Курсовая работа: Трансформатор силовий трифазний потужністю 740 кВА

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

Кафедра електромеханіки

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту на тему:

Трансформатор силовий трифазний потужністю740 кВА

Студент групи ЕТ – 661_/ Безкоровайний В.С. /

Керівник проекту/ Захарчук О.С. /

2010 р.

Завдання на курсовий проект

1. Студент. Безкоровайний Володимир Сергійович

2. Группа. ЕТ-661

3. Тема проекту. Трансформатор силовий трифазний потужністю 740 кВА.

Спец. завдання:

4. Початкові данні до проекту.

Номінальна частота мережі..............................	50	Гц.
Номінальна лінійна напруга обмотки ВН.........	6000	В.
Номінальна лінійна напруга обмотки НН.........	400	В.
Напруга короткого замикання , ..................	5,6	%.
Втрати короткого замикання, .......................	8900	Вт.
Втрати холостого ходу, ..............................	1480	Вт.
Струм холостого ходу, ................................	1,76	%.
Число фаз, ,…………………………………..	3	.

З'єднання обмоток: У/У₀ – 0; ДСТ 11920 – 85.

5. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (основні питання)-

- згідно календарного плану.

6. Перелік графічного матеріалу (із зазначенням обов`язкових креслень). 1. Складальне креслення трансформатора (2хА1). 2. Остов (А1)

3. Установка обмоток (А1).

7. Консультанти до проекту

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка містить ____ стор., ____ рис., ____ табл.,

_____ бібл. найм.

ТРАНСФОМАТОР, МАГНИТОПРОВОД, ОБМОТКА НН, ОБМОТКА ВН, ПАРАМЕТРИ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ, МАГНІТНА СИСТЕМА, ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК.

Розроблено силовий трифазний трансформатор.

Визначено основні електричні величини і коефіцієнти трансформатора.

Зроблено розрахунок обмоток НН і ВН, та розраховано параметри короткого замикання трансформатора.

Зроблено розрахунок магнітної системи трансформатора зменшених розмірів, ніж у базового, а також тепловий розрахунок трансформатора.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ

1.1 Огляд конструкцій трифазних силових трансформаторів

1.2 Обгрунтування проекту

2. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ НА РОЗРОБКУ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Найменування розробки

2.2 Мета виконання розробки і призначення виробу

2.3 Технічні вимоги

3. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН

3.1 Визначення лінійних і фазних струмів і напруг обмоток ВН і НН

3.2 Попередній розрахунок основних параметрів трансформатора і вибір коефіцієнта .

3.3 Розрахунок обмоток НН і ВН

3.4 Визначення параметрів короткого замикання

3.5 Розрахунок магнітної системи

3.6 Висновки по третьому розділу

4. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА

4.1 Тепловий розрахунок обмоток

4.2 Вибір основних розмірів бака

4.3 Розрахунок перевищення температури масла і обмоток над температурою навколишнього середовища

4.4 Висновки по четвертому розділу

5. РОЗРАХУНОК МАСИ ТРАНСФОРМАТОРА

5.1 Висновки по п'ятому розділу

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Додатки

ВСТУП

Метою курсового проекту є розробка двообмоточного трифазного силового трансформатора потужністю 740 кВА. Однією з головних вимог, що пред'являються до знов проектованих трансформаторів, є зменшення метало- і матеріаломісткості, а також габаритів конструкції. Одним з шляхів досягнення цієї мети є перехід на менші діаметри стрижнів магнітних систем трансформаторів. При цьому істотно зменшуються маса стали магнітної системи, втрати і струм холостого ходу, але збільшується маса проводу обмоток і вартість активної частини трансформатора при збереженні значення втрат короткого замикання. Збільшення маси проводу обмоток компенсується істотно великим зменшенням маси стали магнітної системи.

Спроектований трансформатора має меншу металоємність і трудомісткість при його виготовленні.

В процесі проектування трансформатора застосовувалися методи автоматизованого проектування електротехнічних установок (ЕТУ) і електромеханічних систем (ЕМС). При розробці використовувався пакет програм-розрахунків: електромагнітного, теплового і редагування пояснювальної записки для автоматизованого проектування електричних машин в курсових проектах. Пакет програм розроблений по методиках, викладених [1-3] . При цьому значно збільшилася продуктивність праці розробника в розрахунках і при оформленні пояснювальної записки. При розробці графічної частини дипломного проекту використовувався комп'ютерний комплект креслень-заготовок трансформатора, і графічний редактор ”Компас”, що дозволило значно зменшити трудомісткість виготовлення креслень.

1. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ

1.1 Огляд конструкцій трифазних силових трансформаторів

Силові трансформатори залежно від потужності і напруги по високій стороні умовно діляться на вісім габаритів. До 35 кВ включно: 1 габарит – до 100 кВА; 2 – 160-1000 кВА; 3 – 1600-6300 кВА; 4 – 10000-32000 кВА. Від 35 кВ до 110 кВ: 5 габарит - 16000-32000кВА. Від 110кВ до 330кВ: 6 – 40000 – 80000 кВА; 7- 80000-200000 кВА. Від 330 кВ і вище: 8 габарит – понад 200000 кВА. За конструктивними ознаками, призначенням, потужністю і напругою їх ділять на типи. Кожен тип має позначення, що складається з букв і цифр. Букви указують на призначення і конструктивне виконання трансформатора, а цифри – потужність і напруга по високій стороні. Згідно ДСТ 9680-77 номінальні потужності трифазних силових трансформаторів відповідають ряду (кВА): 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 320, 400, 630, 1000, 1600, і т.д.

Основними частинами трансформаторів є: магнітна система, обмотки, перемикальний пристрій, вводи, відводи, ізоляція, бак, охолоджувачі, допоміжне обладнання і апаратура, захисні і контрольно-вимірювальні пристрої. Магнітні системи виготовляються з електротехнічної холоднокатаної анізотропної тонколистової сталі марок 3404, 3405, 3406, 3407 і 3408 по ГОСТ 21427.1-83. Обмотки трансформаторів бувають циліндровими, гвинтовими і котушковими. Найпоширеніші обмотки – безперервні котушкові. Регулятори напруги обмоток ВН діляться по ГОСТ 16110-82 на два види:

1) регулювання напруги перемиканням відгалужень обмотки без збудження (ПБВ) після відключення трансформатора від мережі;

2) регулювання напруги під пагрузкой (РПН) без відключення трансформатора від мережі.

Системи охолоджування трансформаторів виконуються: бак із стінками у вигляді хвиль (трансформатори потужністю 100-630 кВА); бак зі звареними охолоджуючими трубами (трансформатори потужністю до 1600 кВА); бак з навісними радіаторами з прямих труб (трансформатори потужністю до 6300 кВА) і гнутих труб (трансформатори потужністю від 2500 кВА і вище). Крім того, використовуються різні типи охолоджування, такі як природна циркуляція масла і повітря; примусова циркуляція повітря і природна циркуляція масла; примусова циркуляція масла і повітря.

1.2 Обгрунтування проекту

Метою курсового проекту є розробка двообмоточного трифазного трансформатора зменшених розмірів і маси для промислових розподільних мереж.

Застосування спроектованого трансформатора дозволить зменшити металоємність і трудомісткість при його виготовленні. Трансформатор виготовляється із застосуванням стандартних комплектуючих деталей, вузлів і механізмів, що також позитивно позначається на його виготовленні і обслуговуванні.

2. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ НА РОЗРОБКУ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Найменування розробки

Трансформатор двообмоточний трифазний силовою потужністю 740 кВА для промислових розподільних мереж 6,0/0,40 кВ.

2.2 Мета виконання розробки і призначення виробу

Проектування силового трифазного трансформатора зменшених розмірів і маси без зміни технічних характеристик для промислових розподільних мереж 6,0/0,40 кВ.

2.3 Технічні вимоги

Вимоги за призначенням

Основні номінальні параметри трансформатора (ГОСТ 11920-85).

Число фаз – 3.

Потужність - 740 кВА.

Частота – 50 Гц.

Напруга ВН – 6000 В.

Напруга НН – 400 В.

Напруга КЗ (% від номінальної ) – 5,6 %.

Струм ХХ (% від номінальної ) – 1,76 %.

Втрати ХХ – 1480 Вт.

Втрати КЗ – 8900 Вт.

З'єднання обмоток У/У0 – 0.

Число ступенів регулювання напруги: 5.

Граничні відхилення від номінальних значень параметрів по ГОСТ 183-74.

Технічні вимоги по 2.3.1.2.5, 2.3.1.2.6, 2.3.1.2.7, 2.3.1.2.8 можуть уточнюватися за за результатами випробувань дослідних зразків.

Вимоги по надійності

Середній термін служби до списання трансформатора 25 років.

При перевірці показників надійності в процесі розробки, виготовлення і експлуатації трансформатора прийнятє середнє напрацювання в рік – 8000 годин.

Трансформатор повинен бути ремонтопридатний.

Вимоги по експлуатації.

Характер навантаження - тривалий.

Допустиме перевантаження кожної з обмоток по струму – не більше 5% на відгалуження.

Допустиме перевищення напруги понад номінальну:

тривало на 5% при навантаженні не більше номінальної;

тривало на 10% при навантаженні не більше 0,25 номінальної;

короткочасно (до 6 годин у добу) на 10% при навантаженні не більше номінальної.

Визначення тривалості систематичних перевантажень згідно ГОСТ 14209-69.

Показники масла по ГОСТ 10121-76:

· пробивна напруга – не менше 35 кВ;

· температура спалаху – 135 ^;

· тангенс кута діелектричних втрат при 90 – 0,5.

Максимальна температура верхніх шарів масла – 65 ^.

Номінальні значення кліматичних факторів - по ГОСТ 15543-70.

Конструктивні вимоги

Опір ізоляції обмоток, приведений до 75

Обмотка ВН – 120 МОм.

Обмотка НН – 80 МОм.

Система охолоджування: природна циркуляція масла і природне охолоджування повітрям.

3. ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН

3.1 Визначення лінійних і фазних значень струму і напруги обмоток

високої і низької напруг

Потужність однієї фази трансформатора

=740/3=246,7 кВА.

Номінальний (лінійний) струм обмоток ВН і НН:

а) =740∙10³ /(1,73∙6000)=71,3 А;

б) =740∙10³ /(1,73∙400)=1069,4 А.

Фазні струми для схеми з'єднань У/-0 (1-й варіант):

обмотки ВН

==71,3=71,3 A;

обмотки НН

б)=1069,4 А.

Фазні струми для схеми з'єднань У/Д-11 (2-й варіант):

обмотки ВН

==71,3=71,3 A;

обмотки НН

б)=1069,4/1,73=618,2 А.

Згідно завданню схема з'єднання обмоток У/У₀ -0, отже приймаємо (1 варіант) =1069,4 А.

Фазні напруги обмоток ВН і НН одного стрижня для схеми з'єднань Y/Y₀ (1 варіант):

а)=6000/1,73=3468 В;

б) =400/1,73=231 В.

Фазні напруги обмоток ВН і НН одного стрижня для схеми з'єднань У/Д-11 (2 варіант):

а)=6000/1,73=3468 В;

б)=400=400 В.

Згідно завданню схема з'єднання обмоток У/У₀ -0, отже приймаємо 1 варіант =231 В.

Іспитова напруга обмоток трансформатора згідно ГОСТ 1516.1-76, табл. 4.1 [1], 7а [2],: для обмотки НН (=400 В)

=5 кВ.для обмотки ВН (=6000 В)

=25 кВ.

Складові напруги короткого замикання:

а) Активна складова напруги короткого замикання

=8900/(10∙740)=1,203 %;

б) Реактивна складова напруги короткого замикання попередньо

(5,6² -1,203² )^0,5 =5,47 %.

3.2 Попередній розрахунок основних параметрів трансформатора і

вибір коефіцієнта

Вибір типа магнитної системи

Вибираємо трифазну стрижневу шихтовану магнітну систему з косими стиками на крайніх стрижнях і прямими стиками на середньому стрижні, згідно п. 3 [1] рис. А.1.

Вибір марки і товщини листів сталі

Матеріал магнітної системи – холоднокатана сталь марки 3404 товщиною 0,35 мм.

Остов трансформатора показаний на рис. А.2.

Пресування стрижнів бандажами зі склострічки (рис. А.3) і ярем сталевими балками (рис. А.4).

Магнітна система з обмотками приведена на рис. А.5. Головна ізоляція обмоток високої напруги і низької напруги приведена на рис. А.6.

Попередній вибір типу обмоток

По способу розташування на стрижні вибираємо обмотки концентричні. Обмотка НН розташовується усередині, а обмотка ВН – зовні (рис. А.5). При розташуванні обмотки ВН зовні спрощується вивід від неї відгалуження для регулювання напруги, а також зменшуються розміри внутрішніх ізоляційних каналів між внутрішню обмоткою і стрижнем.

Визначення ізоляційних проміжків (рис. А.5 и А.6)

Визначення ізоляційних проміжків по табл. 4.4, 4.5 [1], табл. 8, 9 [2], приведено в табл. 3.1.

Таблиця 3.1. Мінімальні ізоляційні відстані обмотки ВН з урахуванням конструктивних вимог

Найменування ізоляційної відстані	Чисельне значення	ДЖерело
Між обмоткою ВН і обмоткою НН,,м.	0,02	табл. 4.5,[1]
Між обмотками ВН на сусідніх стрижнях, , м	0,018	табл. 4.5,[1]
Обмотки ВН від ярма, , м	0,05	табл. 4.5,[1]
Обмотки НН від стрижня,, м	0,015	табл. 4.4,[1]

Мінімальна ізоляційна відстань від обмотки ВН до верхнього ярма за наявності пресуючих кілець (див. примітку 2 до табл. 4.5 [1], табл. 9 [2]; розділ.7.3 і 8.1 [1]) приймаємо збільшеним проти даних табл.4.5 [1], табл. 9 [2] для трансформаторів 1000 - 6300 кВА на 45 мм; для двообмоточних трансформаторів 10000 – 63000 кВА на 60 мм. Пресуючі кільця відсутні.

Отже, мінімальну ізоляційну відстань від обмотки ВН до верхнього ярма для трансформатора =740 кВА збільшуємо на

=0 мм. для розміщення пресуючих кілець, таким чином,

= 0,05+0=0,05 м.

Відстань від нижнього ярма до обмотки ВН приймається згідно табл. 4.5 [1], табл. 9 [2] (див. табл. 3.1)

=0,05 м.

Тоді середнє значення

=(0,05+0,05)/2=0,050 м.

Визначаємо коефіцієнт по табл. 3.3 [1], табл. 6 [2]

=0,51

Для трансформатора з РПН коефіцієнт необхідно помножити на 1,1, з

регулюванням напруги без збудження на 1.

=1,0∙0,51= 0,51.

Приведена ширина двох обмоток (3.28) [1], (9) [2],

= 0,51∙(246,7)^0,25 ∙0,01= 0,0202 м,

де - потужність одного стрижня.

Приведений канал розсіювання, стор. 120 [1], стор. 10 [2],

=0,02+ 0,0202=0,0402 м.

Попередній розрахунок трансформатора і вибір коефіцієнта .

При виконанні етапу попереднього (наближеного) розрахунку слід уявляти, що будуть основні дані і розміри, які, можливо, зажадають деякого, звичайно невеликикого, коректування при остаточному встановленні розахункових параметрів трансформатора відповідно заданим значенням. Це коректування може бути необхідним як для наближеного визначення приведеного каналу розсіювання, так і необхідності ураховувати при реальному розрахунку наявний сортамент , особливість вибраної конструкції обмоток і магнітної системи, нормалізований ряд діаметрів стрижнів.

Вибираємо індукцію в стрижні по табл. 2.4 [1], табл. 3 [2]

=1,62 Тл.

Вибираємо по табл. 2.5 [1], табл. 1 [2] у переризі стрижня число ступіней для потужності трансформатора =740 кВА без пресуючої пластини =8

коефіцієнт заповнення кола по табл. 2.5 [1], табл. 1 [2] =0,929

Ізоляція пластин – нагрівостійке ізоляційне покриття, згідно табл. 2.2 [1], табл. 4 [2] =0,97

Коефіцієнт заповнення сталлю

0,929∙0,97=0,901.

Орієнтований (приблизний) діаметр стрижня із табл. 2.5 [1], табл. 1 [2] =0,22 м. Ярмо багатоступінчасте, число ступенів в перерізі ярма менше числа ступенів в стрижні на один (=0,08-0,180 м); два (=0,190-0,390 м); три (=0,400-0,600 м) і далі на 4-5.

Приймаємо для =0,22 м, =6

коефіцієнт підсилення ярма, згідно табл. 8.7 [1] =1,15.

Індукція в ярмі

=1,62/1,15=1,41 Тл.

Число зазорів у магнітній системі на косому стику =4

на прямому =3

Індукція в зазорі на прямому стику =1,62 Тл,

на косому стику =1,15 Тл.

Питомі втрати сталі, згідно табл. 8.10 [1]:

а) у стрижні =1,62 Тл, =1,353 Вт/кг

б) у ярмі =1,41 Тл, =0,947 Вт/кг.

Питома потужність, що намагнічує, згідно табл. 8.17 [1]

а) у стрижні =1,62 Тл, =1,958 В∙А/м² ;

б) у ярмі =1,41, =1,087 В∙А/м² ;

г) на прямому стику =1,62 Тл, =25100 В∙А/м² ;

в) на косому стику =1,15 Тл, =3250 В∙А/м² .

Коефіцієнт, що враховує відношення основних втрат в обмотках до втрат короткого замикання, згідно табл. 3.6 [1], =0,93

Постійні коефіцієнти для мідних обмоток:

а) відношення середнього діаметра витка двох обмоток до діаметра стрижня трансформатора, згідно табл. 3.4 [1] =1,38

б) відношення подвоєного радіального розміру зовнішньої обмотки до діаметра стрижня трансформатора, згідно табл. 3.5 [1] =0,26

Коефіцієнт приведення ідеального поля розсіювання до реального поля (коефіцієнт Роговського), згідно стор. 162 [1] =0,95.

Діапазон зміни - от 1,2 до 3,6. Коэфіцієнт - це відношення середньої довжини окружності каналу між обмотками к висоті обмотки (рис 3.5 ),

.

Меншим значенням відповідають трансформатори відносно вузькі і високі, великим – широкі і низькі. Це показано на рис. А.7, на якому представлені два трансформатори однакової потужності, одного класу напруги, при однакових значеннях магнітної індукції в стрижні і однаковому коефіцієнті заповнення сталлю стрижня, з однаковими параметрами короткого замикання ( і ) для значень =3,5 і =1,4.

Різним значенням відповідають і різні співвідношення між масами активних матеріалів — стали магнітної системи і металу обмоток. Меньшимзначеніям відповідає менша маса стали і велика маса металу обмоток. Із збільшенням маса сталі збільшується, маса металу обмоток зменшується. Таким чином, вибір впливає не тільки на співвідношення розмірів трансформатора, але і на співвідношення мас активних і інших матеріалів, а отже, і на вартість трансформатора. Разом з цим зміна позначається і на технічних параметрах трансформатора: втратах і струмі холостого ходу, механічної міцності і нагрівостійкості обмоток, габаритних розмірах. Значення, які застосовуються для серійних трансформаторів приведені табл. 3.12 [1] і табл.3.2.

Таблиця 3.2. Значення для серійних масляних трансформаторів

Приймаємо по табл. 3.2 =2

Визначаємо основні розміри трансформатора (рис. А.5):

а) діаметр кола, в яке вписано ступінчастий переріз стрижня

=0,507(246,7∙0,0402∙0,95∙2 ∙(50∙5,47∙1,62² ∙0,901² ))^1/4 = 0,215 м;

б) приймаємо стандартний діаметр (по табл.8.3 [1]);

=0,22

в) діаметр каналу між обмотками

1,38∙0,22=0,3036 м;

г) висота обмоток

3,14•/=0,477.

Активний переріз стрижня 0,785∙0,901∙0,22² =0,156 м² .

Висота стрижня

0,477+0,05+0,05 =0,577 м.

Відстань між осями стрижнів ()

=0,3036+0,02+0,26•0,22+0,018=0,3988 м.

3.3 Розрахунок обмоток НН і ВН

Розрахунок обмотки низької напруги (НН).

Електрорушійна сила одного витка.

Для прийнятого діаметру стрижня =0,22 м по табл. 8.7 [1] визначаємо площу перерізу стрижня для прийнятої магнітної системи без пресуючої пластини (пресування стрижнів бандажами із склострічки)

Активний переріз стрижня :

=0,97∙0,0353=0,0342 мІ

4,44∙0,0342 1,62=12,30 В.

Число витків на одну фазу обмотки

=231/12,30=18,78,

де визначається в п. 3.3.1.1

Приймаємо

Уточнена напруга одного витка

=231/19=12,16 В.

Середня щільність струму в обмотках, згідно (5.4) [1]

=0,746∙0,93∙8900∙12,16 U_рпред 10⁴ /(246,7∙0,3036)=3342042 А/м² .

Орієнтовний переріз витка

=1069,4/3342042=319,98 мм² .

По таблиці 5.8 [1] для потужності трансформатора =740 кВА, струму на один стрижень =1069,4 А, номінальної фазної напруги обмотки =231 В і перерізу витка =319,98 мм² вибираємо конструкцію гвинтової обмотки (рис. А.9). Витки гвинтової обмотки складаються, як правило, паралельних , які розташовані концентрично на різній відстані від її осі, тому , які розташовані ближчими до осі, будуть коротші, а ті, що віддаленіші, будуть довші. Відмінність в довжині і розташуванні в полі магнітного розсіяння викличе нерівність їх активного і індуктивного опору. Для вирівнювання розподілу струму і зниження додаткових втрат в гвинтових обмотках виконують транспозицію (перестановку) .

Осьовий розмір масляного охолоджуючого каналу між витками попередньо, згідно стор. 270 [1] і (3.71) [1]. Попередньо вибираємо коэффіцієнт, який може бути прийнятий рівним =1,1 для трансформаторів потужністю =25-630 кВА; =1,4 – для =1000-6300 кВА для класу напруги 10 кВ і =1000-80000 кВА класу напруги 35 кВ. Для =740 кВА приймаємо

Тоді осьовий канал (див. мал.3.9)

=0,1∙1,4∙ 0,0202=0,0028 м.

Повинен бути не менше 0,004 м, приймаємо

Число рейок по колу обмоток НН

товщина междувиткових прокладок==0,004 м.

Орієнтовний осьовий розмір витка для одноходової гвинтової обмотки і рівномірно розподіленою транспозицією по формулі (6.17) [1]

0,477/(19+4)-0,95∙0,004=0,0169 м

де =0,95 – коефіциєнт, який враховує усадку прокладок між котушками після сушки і опресовування обмотки.

Максимальний осьовий розмір витка для одноходової обмотки дорівнює максимальному розміру обмотувального в ізоляції і не може перевищувати =16,5 мм для мідного і =18,5 мм для алюмінієвого . Тому при отриманні по формулі =0,0165 м для мідного і =0,0185 м для алюмінієвого необхідно застосовувати одноходову обмотку. При отриманні по формулі 0,035...0,045 м застосовують двухходову обмотку. Отже при =0,0169вибираємо обмотку з числом ходів

Вибір розмірів поперечного перерізу обмотки пов'язаний з щільністю теплового потоку на охолоджуваній поверхні обмотки . Значення з метою недопущення надмірного нагріву обмоток в трансформаторах природним масляним охолоджуванням обмежується Вт/ м² . Перевищення приводить до значного збільшення маси системи охолодження, а також до значного нагріву масла в каналах обмоток, що прискорює старіння масла. Зниження допустимих значень для мідних обмоток приблизно до 1000 Вт/м² дозволить старіння масла і подовжити терміни його заміни.

Вибираємо гвинтову обмотку радіальними каналами між витками з рівномірно розподіленою транспозицією.

У обмотках масляного трансформатора прямокутного , кожен , який з двох сторін омивається маслом (у одно і двошарових циліндрових з намотуванням на ребро, в гвинтових і безперервних котушкових з намотуванням навзнаки) максимальне значення більшого з двох розмірів поперечного переріза визначається приблизно (5.7) [1] для мідного :

= 1200∙1,0/(1,07∙2∙0,01)=0,0100 м

де - коефіцієнт закриття поверхні, для гвинтових і котушкових обмоток в данній формулі попередньо приймаємо (стор. 315 [1]).

Значення більшого здвох розмірів поперечного перерізу визначається:

=0,0169∙10³ /2-0,5∙2=7,45 мм.

де - товщина ізоляції .

Необхідно .

По одержаних орієнтовних значеннях =319,98 мм² при =

=7,45 мм по табл. 5.2 [1] вибираємо - число паралельних провідників; миінімальне число в одноходової обмотці чотири, у двухходової вісім (стор. 271 [1]).

Попередньо приймаємо число паралельних проводів

=319,98/8=40 мм² ,

По табл. 5.2 [1] вибираємо більший номінальний розмір проводу

Товщина ізоляції мм, тоді =5,5, =8,

тоді маємо переріз обмотки НН:

57,5

АПБ 88

Щільність струму в обмотці

=1069,4/(8∙36,6)=3,65 А/мм2

переріз обмотки низької напруги

=8∙36,6=292,8 мм2.

Осьовий розмір витка

=8 мм.

Осьовий розмір (висота) обмотки, опресованої після сушки трансформатора визначається по наступних формулах:

для одноходової обмотки (=1) з трьома транспозиціями по (6.21) [1]

=8∙(19+4)∙10^-3 +0,95∙0,004∙(19+3)=0,268 м

де =0,95 –коеффициент, що враховує усадку прокладок між котушками після сушки і опресовування обмотки;

для двоходової обмотки (=2) з рівномірно розподіленою транспозицією

=2∙8∙(19+1)∙10^-3 +0,95∙0,004∙(2∙19+1)= 0,468 м

У нашому випадку =2, тому приймаємо

=

0,468

м.

Радіальний розмір обмотки (рис. А.5)

=(8∙5,5)/2=0,022 м.

Ізоляція між обмоткою НН і стрижнем, а також між обмотками ВН і НН виконується при потужності трансформатора 25-630 кВА м'якими циліндрами, намотаними при трансформатора електроізоляційного картону. При потужності трансформатора більше 630 кВА - твердими паперово-бакелітовими циліндрами. Приймаємо товщину циліндра (див. рис. А.5) по табл.4.4 для =740 кВА і =5 кВ.

=

4

м.

Обмотка намотується на рейках, приймаємо

=

10

.

Радіальний розмір ( товщина рейок - по табл. 4.4 для =5 кВ)

=

6

м,

на паперово-бакелітовому циліндрі з наступними розмірами.

Внутрішній діаметр циліндра паперово-бакелітового циліндра

0,22+2(0,015-0,006-0,004)=0,23 м

Зовнішній діаметр циліндра

=0,23+2∙0,004=0,238 м

Виступ циліндра за висоту обмотки низької напруги (див. малий. А.6) забезпечує відсутність розряду по поверхні циліндра між обмотками або з обмотки на стрижень. Приймаємо осьові розміри циліндрів ВН і НН однаковими по конструктивних міркуваннях. Отже, вибирається по табл. 4.4 [1] для =25 кВ

==

20

м,

Осьовий розмір циліндра

=0,468+2∙0,02=0,508 м

отже циліндр має розміри, м

0,23

Æ ---------- 0,508

0,238 .

Внутрішній діаметр обмотки

=0,22+2∙0,015=0,25 м.

Зовнішній діаметр обмотки

0,25+2∙0,022=0,294 м.

Радіальний розмір рейок (перевірка)

=(0,25-0,238/2)= 0,006м.

Щільність теплового потоку на поверхні обмотки НН з каналами між всіма витками по (7.19) [1]. Вибираємо число рейок між обмоткою НН і циліндром обмотки ВН:

=

10

шт.

Вибираємо ширину рейок:

==

0,02

м.

Визначаємо коефіцієнт закриття поверхні

=1-10∙0,02/(3,14•0,294)=0,783.

Для гвинтової одноходової обмотки (=1) число витків в =1,0; для двоходової гвинтової обмотки(=2) число витків =0,5 (див. стор. 314). Приймаємо для = 2

=

0,5

.

107∙3,65∙10⁶ ∙1069,4∙0,5∙1,05∙10^-10 /(0,783∙(0,022+8∙10^-3 ))=933 Вт/м² ,

де - коефіцієнт додаткових втрат, приймаємо 1,05;

Маса металу обмотки міді по (7.6) [1]:

Середній діаметр обмотки НН

=(0,25+0,294)/2 =0,272 м.

28∙103∙3∙0,272∙19∙292,8•10^-6 =127 кг

де число стрижнів.

Маса по табл. 5.5 [1]

=1,02∙127=130 кг

Розрахунок обмотки високої напруги

Згідно табл. 5.8 [1] вибираємо безперервну котушкову обмотку з прямокутного (рис. А.12 ). Групу послідовно витків, які намотані у вигляді спіралі і відокремлену від других таких же груп, називають котушкою, а обмотку, яка складається з ряду котушок, що розташовані в осьовому напрямі, називають котушковою. Котушкові обмотки можуть бути дисковими, які набираються з окремих намотаних котушок (рис. А.12,а), або безперервними, які намотуються без розриву (малий. А.12,б), наприклад, перехід з однієї котушки 1 в іншу 6 (малий. А.12,д) здійснюється без паяння. Котушки намотують на рейки 3, які утворюють вертикальний канал уздовж внутрішньої поверхні обмотки. На рейках закріплюють прокладки 5, які утворюють горизонтальні канали між котушками.

У витках обмотки може бути від одного до шести паралельних . При двох і більш необхідно вирівнювати їх довжину і положення в магнітному полі розсіяння, для чого міняють місцями, тобто роблять транспозицію (рис. А.12,д).

Число витків при номінальній напрузі

3468/12,16=285.

Число витків для котушкової обмотки повинне бути парним (стор.289) [1], тому приймаємо

=

286

витков.

Згідно ГОСТ 12022-76 передбачаємо відгалуження +5%, +2,5%, -2,5%, -5% номінальної напруги окрім основного на затисках з номінальною напругою.

Напруга на одному ступені регулювання або різниця напруг двох сусідніх відгалужень в %

=

2,5

%,

у абсолютних величинах

=2,5∙6000/100=150 В.

Число витків в одному ступеню регулювання

=6000•0,025/(12,16•1,73)= 7,1,

Приймаємо

=

7,1

витка (ів).

Число витків в котушці повинне бути цілим або дробним, в останньому випадку знаменник дробу означає число рейок по колу обмотки

Приймаємо число рейок між циліндром і обмоткою ВН.

=

10

.

Приймаємо =7,1 витка (ів)

Таблиця 3.1. Відгалуження обмоток ВН

Схема регулювання напруги приведена на рис. А.13.

Контакти перемикача розраховується на робочий струм =71,3A.

Найбільша напруга між контактами перемикача в одній фазі:

Робоча

=150∙4/1,73=347 В.

випробувальна

=2∙150∙4/1,73=694 В.

Осьовий розмір обмотки високої напруги приймаємо (попередньо)

0,468 м.

Орієнтовна щільність струму в обмотці

2∙3342042-3,65∙10⁶ = 3,03 А/м² .

Орієнтовний переріз обмотки високої напруги

71,3/ 3,03=23,53 мм² .

Висота (осьовий розмір) витка орієнтовно по 5.6 [1]

1200∙1/(1,07∙( 3,03)² ∙10^-8 )=0,0122 м

де Вт/м2 для трансформаторів з природним масляним охолоджуванням (стор. 260 [1]);

для гвинтових і котушкових обмоток (стор. 261 [1]).

По табл. 5.8 [1] вибираємо безперервну котушкову обмотку з мідного прямокутного (S=740 кВА =71,3 A, =6000В, 23,53 мм² ). По сортаменту мідного обмотувального (табл. 5.2) [1] вибираємо переріз .

Попередньо приймаємо число паралельних

=

1

шт.

=23,53 /1=23,53 мм² ,

По табл. 5.2 [1] вибираємо більший номінальний розмір проводу

=

11,2

мм.

менший номінальний розмір

=

2,12

мм,

а також номінальний переріз

=

23,4

мм2 .

Товщина ізоляції мм, тоді =2,62 мм =11,7 мм, тоді маємо переріз обмотки ВН:

11,2

ПБ 1-------------------.

11,7

Щільність струму в обмотці

=71,3/(23,4∙1)=3,05 А/мм² .

Приймаємо конструкцію основної обмотки з радіальними каналами між всіма котушками.

Осьовий розмір (висота) радіального каналу в масляних трансформаторах потужністю від 160 до 6300 кВА і робочих напруг не більше 35 кВ коливається від 4 до 6 мм (стор. 290 [1]).

Приймаємо

=

4,0

мм.

Осьовий розмір котушки з ізоляцією ==11,7 мм.

Схема регулювання – по рис.А. 13. Канал в місці розриву обмотки приймаємо згідно табл.4.9 [1]

=

12

мм.

Число котушок на одному стрижні орієнтовно(основних і регулюровочних разом)

0,468∙10³ /(11,7+4)=30.

Число котушок повинне бути парним.

Число основних котушок на одному стрижні (без регулюровочних)

=30-4=26

Всього число витків на стрижні обмотки ВН разом з регулювальними у бік збільшення напруги

=286+2∙7,1=300,2.

Число витків в основній котушці по (6.65)

=(286-2∙7,1)/26=10,5.

Число витків в котушці повинне бути цілим або дробним, в останньому випадку знаменник дробу означає число рейок по колу обмотки. Приймаємо 10 рейок по колу обмотки.

Загальний розподіл витків по котушках приймаємо:

Таблиця 3.6

4	регулювальних котушок РК () по =	13	витка (ів)	52	витка (ів)
28	основних котушок ОК () по =	10,5	витка (ів)	294	витка (ів)
32	катушек ()всего	…	……	346	витка (ів)

Радіальний розмір котушки ВН.

Якщо число витків котушки не ціле число, то тільки для визначення радіального розміру попередньо округляємо число витків до більшого цілого числа. Дійсне максимальне число витків в котушці визначаємо по табл. 3.6. Тоді розрахункове число витків в котушці приймаємо

=

11

витків.

Радіальний розмір котушки ВН

=11,7∙1∙11=28,8 мм.

Розташування котушок на стрижні і розташування радіальних каналіврозміром показане на рис. А.14.

Осьовий розмір обмотки: попередньо приймаємо

[•+[+(-2)]∙0,95= =11,7∙30+[12+(30-2)∙4]∙0,95]=0,469 м.

Одержаний осьовий розмір обмотки відрізняється від попередньо прийнятого в п. 3.2.3 на

=(0,468-0,469)∙100/0,469=-0,21 %.

Приймаємо остаточно

=

0,469

м.

По випробувальній напрузі =25 кВ і потужності трансформатора740 кВА по табл. 4.5 [1] знаходимо ізоляційні відстані обмотки ВН (див. рис. А.6) :

канал між обмотками ВН і НН

=

28

мм;

товщину циліндра

=

4

мм;

виступ циліндра за висоту обмотки

=

20

мм;

відстань між обмотками ВН двох сусідніх стрижнів

=

18

мм;

товщину міжфазної перегородки

=

2

мм;

Відстань від обмотки ВН до ярма за відсутності пресуючих кілець, аналогічно п. 3.2.4.1

=

50

мм.

Товщина ізоляційних шайб і прокладок з електроізоляційного картону

=

0

мм.

Відстань від обмотки ВН до верхнього ярма за наявності пресуючих кілець (див. пар.7.3 і 8.1) приймаємо збільшеним проти даних табл.4.5 [1] для трансформаторів 1000 - 6300 кВА на 45 мм; для двообмоточних трансформаторів 10000 – 63000 кВА на 60 мм. Пресуючі кільця відсутні, таким чином

=0,05+0=0,05 м.

Відстань від нижнього ярма до обмотки ВВ приймається згідно табл. 4.5 [1] (див. табл. 3.1) =0,05 м.

Внутрішній діаметр обмотки ВН

0,294+2•28•0,001=0,35 м.

Зовнішній діаметр обмотки ВН

0,35+2•28,8•0,001=0,408 м.

Середній діаметр обмотки ВН

=(0,35 +0,408)/2=0,379 м.

Ізоляція між обмотками ВН і НН здійснюється жорстким паперово – бакелітовим циліндром. Розмір виступу циліндра за висоту обмотки забезпечує відсутність розряду на поверхні циліндра між обмотками або з обмотки на стрижень. Основна обмотка намотується на паперово-бакелітовому циліндрі з розмірами:

а) внутрішній діаметр циліндра

=0,294+(0,02-4∙10^-3 )=0,31 м

б) зовнішній діаметр циліндра

0,31+2∙4∙10^-3 =0,318 м.

в) довжина циліндра

=0,469+20∙10^-3 =0,489 м.

Товщина рейок згідно табл. 9.2а [1] залежно від довжини вертикального каналу (осьового розміру обмотки =0,477 м.)

==

6

м.

г) товщина рейок між обмоткою НН і циліндром прийнята в п.3.3.1.23 і дорівнює ==0,006 м.

Тоді товщина рейок між циліндром і обмоткою ВН і визначається:

=0,02-4∙10^-3 -0,006=0,01 м

Щільність теплового потоку на поверхні обмотки ВН по(7.19)

107∙3,05∙10⁶ ∙71,3∙10,5∙1,05∙10¹⁰ /(0,8∙ ((11,7+28,8)∙ 0,001))=792 Вт/м² ,

де w_к – максимальне число витків в котушці;

- коефіцієнт додаткових втрат, приймаємо 1,05;

=0,8 - коефіцієнт закриття поверхні.

Допустиме значення 1200 Вт/м² .

Маса металу обмотки ВН

=28∙10³ ∙3∙0,379∙286∙

∙1∙23,4∙10^-6 =213,1 кг

Маса обмотки

=1,02•213,1=217,36 кг.

3.4 Визначення параметрів короткого замикання

Визначення втрат короткого замикання

Основні втрати визначаються:

а) у обмотці НН

2,4∙10-12∙(3,65∙10⁶ )² = 4061Вт;

б) у обмотці ВН

2,4∙10-12∙(3,05∙10⁶ )² = 4758Вт.

Додаткові втрати в обмотці НН визначаються через коефіцієнт збільшення основних електричних втрат в обмотці ( коефіцієнт додаткових втрат) по (7.14) [1]:

а) число провідників обмотки в напрямі, паралельному напряму ліній магнітної індукції поля розсіяння для гвинтової обмотки

=2∙19=38;

б) коефіцієнт

=7,5∙10^-3 ∙38∙0,95/0,468=0,579.

в) число провідників обмотки в напрямі перпендикулярному напряму ліній магнітної індукції поля розсіяння

=8∙0,5=4;

г) коефіцієнт додаткових втрат для мідного прямокутного

1+0,095∙108∙2∙

∙(5∙10^-3 )⁴ ∙4² =1,032.

Додаткові втрати в обмотці ВН визначаються аналогічно

а) число провідників обмотки в напрямі, паралельному напряму ліній магнітної індукції поля розсіяння =32,

б) коефіцієнт

=11,2∙10^-3 ∙32∙0,95/0,469=0,726.

в) число провідників обмотки в напрямі перпендикулярному напряму ліній магнітної індукції поля розсіяння 1∙10,5=10,5,

г) коефіцієнт додаткових втрат для мідного прямокутного

=1+0,095∙10⁸ ∙0,726² ∙(2,12∙10^-3 )⁴ ∙10,5² =1,011.

Основні втрати у відводах визначаються (приймаючи переріз відвода рівним перерізу витка обмотки):

а) довжина відводів для обмотки НН (для з'єднання в трикутник)

Коефіцієнт =7,5 при з'єднанні обмотки в зірку; =14 при з'єднанні обмотки в трикутник.Приймаємо для обмотки НН (з'єднання “зірка”)

=

7,5

;

Тоді

7,5∙0,469=3,518 м

де =0,469 м – осьовий розмір обмотки НН;

б) маса відведень НН

3,518∙292,8∙10^-6 •8900=9,2 кг .

в) втрати у відведеннях НН

2,4∙10^-12 ∙(3,65∙10⁶ )² ∙9,2=294 Вт;

г) довжина відведень для обмотки ВН (для з'єднання в зірку)

=

7,5

;

=7,5∙0,469=3,5 м

де =0,469 м – осьовий розмір обмотки ВН;

д) маса відведень ВН

=3,5∙23,4∙1∙10^-6 8900= 0,7 кг

е) втрати у відведеннях ВН

2,4∙10^-12 ∙(3,05∙10⁶ )² ∙ 0,7=16 Вт;

Втрати в стінках бака і інших елементах конструкції до з'ясування розмірів бака визначаються приблизно по (7.25)

Коефіцієнт визначається по табл. 7.1 [1]для потужності =740 кВА

=

0,017

,

тоді втрати

10∙0,017∙740=125,8 Вт.

Повні втрати короткого замикання

4061∙1,032+4758∙1,011+294+16+125,8=9437 Вт.

Для номінальної напруги обмотки ВН

=9437-0,05∙4758∙1,011=9196 Вт.

Відхилення розрахункового значення втрат короткого замикання від заданого (гарантійного) не повинне перевищувати 5% згідно стор. 304 [1],

або від заданих

=(9196-8900)∙100/8900=3,3 %.

Активна складова напруги короткого замикання (7.28) [1]

=9196/(10∙740)=1,24 %.

Реактивна складова напруги короткого замикання визначається по 7.32 [1]:

а) середній діаметр каналу між обмотками

(0,294+0,35)/2=0,322 м;

б) уточнюємо коефіцієнт

3,14∙0,322/0,469=2,16;

в) ширина приведеного каналу розсіяння для трансформатора з урахуванням нерівності радіальних розмірів обмоток НН і ВН (стр.323 [1])

=(0,322∙28∙10³ +0,272∙0,022∙10³ /3+

+0,379∙28,8∙10³ /3)/0,322=0,0393 м

г) коефіцієнт, що враховує відхилення реального поля розсіяння від ідеального паралельного поля

(28∙10^-3 +0,022+28,8∙10^-3 )/(3,14∙0,469)=0,0535,

1-0,0535(1-2,73-1/0,0535)=0,9465,

д) коефіцієнт, що враховує нерівномірний розподіл витків обмотки по висоті із-за відключення регулювальних котушок, визначається згідно (7.35)[1]. Попередньо визначаємо: згідно рис. А.14

=((11,7+4)∙4/2+12)∙10^-3 =0,043 м

=0,043/0,469=0,092.

Потім

=1+0,469∙0,092² /(3∙0,0393∙0,9465)=1,04,

=3 – число фаз.

=7,9∙50∙246,7∙2,16∙0,0393∙0,9465∙

∙1,04∙0,1/12,16² =5,51 %.

Напруга короткого замикання

(5,51² +1,24² )^1/2 =5,65%.

Відхилення розрахункового значення напруги короткого замикання від заданого (гарантійного) не повинне перевищувати 5% згідно стр.304 [1]:

=(5,65-5,6)∙100/5,6= 1%.

У тих випадках, коли набутого значення відхиляється більш ніж на 5 % заданого (гарантійного), його зміна в потрібному напрямі може бути досягнута за рахунок зміни реактивної складової . Невеликі зміни можуть бути одержані шляхом збільшення або зменшення осьового розміру обмотки при відповідному зменшенні або збільшенні радіальних розмірів обмоток і . Різкіша зміна досягається зміною напруги одного витка за рахунок збільшення або зменшення діаметру стрижня магнітної системи або індукції, в ньому. Змінювати в цих цілях ізоляційна відстань у бік зменшення не рекомендується.

Визначення механічних сил в обмотках і нагріву обмоток при короткому замиканні.

Сталий струм короткого замикання на обмотці ВН по (7.38) [1]: визначаємо попередньо по табл. 7.2 [1] потужність короткого замикання електричної мережі для класу напруги ВН =6000 В

=

500

кВА,

100∙71,3/(5,65∙(1+100∙740/(5,65∙500∙∙10³ )))=

=1230 А,

Миттєве максимальне значення струму короткого замикання визначається:

=1+2,73^{-3,14•1,24/5,51} =1,492

=1,492∙1,42∙1230=2606 А.

Радіальна сила по 7.43 [1]

=0,628∙(2606∙286)² ∙2,16∙0,9465∙10^-6 =713206 Н.

Середнє що розтягує обмотки ВН по (7.48) і (7.49) [1]

713206/(2∙3,14∙286∙23,4∙1)=17 Мпа

Дія радіальної сили звичайно не приводить до руйнування обмотки ВН. Звичайно для мідного допускається середнє значення не більше 60 МПа (див. п.7.3 [1]), вважаючи, що при цьому в окремих точках поперечного перерізу обмотки ці напруги можуть досягати подвійного значення, тобто 120 МПа. Для алюмінію можна допустити =25 МПа.

Середнє стискаюче в обмотки НН по (7.48) і (7.49) [1]

713206/(2∙3,14∙19∙292,8)=20Мпа,

Стійкість внутрішньої обмотки при дії радіальних сил залежить від багатьох , в учбових розрахунках вона може бути приблизно оцінена по значенню . Для забезпечення стійкості цієї обмотки рекомендується не допускати в мідних обмотках більше 30 МПа і в алюмінієвих 15 МПа (стор. 340 [1]).

Осьові сили по рис. 7.11,в і (7.45,а) [1], А.15

713206∙0,0393/(2∙0,469)=29882 Н.

Відстань між крайніми витками із струмом при роботі трансформатора на нижчому ступені обмотки ВН (висота розриву в зоні регулювання) згідно рис. А.12

=((11,7+4)∙4+12)∙10^-3 =0,075 м.

Осьова сила, викликана іншим поперечним полем (7.47) [1]

=713206∙0,075/(0,25∙0,9465∙4)=56514 Н

де - відстань від поверхні стрижня трансформатора до стінки бака, попередньо складає 0,25 м;

=4, для даної конструкції обмотки згідно рис. 7.11,в [1], А.15.

Максимальні стискаючісили в обмотках, рис. А.15

=29882+56514=86396 Н

=56514-29882=26632 Н

найбільша сила спостерігається у середині висоти обмотки НН

(обмотка 1)де 86396 Н.

Н на міжвиткових прокладках обмотки НН.

Приймаємо: число прокладок по колу обмотки НН рівним числу рейок (=10, п.3.1.7) з технологічних причин (див. стор. 224 [1], рис.5.10)

=

10

,

ширину прокладок стор. 341 [1].

=

0,02

м,

Тоді

=86396∙10^-6 /(10∙0,022∙0,02)=19,6 МПа.

Допустиме значення =18-20 МПа для трансформаторів потужністю до 6300 кВА.

Температура обмотки через після виникнення короткого замикання

=670∙4/(12,5∙ (5,65/3,05)² - 4,49)+90=159.

- найбільша тривалість короткого замикання на виводах масляного трансформатора, приймається при короткому замиканні на сторонах з номінальною напругою 35 кВ і нижче .

Допустима температура обмотки 250 згідно табл. 7.6 [1].

3.5 Розрахунок магнітної системи

Визначення розмірів магнітної системи і маси стали (п. 8.1 [1]).

Прийнята остаточно конструкція трифазної плоскої шихтованної магнітної системи, що збирається з пластин холоднокатаної текстурованої сталі марки 3404, завтовшки 0,35 мм по рис. А.16. Стрижні магнітної системи скріпляються бандажами із склострічки, ярма пресуються ярмовими балками. Розміри пакетів вибрані по табл. 8.3 [1] і приведені на рис. А.16 для стрижня діаметром =0,22 м без пресуючої пластини. Число ступенів в перерізі стрижня =8, у перерізі ярма =6.

Таблиця 3.7. Розміри пакетів в перерізі стрижняі ярма (у половині поперечного перерізу), мм

Стержень				Ярмо
1		215		23		215		23
2		195		28		195		28
3		175		15		175		15
4		155		12		155		12
5		135		9		135		18
6		120		5
7		105		4

Ширина стрижня (рис.А.16б) =0,215 м.

Повний переріз стрижня по табл. 8.7 [1] для стрижня діаметром =0,22 м без пресуючої пластини

=

353

∙10-4 м2 ,

Активний переріз стрижня

0,97∙0,0353=0,0342 м2.

Повний переріз ярма

=

360,5

∙10-4 м2 ,

Активний переріз ярма

0,97∙0,0361=0,035 м.

Ширина ярма (загальна товщина пакетів стрижня)

=0,192 м

Об'єм кута магнітної системи

=

6460

∙10-6 м3 ,

Об'єм стали кута магнітної системи

=0,97•0,00646=0,00627 м3.

Довжина стрижня (див. рис.А.16)

=0,469+0,05+0,05=0,569 м.

Висота магнітного пакету, рис.А. 16

=0,569+2∙0,215= 1,00 м

де =0,215 м.

Відстань між осями стрижнів (див. рис.А.16, А.17)

=0,408+18∙10^-3 =0,426 м.

Довжина магнітного пакету (див. рис. А.16)

=2∙0,426+0,215=1,067 м.

Визначення мас стрижнів і ярем

Маса сталі кута магнітної системи =7650∙0,00627=48 кг

Маса сталі ярма

2∙0,035∙2∙0,426∙7650+

+2∙48=456+96=552 кг.

Маса стали стрижнів по (8.11)

3∙0,569∙0,0342∙7650=447 кг.

3∙(0,0342∙7650∙0,215-48)=25 кг

447+25=472 кг

Загальна маса стали

=472+552=1024 кг

Визначення втрат холостого ходу по п 8.2 [1].

Магнітна система шихтуєтся електротехнічної тонколистової рулонної холоднокатаної текстурованої сталі марки 3404 завтовшки 0,35 мм.

Індукція в стрижні

12,16/(4,44∙50∙0,0342)= 1,60 Тл.

Індукція в ярмі

12,16/(4,44∙50∙0,035)= 1,56 Тл.

Індукція на косому стику

= 1,60/1,41= 1,13 Тл.

Число косих зазорів в магнітній системі

=

4

.

Число прямих зазорів

=

3

.

Площі перерізу немагнітних зазорів на прямому стику рівні відповідно активним перерізам стрижня і ярма. Площа перерізу стрижня на косому стику

1,41∙0,0342=0,0482м²

По табл. 8.10 знаходимо питомі втрати в сталі (шихтовка в одну пластину):

а) у стрижні при = 1,60 Тл

=

1,295

Вт/кг;

у прямому зазорі при = 1,60 Тл

=

645

Вт/м2 ;

б) у ярмі при = 1,56 Тл

=

1,207

Вт/кг.

у косому зазорі при = 1,60/1,41= 1,13 Тл.

=

334

Вт/м2 .

По тексту гл. 8 [1] ітаблицям 8.11, 8.12 і 8.13 [1] для сталі 3404 завтовшки 0,35 мм при наявність відпалу визначаємо коефіцієнти.

Якщо число ступенів в перерізі ярма рівне або відрізняється на одну два ступеня від числа ступенів в перерізі стрижня, то розподіл індукції в ярмі і стрижня можна вважати рівномірним і прийняти коефіцієнт збільшення втрат, залежний від форми перерізу ярма =1,0. Для ярма із співвідношенням числа ступенів стрижня і ярма, рівним трем =1,04: рівним шести =1,06, для ярма прямокутного перерізу =1,07. Отже вибираємо

=

1,0

.

Для відпаленої стали 3404 приймаємо (стор. 380 [1]) коефіцієнт збільшення питомих втрат в сталі від технологічних чинників

=

1,05

.

Коефіцієнти і збільшення втрат в сталі, залежно від способу пресування приймаємо при відпаленої сталі по табл.8.12 [1]

=

1,03

.

і

=

1,05

.

Коефіцієнт збільшення втрат в сталі що враховує наявність задирок післянарізки пластин із смуги рулону. При видаленні задирок

=

1,0

.

Покриття пластин ізоляційною лаковою плівкою збільшує втрати в сталі в =1,0 при повітряному охолоджуванні пластин після покриття і в 1,04 разу при водяному охолоджуванні.

Перешихтовка верхнього ярма остова при установці обмоток приводить до збільшення втрат, які враховуються коефіцієнтом . При потужності трансформатора до 250 кВА =1,01, при 400-630 кВА – 1,02, при 1000 – 6300 кВА – 1,04 – 1,8 і при 10000 кВА і більш – 1,09. Приймаємо

=

1,04

.

Коефіцієнт, що враховує збільшення втрат в кутах магнітної системи по табл. 8.13 для сталі 3404 при комбінованому стику по рис. А.1

=

7,5

.

Втрати холостого ходу по (8.32) [1]:

[1,05

∙1∙(1,295∙472+1,207∙456-4∙1,207∙48+(1,295+1,207)/2∙7,5∙48)+

+(4∙334∙1,41∙0,0342 +3∙645∙0,0342)]∙1∙1,03∙1,04=1692 Вт.

У правильно розрахованому трансформаторі відхилення дійсних втрат від розрахункових складає в середньому . Згідно ГОСТ 11677-85 для втрат струму в готовому трансформаторі встановлений допуск +15%. Таким чином, в розрахунку слід витримувати втрати холостого ходу в межах норми відповідного ГОСТ плюс 7,5% (див. стр.384 [1]).

Відхилення розрахункового значення втрат холостого ходу від заданого (гарантійного)

=(1692-1480)∙100/1480=14,3 %.

Розрахунок струму холостого ходу.

Питома потужність, що намагнічує, згідно табл. 8.17 [1]

а)в стрижні при = 1,60 Тл

=

1,775

В∙А/м2 ;

б) в ярмі= 1,56 Тл

=

1,575

В∙А/м2 ;

г) на прямому стику (у прямому зазорі ) при = 1,60 Тл

=

23500

В∙А/м2 ;

в) на косому стику (у косому зазорі) при = 1,60/1,41= 1,13 Тл.

=

2875

В∙А/м2 .

Для прийнятої конструкції магнітної системи і технології її виготовлення використовується формула (8.43) [1], в якій згідно табл. 8.12 і 8.21 приймаємо коефіцієнти.

Коефіцієнт враховує вплив різки смуги рулону на пластини; для відпаленої сталі марки 3404

=

1,18

.

Коефіцієнт враховує вплив того, що зрізає задирки; для відпалених пластин 1 (задирки зрізають).

Коефіцієнт враховує збільшення потужності, що намагнічує, в кутках магнітної системи залежно від ширини пластини другого пакету, по табл. 8.21 для =0,195

=

1,4

.

Коефіцієнт враховує пресування магнітної системи при відпаленої сталі по табл.8.12 [1] приймаємо (стр.394 [1])

=

1,05

.

Коефіцієнт враховує перешихтовку верхнього ярма при потужності 1000-6300 кВА згідно стр.394 [1]

=

1,04

.

Коефіцієнт залежить від форми стиків в крайніх і середніх стрижнях магнітної системи. З табл.8.20 для прийнятої шихтовки рис.А.1,б для індукції = 1,60 Тл

=

42,45

.

[1,18∙1∙(1,775∙472+

+1,575∙456-4∙1,575∙48+(1,775+1,575)/2∙42,45∙1,4∙48)+ 4∙2875∙0,0482+

+3∙23500∙0,0342)∙1∙1,05∙1,04=11011 ВА.

Струм холостого ходу

=11011/10•740=1,488 %,

Відхилення розрахункового значення струму холостого ходу від заданого (гарантійного) не слід допускати більш ніж на половину допуска, дозволеного ГОСТ 11677-85 (дозволений допуск +30%, стр.398 [1]):

=(-)•100/1,76=-15%.

Активна складова холостого ходу

1692/(10∙740)=0,23 %.

Реактивна складова струму холостого ходу

(1,488² -0,23² )^1/2 = 1,47 %.

Коефіцієнт корисної дії трансформатора

=(1-(9196+1692)/

/(740∙10³ +9196+1692))∙100=98,5 %.

Висновки по третьому розділу

В результаті розрахунків одержані наступні характеристики:

Найменування параметра	Значення	Відхилення в % від заданого значення
Потужність, кВА	740	-
Номінальна лінійна напруга обмоток ВН, В	6000	-
Номінальна лінійна напруга обмоток НН, В	400	-
Схема і група з'єднання обмоток	У/У0 -0	-
Номінальний лінійний струм обмоток ВН, А	71,3	-
Номінальний лінійний струм обмоток НН, А	1069,4	-
Втрати короткого замикання, Вт	9196	3,3%
Втрати холостого ходу, Вт	1692	14,3 %
Напруга короткого замикання %	5,65	1%
Струм холостого ходу %	1,488	1,488 %
Коефіцієнт	2,16

4. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА

4.1 Тепловий розрахунок обмоток

Внутрішній перепад температури в обмотці НН визначається по (9.9) і рис. 9.9 [1].

Теплопровідність паперової, просоченої маслом ізоляції по табл. 9.1

=

0,17

Вт/(м∙).

Внутрішній перепад температури в обмотці НН

=933∙0,25∙10^-3 /0,17∙=1,4 ,

де - товщина ізоляції на одну сторону, рівна 0,25∙10^-3 м.

Внутрішній перепад температури в обмотці ВН визначається

по (9.9) і рис. 9.9 [1]:

=792∙0,25∙10^-3 /0,17=1,2 .

Перепад температури на поверхні обмотки НН по (9.20) [1].

Вибираємо коефіцієнт для природного масляного охолоджування (стр.427 [1])

=

1,0

.

Вибираємо для внутрішньої обмотки НН (стор. 427 [1])

=

1,1

.

Вибираємо по табл. 9.3 для відношення 4∙10^-3 /0,022=0,18

=

0,85

.

=1∙1,1∙0,85∙0,35∙933^0,6 =19,81 .

Перепад температури на поверхні обмотки ВН по (9.20) [1].

Вибираємо коефіцієнт для природного масляного охолоджування (стр.427 [1])

=

1,0

.

Вибираємо для зовнішньої обмотки ВН (стор. 427 [1])

=

1

.

Вибираємо по табл. 9.3 для відношення4/28,8= 0,14

=

0,9

.

=1∙1∙0,9∙0,35∙792^0.6 =17,28 .

Повний середній перепад температури від обмотки НН до масла

1,4+19,81=21,21.

Повний середній перепад температури від обмотки ВН до масла

1,2+17,28=18,48.

4.2 Вибір основних розмірів бака

По п. 9.6 [1], табл. 9.4, потужності трансформатора вибираємо конструкцію гладкого бака з радіаторами і прямими трубами по рис. 9.16 [1] і рис.10.3 [3] .

Ізоляційні відстані відводів (рис. Б.1) визначаємо до пресуючої балки верхнього ярма і стінки бака. До остаточної розробки конструкції зовнішні габарити пресуючих балок приймаємо рівними зовнішньому габариту обмотки ВН.

Ширина бака визначається з умови ізоляції відводів від зовнішньої обмотки ВН і стінок бака. Відводи НН – шина з міді, площа перерізу аналогічно перерізу обмотки НН =292,8 мм² .

Товщина голої шини НН

=

8

мм.

Ширина голої шини НН

=

36,6

мм.

Вибираємо товщину ізоляції на сторону відвода НН по табл. 4.11 для випробувальної напруги=5 кВ (стор.199 [1]).

=

0

мм.

Загальна товщина відвода НН (див. рис. 3.13)

=8+2•0=8,0 мм.

Відвод ВН – шина з міді, площа перерізу аналогічно обмотки ВН

=23,4∙1=23,40 мм² .

Товщина голої шини ВН

=

1

мм.

Ширина голої шини ВН

=

23,4

мм.

Вибираємо товщину ізоляції на сторону відвода ВН по табл. 4.11 для випробувальної напруги =25 кВ

=

2

мм.

Загальна товщина відвода ВН (див. рис. 3.13)

=1+2∙2=5,0 мм.

Відстань від відвода ВН до стінки бака по табл. 4.11 [1] (=25 кВ)

=

20

мм.

Відстань від відвода ВН до пресуючої балки ярма по табл. 4.11 [1]. (=25 кВ)

=

15

мм.

Відстань від відвода НН до стінки бака по табл. 4.11 [1] (=5 кВ)

=

22

мм.

Відстань від відвода НН до обмотки ВН по табл. 4.12 [1] (=5 кВ)

=

20

мм.

Мінімальна ширина бака

=0,408+(20+15+22+20+8,0+5,0)∙10^-3 =0,498 м.

Приймаємо ширину бака

=

0,49

м.

при центральному положенні активної частини трансформатора в баку.

Мінімальна довжина бака. Попередньо визначаємо мінімальну розрахункову відстань від стінки бака до обмотки ВН по табл. 4.12 для випробувальної напруги обмотки ВН =25 кВ

=

20

∙10-3 м.

Тоді

=2∙0,426+0,408+2∙0,02 =1,30 м.

Приймаємо довжину бака

=

1,3

м.

Висота активної частини

0,569+2∙0,215 +0,05=1,05 м

де - товщина бруска між дном бака і нижнім ярмом 0,05 м.

Приймаємо відстань від верхнього ярма до кришки бака по табл. 9.5 [1] для класу напруги обмтки ВН =6000 В при перемикачі відгалужень, розташованому горизонтально між ярмом і кришкою бака

=

0,16

м.

тоді глибина бака

=1,05+0,16=1,21 м.

приймаємо глибину бака

=

1,35

м.

Розміщення активної частини трансформатора в баку показане на рис. 4.2.

Допустиме перевищення середньої температури масла над температурою навколишнього повітря для найбільш нагрітої обмотки

=65-21,21=44 .

Знайдене середні перевищення може бути допущено, оскільки перевищення температури масла у верхніх шарах в цьому випадку буде

=1,2∙44=52,8<60 .

Приймаючи попередньо перепад температури на внутрішній поверхні стінки бака і запас 2, знаходимо середнє перевищення температури зовнішньої стінки бака над температурою повітря

44-5-2=37 .

Для вибраного розміру бака розраховуємо: периметр бака (конструкція бака прямокутна)

=2∙(1,3+0,49)=3,58 м.

Поверхня конвекції гладкої стінки бака

=3,58∙1,35=4,83 м² .

Орієнтовна поверхня випромінювання бака з навісними радіаторами по (9.35)

=1,5∙4,83=7,25 м²

де - коефіцієнт, що враховує відношення периметра поверхні випромінювання до поверхні гладкої частини бака і приблизно рівний 1,5 для бака з навісними радіаторами, приймаємо =1,5.Орієнтовна необхідна поверхня конвекції для заданого значення 37

1,05∙(9196+1692)/(2,5∙37^1,25 )-1,12∙7,25= 41,99 м² .

Поверхня кришки прямокутного бака

=(1,3)∙(0,49+0,16)=0,85 м²

де 0,16 – подвоєна ширина верхньої рами бака.

Поверхня конвекції кришки бака

=0,5∙0,85=0,43 м² ,

де коефіцієнт 0,5 враховує закриття поверхні кришки вводами і арматурою.

Поверхня конвекції радіаторів

= 41,99-4,83-0,43=36,73 м² .

Використовуємо радіатори з прямими круглими трубами. Є два конструктивні варіанти радіаторів: один варіант по рис 9.16 [1] (конструкція приведена на рис.Б.3), характеристики – в табл.9.9 [1] і в табл.Б.1.

Радіатори випускають з одним рядом труб – 7 труб в ряду і з двома рядами – 20 труб в ряду. Для радіаторів з одним рядом труб розміри і складають 354 і 158 мм (див. рис. 9.16 [1]), для радіаторів з двома рядами – 505 і 253 мм.

Таблиця 4.1. Характеристики трубчатого радіатора з прямими трубами*

Кількість радіаторів,	Розмір А, мм	Поверхня конвекції труб, , м2	Поверхня конвекції двох колекторів, м2	Мінімальна відстань осі фланця від нижнього зрізу стінки бака, , м	Мінімальна відстань осі фланця від верхнього зрізу стінки бака, , м	Маса сталі, , кг	Маса масла, , кг
0	0	0	0	0	0	0	0

* Якщо радіатор не використовується, то в таблиці виставляємо нулі.

Для установки цих радіаторів глибина бака повинна бути не менше

0∙10^-3 +0+0= 0,0 м

де і - відстані осей фланців радіатора від нижнього і від верхнього зрізів стінки бака по табл. 9.9 [1], табл. Б.1.

Другий варіант - для широкої поверхні бака використовуємо радіатора по рис.10.3 [3] і табл.10.8 [3] (конструкція приведена на рис. Б.4 ), характеристики – в табл. Б.2.

Таблиця 4.2. Характеристики уніфікованого прямотрубного радиатора*

Відстань між осями,, мм	Висота,, мм	Ширина,, мм	Кількість рядів труб	Поверхня конвекції труб,, м2	Маса стали,, кг	Маса масла, , кг
1100	1295	579	7	26,1	287	161

*Якщо радіатор не використовується, то в таблиці виставляємо нулі.

При установці уніфікованого радіатора висоту бака в п.4.2.6 необхідно вибрати не менше =1,295 м. Отже, в п. 4.2.6 прийняти =1,295 м (якщо застосовувати цей радіатор).

Розміщення активної частини трансформатора в баку показано на рис. Б.2.

Розташування радіаторів на стінці бака показано на рис. Б.5.

Поверхня конвекції одного радіатора (конструкція - на рис. Б.3, характеристики – в табл. 9.9 [1] і табл.Б.1), приведена до поверхні гладкої стінки (коефіцієнт =1,26 по табл. 9.6 [1])

=1,26∙0+0=0,00 м² .

Поверхня конвекції бака з радіаторами

0∙0,00+2∙26,1+4,83+0,43=57,46 м² .

4.3 Розрахунок перевищення температури масла і обмоток над

температурою навколишнього середовища

Середнє перевищення температури стінки бака над температурою навколишнього повітря по (9.49)

(1,05∙(9196+1692)/(2,8∙7,25+2,5∙57,46))^0,8 =

=29,8 .

Середнє перевищення температури масла поблизу стінки над температурою внутрішньої поверхні стінки труби по (9.50) [1]

0,165•(1,05•(9196+1692)/(0•0,00+2•26,1+4,83+0,43))^0,6 =4,0.

де - коефіцієнт, рівний 1,0 при природному масляному охолоджуванні і 0,9 при охолоджуванні дуттем.

Перевищення середньої температури масла над температурою повітря

29,8+4,0=33,8 .

Перевищення температури масла у верхніх шарах над температурою повітря по (9.51) [1]

1,2∙33,8 =41 <60.

Перевищення середньої температури обмоток над температурою повітря: обмотки НН

=1,4+19,81+33,8=55<65,

обмотки ВН

=1,2+17,28+33,8=52<65.

Висновки по четвертому розділу

Перевищення температур: масла у верхніх шарах =41<60, обмотки НН =55<65, обмотки ВН =52<65 лежить в межах допустимого нагріву по ГОСТ 11677-85.

5. РОЗРАХУНОК МАСИ ТРАНСФОРМАТОРА

Маса проводу (з електромагнітного розрахунку розд. 4)

=130+217,36+9,2+ 0,7=357 кг

Маса ізоляційного картону по п. 9.8 [1]

=0,12∙357=43 кг

Загальна маса електротехнічної сталі з.

=472+552=1024 кг

Маса активної частини

1,2∙(357+1024)=1657 кг

Попередньо визначаємо площу бака

=1,3∙0,49=0,64 м² .

Вибираємо товщину стали для бака

=

0,008

м.

Об'єм сталі бака

=0,008 (4,83+0,64+0,00)=0,04 м³ .

Маса стали бака

=7850∙0,04=314 кг

Маса стали всіх радіаторів

=0∙0+2∙287=574 кг

Маса стали бака з радіаторами

=314+574=888 кг

Об'єм бака

=0,64∙1,35=0,86 м³ .

Об'єм активної частини

1657/5750=0,29 м³

де - середня щільність активної частини, приймаємо для трансформатора з мідними обмотками =5750 кг/м³ , п. 9.8 [1].

Об'єм масла в баці:

=0,86-0,29=0,57 м³

Маса масла в баку з розширювачем

=1,05∙900∙0,57=539 кг

де коефіцієнт 1,05 враховує масу масла в розширювачі.

Маса масла в радіаторах

=0∙0+2∙161=322 кг

Загальна маса масла:

=539+322=861 кг

Маса трансформатора

=1657+888+861=3406 кг

Висновки по п'ятому розділу

Маса трансформатора складає 3406кг

ВИСНОВКИ

1. Одержані наступні номінальні характеристики трансформатора:

2. Перевищення температур: масла у верхніх шарах =41<60, обмотки НН =55<65, обмотки ВН =52<65 знаходиться в межах допустимого нагріву по ГОСТ 11677-85.

3. Маса трансформатора складає 3406кг

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1986.-528 с.

2. Методичні вказівки до курсового проекту “Трансформатор” для дисципліни “Електричні машини” (для студентів за напрямом 090603 “Електротехніка”, спеціальності “Електротехнічні системи електроспоживання” очної та заочної форм навчання)/ Авт. О.С. Захарчук, А.О.Колеснікова - Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2006.

3. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-252 с.