Технико-экономический расчет оптимального варианта
3.Построение и расчет активного сечение стержня магнитопровода
4.Расчет напряжения одного витка, количества витков, напряжений и токов на всехответвлениях обмотки РО
5.Выбор типа и расчет параметров обмоток трансформатора
6.Расчет потерь короткого замыкания и напряжения короткого замыкания
7.Расчет напряжения короткого замыкания
8.Расчет потерь и тока холостого хода
9.Тепловой расчет трансформатора
10.Компоновка активной части в баке
11.Выбор вспомогательного оборудования трансформатора
12.Описание конструкции трансформатора
Заключение
Списокиспользуемой литературы
Введение
магнитопровод напряжение обмотка трансформатор
Трансформаторомназывается статическое электромагнитное устройство, имеющее две или болееиндуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредствомэлектромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в однуили несколько других систем переменного тока.
Внародном хозяйстве используются трансформаторы различного назначения вдиапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн. кВ-А и более. Приняторазличать трансформаторы малой мощности с выходной мощностью 4 кВ-А и ниже дляоднофазных и 5 кВ-А и ниже для трехфазных сетей и трансформаторы силовыемощностью от 6,3 кВ-А и более для трехфазных и от 5 кВ-А и более для однофазныхсетей.
Трансформаторымалой мощности различного назначения используются в устройствах радиотехники,автоматики, сигнализации, связи и т. п., а также для питания бытовыхэлектроприборов. Назначение силовых трансформаторов — преобразованиеэлектрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных дляприема и использования электрической энергии. Силовые
трансформаторыподразделяются на два вида. Трансформаторы общего назначения предназначены длявключения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питанияприемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы,характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначенияпредназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемниковэлектрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиямиработы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей илиприемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки,выпрямительные установки, электрические печи и т. п.
Силовойтрансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети.Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производствадо места потребления требует в современных сетях не менее чемпяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Так,при напряжении на шинах электростанции 15, 75 кВ в современной сети приудалении потребителей от электростанции, питающей сеть, около 1000 км частоприменяется такая последовательность шести трансформаций напряжения с учетомпадения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 на 242 кВ; 230 на121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 кВ на 0,4 или 0,69 кВ.
Новыеконструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков пластин вуглах системы, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозныхшпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоскихмагнитных системах. Находят применение стыковые пространственные магнитныесистемы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми изленты холоднокатаной стали, а также магнитные системы, собранные только изнавитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали ипотери холостого хода.
Уменьшениерасхода электротехнической стали при стабильности допустимой индукциидостигается в настоящее время за счет изменения конструкции магнитной системы,например путем перехода от плоских к пространственным магнитным системам.
Силовойтрансформатор является одним из важнейших элементов современной электрическойсети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первуюочередь развитием электрических сетей, а следовательно, энергетики страны.
1.Исходные данные для расчета
ТМН8000/60 — трехфазный двухобмоточный трансформатор, с естественной циркуляциеймасла, с регулированием напряжения под нагрузкой ±16% от номинального: 9ступеней по 1,78% в каждой ступени, номинальной мощностью 8 МВА
1.1Номинальная мощность Sном=8·106 В·А
1.2Число фаз mф=3
1.3Частота f=50 Гц
1.4Номинальные линейные напряжения обмоток Uвн=66·103В, Uнн=6,3·103В
1.5Схема и группа соединения обмоток Y/Д11
1.6Диапазон регулирования αрег=16 %
Количествоступеней nступ=9
Типрегулирования РПН-регулирование под нагрузкой
1.7Тип охлаждения: М — с естественной циркуляцией масла
1.8Характер нагрузки: длительная непрерывная
1.9Потери короткого замыкания Ркз=48·103 Вт
1.10Напряжение короткого замыкания Uкз=10,5%
1.11Марка стали ЭЗ407
1.12Материал обмоток: алюминий
Потерии ток холостого хода не задаются, а определяются при расчете оптимальноговарианта.
2.Технико-экономический расчет оптимального варианта
/>При постоянных потерях короткого замыкания Рк.з.и постоянном напряжении короткого замыкания Uк.з.приведенные затраты при выборе оптимального варианта определяются выражением
Зприв=(eн+атр)×Цтр+ уэ×Твкл×Рхх+ руб./год (2) ,
атр– норма амортизационных отчислений от стоимости трансформатора, атр=0,063 1/год;
Цтр– оптовая цена трансформатора, руб.;
уэ– стоимость электроэнергии, рассчитанная для двухставочного тарифа при среднейпродолжительности максимальной нагрузки для понижающих трансформаторов 5300час/год, уэ = 0,338×10-3 руб/Вт×час;
Твкл– продолжительность включения трансформатора, Твкл =8600 час/год.
Критериемпри выборе оптимального варианта является минимум проведенных затрат,рассчитанных по вышеприведенной формуле, для различных значений b- коэффициента, определяющего соотношение основных размеров в трансформаторе.
/>,
где ДН-В – средний диаметр канала между обмотками НН и ВН;
Нобм– высота обмоток.
Коэффициентbв трансформаторах изменяется в пределах 0,5…4. Определение минимума приведенныхзатрат проводится в результате расчета нескольких вариантов с различнымизначениями b (0.63, 1, 1.6, 3.5, 4). Результаты расчета сводятсяв таблицу 2.2., форма которой приведена ниже. Выбор оптимального варианта,соответствующего Зприв min,проводится по графику Зприв= f(b)(см. рис. 2.1). Для выбранного по графику bоптнеобходимо провести повторный расчет, округляя Дст до ближайшегостандартного значения, и уточнить bопт
bоптут = bопт/>
Таблица2.2Наименование параметра РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
b
0,63
1
1,6
2,5
4
bопт=1,11
Дст, м 0,314 0,351 0,395 0,44 0,497 0,360
Дн-в, м 0,531 0,569 0,614 0,66 0,719 0,579
Lм-о, м 0,959 0,997 1,042 1,089 1,147 1,006
Hобм, м 2,607 1,788 1,206 0,838 0,565 1,638
Hокн, м 2,857 2,038 1,456 1,088 0,815 1,888
Gст, кг 6,886·10³
7,146·103
7,815·103
8,881·103
1,066·104
7,258·103
Рхх, Вт 9,868·10³
1,024·104
1,12·104
1,273·104
1,528·104
1,04·104
Qхх, ВАР
2,73·104
3,154·104
3,772·104
4,545·104
5,663·104
3,274·104
iхх, % 0,341 0,394 0,471 0,568 0,708 0,409
j, А/м/>
9,642·105
1,124·106
1,318·106
1,524·106
1,78·106
1,165·106 Зпр руб/год
1,943·104
1,804·104
1,791·104
1,895·104
2,145·104
1,79·104
2.1.Предварительная ширина обмотки НН
kв1 , kв2 и αв -коэффициенты, определяемые на основе анализа геометрических соотношений визготавливаемых трансформаторах и могут быть приняты равными следующимзначениям:
kв1=0,14,kв2=0,4,αв=0,0577- коэффициенты, определяемые на основе анализа геометрических соотношений визготавливаемых трансформаторах (для трансформаторов с обмотками изалюминиевого провода)
/>
2.2.Предварительная ширина обмотки ВН
/>/>
2.3.Приведенная ширина главного канала рассеяния (между обмотками ВН и НН)
bн_в=0,045 м — ширина между обмотками ВН и НН
/>
2.4.Диаметр стержня магнитопровода
β=1,11-коэффициент, связывающий радиальный размер и высоту трансформатора
Кзап.КР=0,885-коэффициент заполнения площади круга стержня магнитопровода активной сталью;
Кос=0,95-коэффициент осевого поля рассеяния
Вст=1,6Тл — индукция в стержне
/>
Принимаемстандартное значение Dст=0,360м
2.5.Средний диаметр канала между обмотками
Кст_о=0,015-коэффициент, учитывающий толщину бандажей, прессующих стержень магнитопровода
bо_н=0.018м -изоляционное расстояние от стержня до обмотки НН
/>
2.6.Межосевое расстояние между центрами разных фаз
bр=0,5·bн=0,5·0,063=0,0315м -ширина регулировочной обмотки
bм_ф=0,04м -межфазное расстояние
bв_р=0,045м -ширина канала между ВН и РО
/>
2.7.Высота обмотки
/>
2.8.Высота окна магнитопровода
hЕК=0,03м -высота емкостного кольца обмотки ВН совместно с прилегающим к обмоткеканалом
hобм_в.я=0,08м -изоляционный промежуток от обмотки до верхнего ярма магнитопровода
hобм_н.я=0,07м -изоляционный промежуток от обмотки до нижнего ярма магнитопровода
hпрес=0,07м -высота, необходимая для размещения устройств, прессующих обмотки
/>
2.9.Масса электротехнической стали магнитопровода
γст=7,65·103кг/м3 -плотность электротехнической стали
Кус.яр=1,02м -коэффициент увеличения площади сечения ярма по сравнению с площадью сечениястержня
/>
2.10.Удельные потери в стали магнитопровода
Кр=0,296,Квр=2,64 -коэффициенты, определенные для стали марки 3407 толщиной0,3 мм для диапазона индукции в стали Вст=1,5...1,7 Тл
/>
2.11.Активные потери холостого хода трансформатора (полные потери в сталимагнитопровода)
Кув.р=1,4-коэффициент, учитывающий увеличение активных потерь в стали в зависимости отконструкции и технологии изготовления магнитопровода
/>
2.12.Удельная намагничивающая мощность стали
Кq=0,137,Кbq=5,06
/>
2.13.Удельная намагничивающая мощность в стыках
Кстык=2620,Кв.стык=5
/>
2.14.Реактивные потери холостого хода трансформатора (полная намагничивающаямощность)
Кув.Q=1,2-коэффициент, учитывающий увеличение реактивных потерь в стали в зависимости отконструкции и технологии изготовления магнитопровода
nстык=8-количество стыков в схеме шихтовки трехфазных трансформаторов плоскойстержневой конструкции с косым стыком
/>
2.15.Ток холостого хода трансформатора
/>
2.16.Средняя плотность тока в обмотках
ρпр=3,65·10-8Ом·м -удельное сопротивление провода при 75оС (для алюминия)
Кдоб=1,25-коэффициент, учитывающий добавочные потери короткого замыкания, создаваемыемагнитным полем рассеяния трансформатора
/>
2.17.Масса обмоточного провода
γпр=2,7·103кг/м3 -плотность обмоточного провода (для алюминия)
Крег=1,05-коэффициент, учитывающий увеличение массы обмоточного провода за счетрегулировочной обмотки (РО)
/>
2.18Экономически приведенная к стали масса активных материалов
Цпр=66руб/кг — оптовая цена провода на 2000г. (Табл.2.3) [1]
Цст=21руб/кг — цена стали на 2000г. (Табл.2.3) [1]
Киз=1,21-коэффициент увеличения массы обмоточного провода за счет изоляции (дляалюминия)
/>
2.19Удельная оптовая цена трансформатора
kc1=6,03,kc2=0,284
/>
2.20Цена трансформатора
/>
2.21Приведенные затраты
αтр=0,0631/год -норма амортизационных отчислений от стоимости трансформатора
yэ=0,0183·103руб/Вт·час — стоимость электроэнергии, рассчитанная для двухставочного тарифапри средней прoдолжительностимаксимальной нагрузки для понижающих трансформаторов 5300 час/год
Твкл=8600час/год — продолжительность включения трансформатора
εн=0,15- нормативный коэффициент эффективности дополнительных капиталовложений, 1/год,обратная величина которого называется нормативным сроком окупаемости, с помощьюэтого коэффициента осуществляется приведение размерностей капитальных затрат иэксплуатационных затрат.
/>
3.Построение и расчет активного сечения стержня магнитопровода
Поперечноесечение стержня в стержневых магнитных системах имеет вид симметричнойступенчатой фигуры, вписанной в окружность диаметром Dст. исхематично представлено на рисунке 3
/>
Рис.3.Активное сечение стержня магнитопровода
Ступенчатоесечение стержня (и ярма) образуется сечениями пакетов пластин стандартногоразмера (стопой пластин одного размера).
Вк — ширина пакета [м]
tк — толщина пакета [м]
Расчетвыполнен построением графическим методом части поперечного сечения стержнясердечника, с учетом наибольших и наименьших стандартных величин шириныпластин, минимальной толщины пакета не менее 6 мм, величины f= 27 мм, необходимой для размещения конструктивных элементов прессовки стержнямагнитопровода, а так же с учетом одного охлаждающего канала шириной 6 мм.Данные сведены в таблицу 2.
3.1.Расчёт геометрического сечения стержня
Поперечноесечение стержня имеет вид симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружностьдиаметром Дст (рис.3).
Расчётгеометрического сечения стержня представлен в таблице 2.
Таблица2
Расчётгеометрического сечения стержняНомер пакета Ширина пакета ВК, м Толщина пакета tК, м Площадь пакета, м2 1 0,350 0,046 0,01886 2 0,325 0,040 0,0154 3 0,310 0,018 0,006624 4 0,295 0,015 0,00525 5 0,270 0,017 0,005525 6 0,250 0,008 0,00248 7 0,230 0,007 0,002065 8 0,195 0,010 0,0027 9 0,175 0,008 0,002 10 0,155 0,006 0,00138 11 0,135 0,008 0,00156 Геометрическое сечение стержня Fcт.геом = 2∙Σ ВК∙tК = 0,146727 м2
3.2.Активное сечение стержня
гдеkзап = 0,96 – коэффициент заполнения пакета сталью.
Fст=kзап·Fст.геом=0,96·0,146727=0,141м2
/> />
3.3.Коэффициентзаполнения площади круга
/>
Кзап.КР≥ 0,885 – сечение стержня спроектировано рационально.
4.Расчет напряжения одного витка, количества витков, напряжений и токов на всехответвлениях обмотки РО
4.1Предварительное значение напряжения одного витка
Вст=1,6Тл — предварительное значение индукции в стержне
/>
4.2Количество витков в обмотке НН
/>
4.3Уточненное значение напряжения одного витка
/>
4.4Уточненное значение индукции в стержне
/>
4.5Количество витков обмотки ВН на основном ответвлении
/>
где/>
5. Выбор типа и расчет параметров обмоток трансформатора
5.1Исходные данные для выбора типа и расчета параметров обмоток
/> -число параллельныхветвей обмотки
/>-коэффициентусадки обмоток при сушке
/>-коэффициентзаполнения сечения провода учитывающий уменьшение сечения провода за счетскругления его углов;
/>м -расстояниемежду соседними прокладками рассчитываемое по окружности среднего диаметраобмоток
/>-кратностьколичества катушек в одной параллельной ветви непрерывной обмотки
/>-Высотаминимального радиального канала НН
/>-Высотаминимального радиального канала ВН
/>-Толщинаизоляции провода на две стороны НН
/>-Толщинаизоляции провода на две стороны ВН
/>-минимальнаявысота провода
/>-максимальнаявысота провода
/>-максимальнаяширина провода
/>-минимальнаяширина провода
5.2Выбор типа обмотки НН
/>
Выбираемоднозаходную винтовую обмотку НН, т.к. hпр>hпр.мин
hпр.мин=4,75·10-3 м
Принимаемстандартное значение высоты провода hпр_нн=6.3·10-3м
5.2.1Число катушек обмотки НН
nзах=1– число заходов
/>
5.2.2Высота провода обмотки НН
/>
Принимаемстандартное значение высоты провода hпр_нн=6.3·10-3м
bкат0=bн=0,063 м – предварительная ширина обмотки
5.2.3Ширина провода обмотки НН
/>
Выбираемстандартное значение ширины провода bпр_нн=2,5·10-3м
/>
5.2.4Площадь поперечного сечения провода обмотки НН
/>
5.2.5Число параллельных проводников обмотки НН
/>
5.2.6Площадь поперечного сечения обмотки НН
/>
5.2.7Плотность тока в обмотке НН
/>
5.2.8Высота катушки обмотки НН
/>
5.2.9.Ширина катушки обмотки НН
/>
5.2.10Средняя высота радиального канала обмотки НН
/>
Полученныев результате расчета окончательные размеры ширины обмотки (bкат) и высоты канала hкан.ср должны, по возможности,минимально отличаться от bн иhкан.мин
5.3Выбор типа обмотки ВН
/>
hпр_внменьше hпр.мин поэтому выбираем тип обмотки: равномернаянепрерывная обмотка ВН
5.3.1.Число прокладок
/>
5.3.2.Высота провода обмотки ВН
/> м mв0=mв=1
5.3.3.Число параллельных проводников обмотки ВН
nпар_вн=mв=1
5.3.4.Площадь поперечного сечения обмотки ВН
/>
5.3.5.Ширина провода обмотки ВН
/>
Выбираемстандартный размер провода />
/>
5.3.6.Площадь поперечного сечения провода обмотки ВН
/>
5.3.7.Площадь обмотки ВН
/>
5.3.8.Плотность тока обмотки ВН
/>
5.3.9.Магнитная индукция осевого поля рассеяния
/>
5.3.10.Добавочные потери от осевого поля рассеяния
/>
5.3.11.Высота катушки обмотки ВН
/>
5.3.12.Число катушек обмотки ВН
/>
Принимаем />
5.3.13.Число витков в катушке
/>
/>
5.3.14.Ширина катушки обмотки ВН
/>
6.Расчет потерь короткого замыкания и напряжений короткого замыкания
6.1.Расчет сопротивлений обмоток НН и ВН постоянному току и масс обмоточногопровода
6.1.1.Активное сопротивление обмоток НН и ВН при расчетной температуре
/> - разомкнутая длина одного провода на
номинальномответвлении обмотки НН
/> - разомкнутаядлина одного провода на номинальном ответвлении обмотки ВН
/>
/>
6.1.2.Масса обмоточного провода ВН и НН
/>/>
/>
6.2.Расчет основных потерь в обмотке НН
6.2.1.Основные потери в функции тока и сопротивления в обмотке НН
/>
/>
6.2.2.Основные потери в обмотке НН и ВН в функции плотности тока и массы провода
/>
/>
6.2.3.Сумма основных потерь в обмотках НН и ВН
/>
Таблица6.1. Результаты расчета основных потерь в обмотках НН и ВНПараметр Обмотка НН ВН
Lпар, м 190 1754
Rобм, Ом 0.019 1,066
Gпр, кг 574.17 853.3
Росн=f(I,R), Вт
1.003·104
1.566·104
Росн=f(j, Gпр), Вт
1.003·104
1.259·104
6.3.Расчет составляющих добавочных потерь в обмотках ВН и НН
6.3.1.Индукция осевого поля рассеяния
/> -магнитная проницаемость воздуха
/>
/>
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
Индукцияна участках 1-2 и 2-3 обмотки
/>
/>
/>
/>
6.3.5.Удельные потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН научастках 1-2 и 2-3
/>
/>
/>
/>
6.3.6.Полные потери на участках 1-2 и 2-3 от радиальной составляющей поля рассеяния вобмотках НН и ВН
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
6.3.7.Потери от радиальной составляющей поля рассеяния в обмотках НН и ВН
/>
/>
Таблица6.3. Результаты расчетов добавочных потерь от вихревых токов, вызванных осевойи радиальной составляющих поля рассеянияПАРАМЕТР Обмотка НН ВН
Вос Тл 0,055 0,055
рв.ос Вт/кг 0,263 0,761
Рв.ос Вт 150,815 649,304
Врад 1 Тл 0,022 0,022 2 0,00549 0,00549 1-2 0,025 0,025 2-3 0,00549 0,00549
рв.рад 1-2 Вт/кг 0,35 2,259 2-3 0,017 0,108
Gпр 1-2 Кг 28,709 42,667 2-3 258,378 384,007
Рв.рад 1-2 Вт 10,056 96,4 2-3 4,31 41,314
ΣРв.обм.рад Вт 27,732 275,428
6.3.8.Расчет добавочных потерь от циркулирующих токов, вызванных осевым полемрассеяния
kтранс=0.125- коэффициент относительной эффективности типа транспозиции
/>-функция типатранспозиции и числа параллельных проводов
/>
/>
6.4.Расчет добавочных потерь в металлоконструкциях
6.4.1.Межосевое расстояние
/>
6.4.2. Наружный диаметр обмоток
/> — среднийдиаметр между обмотками ВН и РО
/>
6.4.3. Ширина бака
bобм_Б=0.365 м-усредненное расстояние от наружной обмотки до стенки бака
/>
6.4.4. Длина бака
/>
6.4.5. Периметр бака
/>
6.4.6. Средний радиус бака
/>
6.4.7. Добавочные потери в металлоконструкциях
k=2.20
/>-потокодного стержня
6.4.8. Общие потери короткого замыкания
/>
Полученные из расчета потери короткого замыкания имеютотклонение от заданных потерь (Pк.з. =49·103Вт) в рамках, установленных ГОСТ (10%).
7. Расчет напряжения короткого замыкания
7.1. Активная составляющая напряжения к.з.
/>
7.2. Полное напряжение к.з.
/>
Полученное из расчета напряжение короткого замыканияимеет отклонение от заданного напряжения (Uк.з.=10,5 %) в рамках, установленных ГОСТ (10%).
8. Расчет потерь и тока холостого хода
8.1 Расчет массы магнитопровода
8.1.1. Масса стержней магнитопровода
Kзап=0,96 — коэффициентэлектротехнической стали с жаростойким покрытием γст=7,65·103 кг/м3 — плотность электротехнической стали
/> -объем стержней
/>
8.1.2. Масса углов магнитопровода
/> -объем угла
/>
8.1.3. Масса ярм магнитопровода
где Кус.яр=1,02 -коэффициент усиления ярма
/>-объем ярм
/>
8.1.4. Полная масса магнитопровода
/>
8.2. Потери холостого хода
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
8.3 Намагничивающая мощность, потребляемаятрансформатором при холостом ходе
/>
/>
/>
/>
/>
/>
8.4. Реактивная составляющая тока холостого хода
/>
9. Тепловой расчет трансформатора
9.1 Расчет превышения температуры катушки над маслом(для обмоток ВН и НН)
9.1.1. Удельная тепловая нагрузка теплоотдающейповерхности катушки
/> -ширинапрокладки обмотки НН
/> -ширинапрокладки обмотки ВН
/> -
коэффициент закрытия части поверхности катушкиизоляционными прокладками, создающими канал между катушками обмоток ВН и НН
/>-коэффициент,учитывающий действие добавочных потерь, равный отношению суммы добавочныхпотерь в обмотках ВН и НН к основным потерям в них
/>
/>
9.1.2.Расчет превышения температуры катушки над маслом
Kкат=0,7
/>
/>
/>
/>
/>
/>
9.2.Расчет превышения температуры масла над воздухом
9.2.1.Превышение температуры масла над воздухом исходя из норм нагрева масла
/> -расстояниеот бака до нижнего ярма
/> -расстояниеот бака до верхнего ярма
/> -нормализованнаявеличина превышения температуры верхних слоев масла над температурой окружающейсреды
ΔHБ=0,15м
/> -высота бака
Hмо=3
/>
/>
-коэффициент,учитывающий взаимное расположение тепловых центров трансформатора
/>
9.2.2.Превышение температуры масла над воздухом исходя из норм нагрева обмоток
Qобм=650С
/>
9.3.Расчет количества радиаторов для системы охлаждения типа Д
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
Kохл=0,22- для системы охлаждения Д
/>
9.3.6.Необходимое число радиаторов
/>
Рис.9.2.Эскиз для расчета высоты бака
Fрад=52м2 — теплоотдающая поверхность одного радиатора
/>
10.Компоновка активной части в баке
10.1.Определяем ширину бака
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Осьбака />
11.Выбор вспомогательного оборудования трансформатора
11.1Выбор расширителя
11.1.1Внутренний объем гладкого бака
/> - ширина бакапо рисунку
/> - длина бака порисунку
/>
/> - средняяплотность активной части (для алюминиевой обмотки)
11.1.2Объем, занимаемый активной частью
/>
11.1.3Общая масса масла
/>-масса масла врадиаторах-элементах систем охлаждения трансформатора
/>
11.1.4Выбор размеров расширителя
Расширительвыбирается по рассчитанной массе масла трансформатора из табл.12.1 и табл.12.2[1]
Основныеразмеры расширителя:
Массамасла в расширителе — 1342 кг
Объемрасширителя — 3150 л
Длинарасширителя — 2520 мм
Толщинастенок — 4 мм
Внутреннийдиаметр расширителя — 1260 мм
11.2Выбор термосифонного фильтра
Термосифонныйфильтр выбирается из учета массы масла трансформатора
11.2.1Выбор необходимой массы селикагеля
Изтабл.12.3 выбираем необходимое количество селикагеля в зависимости от массымасла в трансформаторе
Массаселикагеля — 320 кг
11.2.2Размеры фильтра
Изтабл. 12.4. выбираем:
Диаметрфильтра Д — 585 мм
Высотафильтра Н — 1890 мм
Расстояниеот оси фильтра до фланца L — 290 мм
Расстояниемежду осями верхнего и нижнего патрубков A — 1560 мм
11.3.Выбор радиаторов системы охлаждения
Выбортипа радиатора производим из расчета высоты бака по расстоянию между осямиверхнего нижнего патрубков Нмо, которое должно быть на 200...300 ммменьше высоты бака
11.3.1Характеристики радиатора (табл.9.1 [1])
Выбираемрадиатор типа Мо-3000
Расстояниемежду осями верхнего и нижнего патрубков Нмо — 3000 мм
Массамасла в радиаторе — 328 кг
Массарадиатора — 538 кг
Теплоотдающаяповерхность одного радиатора Fрад — 52 м2
Количество радиаторов охлаждения – 2
12. Описание конструкции трансформатора
Вконструктивном отношении современный силовой масляный трансформатор можносхематически представить состоящим из трёх основных систем – магнитной, системыобмоток с их изоляцией, системы охлаждения и вспомогательных систем –устройства регулирования напряжения, измерительных и защитных устройств,арматуры и др.
Конструктивнойи механической основой трансформатора является магнитная система(магнитопровод), который служит для локализации в ней основного магнитногопотока поля трансформатора. Магнитная система представляет собой комплектпластин и других элементов из электротехнической стали или другогоферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме.
Большинствотипов магнитных систем можно чётко подразделить на отдельные части. Всоответствии с этим делением в магнитной системе разделяют стержни – те части,на которых располагаются основные обмотки трансформатора, служащиенепосредственно для преобразования электрической энергии, и ярма – части, ненесущие основных обмоток и служащие для замыкания магнитной цепи.
Вмагнитных системах, разделяющихся на стержни и ярма, при расчёте параметровхолостого хода особо выделяют части, находящиеся в зоне сопряжения стержня иярма и называемые углами магнитной системы. Наибольшее распространение впрактике трансформаторостроения получили плоские магнитные системы стержневоготипа со ступенчатой формой поперечного сечения стержня, вписанного вокружность, и с обмотками в виде круговых цилиндров. Отдельные пластинымагнитопровода собираются из тонких листов электротехнической стали марки 3407толщиной 0.3 мм. Для рационального и экономичного построения технологическогопроцесса в отрасли действует стандартный ряд ширин пластин магнитных систем.
Плоскиестыковые магнитные системы с раздельно собираемыми стержнями и ярмами требуют,по сравнению с шихтованными, более массивного и прочного крепления стержней иярм и специальных конструкций для стяжки стержней с ярмами в виде металлическихбашмаков, стяжных шпилек и т.д. После завершения сборки магнитной системы еёстержни, как правило, спрессовываются и стягиваются бандажами из стеклоленты.Ярма плоских систем обычно спрессовываются ярмовыми балками.
Магнитнаясистема со всеми узлами и деталями, которые служат для соединения её отдельныхчастей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора. На остове впроцессе дальнейшей сборки устанавливаются обмотки и крепятся отводы, то естьпроводники, предназначенные для соединения обмоток трансформатора с переключателями,вводами и др. токоведущими частями.
Основнымэлементом обмотки трансформатора является виток – электрический проводник илинесколько параллельно соединяемых проводников, однократно охватывающих частьмагнитной системы. Ток витка совместно с токами др. витков и других частейтрансформатора, в которых возникает электрический ток, создаёт магнитное полетрансформатора. Под воздействием этого поля в каждом витке наводится ЭДС. Втрансформаторостроении используются проводники с прямоугольным сечением, и сучётом электрической прочности изоляционной конструкции приняты следующиепредельные параметры:
hпр.мин=4,75*10^-3м, bпр.мин=1,25*10^-3 м,
hпр.макс=19,5*10^-3м, bпр.макс=5,6*10^-3 м, (1).
Обмоткойназывается совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которойсуммируются ЭДС, наведённые в витках, с целью получения высшего или низшегонапряжения трансформатора или с другой целью. Обмотки трансформаторов различаютпо назначению, способу взаимного расположения и форме.
Вдвухобмоточном трансформаторе, имеющем две электрически несвязанные между собойобмотки, различают обмотку высшего напряжения (ВН), присоединяемую к сети болеевысокого напряжения, и обмотку низшего напряжения (НН), присоединяемую к сетиболее низкого напряжения.
Поспособу расположения их на стержне, обмотки трансформатора подразделяются наконцентрические и чередующиеся. Концентрическими обмотки называются в томслучае, когда обмотки ВН и НН выполняются в виде цилиндра и располагаются настержне концентрически одна относительно другой. Высоты обеих обмоток, какправило, делаются одинаковыми. При концентрическом расположении обмотка ННобычно располагается внутри, а обмотка ВН – снаружи. При расположении обмоткиВН снаружи упрощается вывод от неё ответвлений для регулирования напряжения.
Дляобразования в обмотках и между обмотками и изоляционным цилиндром осевыхканалов чаще всего применяются рейки, склеенные бакелитовым или др. лаком изполос электроизоляционного картона или изготовленные из дерева твёрдой породы,например белого или красного бука. При намотке рейки укладываются по образующейцилиндра и плотно прижимаются проводами к цилиндру или ранее намотаннойкатушке. Толщина рейки определяет ширину осевого канала.
Радиальныеканалы между катушками или между витками в обмотках с большим числомпараллельных проводов обычно образуются междукатушечными прокладками,выштампованными из электроизоляционного картона. Каждая междукатушечная илимуждувитковая прокладка набирается из нескольких пластин толщиной 0,5-3 мм донужной толщины, соответствующей осевому или радиальному размеру канала.
Длятого, чтобы связать рейки с междукатушечными прокладками, в картонныхпрокладках проштамповываются просечки. Этими просечками междукатушечныепрокладки надеваются на крайнюю широкую полосу рейки при намотке на стане илисборке обмотки на стержне.
Обмоткитрансформатора должны быть надёжно изолированы одна от другой и от всехзаземлённых частей конструкции трансформатора – магнитной системы и деталейкрепления остова, стенок бака, в котором устанавливается трансформатор. Этаизоляция создаётся путём сочетания изоляционных деталей, изготовленных изтвёрдых диэлектриков – электроизоляционного картона, бумажно-бакелитовыхизделий, дерева с промежутками, заполненными основной изолирующей средой –жидким или газообразным диэлектриком или диэлектрическим компаундом. Во времяработы трансформатора в его обмотках, магнитной системе и некоторых другихчастях происходят потери энергии, выделяющиеся в виде тепла. Припродолжительном режиме работы всё выделяющееся тепло должно полностью отводитсяв окружающую среду. В большинстве современных силовых трансформаторах отводтепла осуществляется через теплоноситель – жидкий или газообразный диэлектрик,заполняющий бак, в котором установлен трансформатор. Основной изолирующей иохлаждающей средой в них служит свободно проникающий к активной частиатмосферный воздух.
Жидкийили газообразный теплоноситель, чаще всего трансформаторное масло, обмывающееобмотки и магнитную систему трансформатора, нагреваясь у их поверхностей,интенсивно отводит путём конвекции всё выделяющееся в них тепло и передаёт егостенкам бака. Внешняя поверхность стенок бака (омывается воздухом) отдаёт теплопутём конвекции и излучения. Масляный бак с гладкими стенками имеетотносительно малую омываемую поверхность, которой оказывается недостаточно, идля обеспечения нормального охлаждения приходится искусственно развиватьвнешнюю поверхность бака путём установки рёбер труб, навесных радиаторов идругих элементов, отдающих тепло при естественной конвекции воздуха.
Длязаполнения бака трансформатора маслом до самой крышки при всех возможных вэксплуатации колебаниях температуры и объёма масла, над крышкой устанавливаетсярасширитель – стальной бачок, сообщающийся с баком трубопровода. Если внутреннийобъём расширителя сообщается с окружающим воздухом, то на пути движения воздухаустанавливается фильтр, заполненный сорбентом – веществом, поглощающим влагу извоздуха, поступающего в расширитель. Для более надёжного предохранения масла отокисления, его поверхность в расширителе часто изолируют от окружающеготрансформатор воздуха подушкой из инертного газа, и расширитель герметизируютнаглухо при помощи гибкой растягивающейся мембраны.
Накрышке бака устанавливаются вводы, служащие для присоединения внешней сети кобмоткам трансформатора; на крышке и частично на стенках бака устанавливаютсятакже различного устройства, служащие для защиты трансформатора.
Составизделия
Вконструкцию трансформатора входят следующие основные составные части:
- активнаячасть (остов, обмотки, изоляция, отводы);
- бакс арматурой;
- расширитель;
- системаохлаждения;
- вводы;
- контрольно-измерительнаяи защитная аппаратура;
- вспомогательнаяарматура, принадлежности, запасные части.
Заключение
Вданном курсовом проекте был рассчитан трансформатор мощностью 8 МВА сприемлемыми потерями короткого замыкания Pк.з.=119 кВт, потерями холостого хода Рхх=18.5 кВт, напряжением короткогозамыкания Uкз=10,04%, током холостого хода iхх=1.25 %, намагничивающеймощностью Qхх=33кВАР. Проведение теплового расчёта позволило выяснить среднеепревышение температуры масла трансформатора над воздухом Qмс.ср=32º С, атакже необходимое число радиаторов nрад=2.
Такимобразом, спроектирован трансформатор, который соответствует исходным данным ипригоден для эксплуатации.
Такимобразом, цель проекта достигнута, что подтверждается результатами,перечисленными в выводах.
Список используемой литературы
1. БорюЮ.И., Терентьева М.А., Леунова Е.М. Расчет силовых масляных трансформаторов:Метод. указания для курсового проектирования. Тольятти: ТГУ, 2002. 58 с.
2. ТихомировП. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для
вузов.—5-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 528 с.
3. ГолуновА.М., Мазур А.Л. Вспомогательное оборудование трансформаторов: (Устройстваконтроля и защиты, вводы, арматура). – М.: Энергия, 1978. – 144 с.