Выбор трансформатора

ВВЕДЕНИЕ

К силовым  трансформаторам предъявляют жесткие  технико-экономические требования вследствие их особой роли в процессе передачи электроэнергии. Экономичность  трансформаторов в эксплуатации определяется потерями мощности холостого  хода и короткого замыкания, регламентированными  ГОСТ. Заданные потери можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; использовании  современных магнитных, проводниковых  и изоляционных материалов; грамотном  выборе удельных нагрузок активных материалов.

Интенсивный рост энергосистем требует значительного повышения  мощности и улучшения качества выпускаемых  трансформаторов. Поэтому исключительно  важное значение имеет вопрос о рациональном проектировании и производстве трансформаторов общего и специального назначения.

Целью данного курсового  проекта является изучение основных методов расчета и конструктивной разработки электрической машины или  трансформатора. В курсовом проекте  производится расчет основных размеров трансформатора, расчет обмоток, определение  характеристик холостого хода и  короткого замыкания, расчет магнитной  системы, а также тепловой расчет и расчет охладительной системы.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вариант	Тип трансформатора	Мощность S	Напряжение		потери		UК	i0	Схема соединения обмоток
			UЛ вн	UЛ Нн	PК	РХ
		кВА	кВ	КВ	кВт	кВт	%	%
39		6300	20	6,3	46,5	7,6	7,5	0,8	Y/Δ - 11

1.Определение основных  электрических величин

1.1 Определение  линейных и фазных токов и  напряжений обмоток ВН и НН.

 

Мощность одной фазы трансформатора:

 кВА.

Мощность на одном стержне:

 кВА.

Номинальные (линейные) токи:

 А    - на стороне НН.

 А   - на стороне ВН.

Фазные токи:

 А    - на стороне BН.

 А   - на стороне НН.

 

Фазные напряжения:

 кВ  - для обмотки ВН.

 кВ  - для обмотки НН.

 

 

1.2. Определение  испытательных напряжений обмоток.

 

Испытанное напряжение трансформатора определяем по табл.4.1.а [1]

Для обмотки НН (класс напряжения  6,3 кВ)   кВ.

Для обмотки ВН (класс напряжения 20 кВ)   кВ.

1.3. Определение  активной и реактивной составляющих  напряжения короткого замыкания.

 

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчёт  основных размеров трансформатора

 

 

 

 

 

 

1. Выбор схемы и конструкции сердечника.

 

Согласно  указаниям § 2.3 [1],выбираем плоскую 3-х стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками в 4-х  и прямыми в 2-х углах. Сечение стержня по табл.2.5 [1]  выбираем с 9 ступенями, без прессующей пластины. Стержень следует прессовать бандажами из стеклоленты, сечение стержня без продольных каналов. Ориентировочный диаметр стержня 0,36 - 0,38 м, коэффициент .

 

2.2.    Выбор марки  и толщины листов стали и  типа междулистовой изоляции. Выбор индукции в сердечнике.

Согласно рекомендациям, изложенным в [1], принимаем для изготовления магнитопровода рулонную холоднокатанную сталь марки 3404 с толщиной листов 0,35 мм с нагревостойким изоляционным покрытием. Коэффициент заполнения .

Рекомендуемая индукция в  стержнях трансформатора, согласно табл.2.4. [1], лежит в пределах 1,55…1,65. Принимаем  Тл.

2.3  Выбор  материала обмоток.

 

В качестве материала для  обмоток высокого и низкого напряжения принимаем алюминиевый обмоточный провод марки АПБ.

 

2.4  Выбор  конструкции и определение размеров  основных изоляционных промежутков  главной изоляции обмоток.

 

 

Рис. 2.2 Главная изоляция обмоток ВН и НН

 

 

Основные изоляционные расстояния главной изоляции выбранные согласно табл.4.4. и табл.4.5. [1]:

для обмотки ВН: мм, мм, мм, мм, мм,

для обмотки НН: мм, мм,  мм, мм,  

 

  2.5 Предварительный расчет трансформатора и выбор коэффициента соотношения основных размеров .

 

Величина  определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. По табл.3.12 [1] в соответствии с классом напряжения трансформатора и его мощностью, принимаем .

2.6  Определение  диаметра стержня и высоты  обмотки. Предварительный расчет  сердечника.

 

Первый основной размер трансформатора - диаметр стержня сердечника:

,  м

 

 

где - коэффициент Роговского,

  - частота, Гц

  - коэффициент, определяемый по табл.3.3.[1]. В соответствии с прим.1, .

  - приведенная ширина канала рассеяния.

см=0,04062 м

следовательно,   м

- общий коэффициент заполнения  активным сечением стали площади  круга, 

Тогда диаметр стержня:

 м

Округляем к ближайшему нормированному значению: м

Второй основной размер трансформатора - средний диаметр канала между  обмотками:

где - радиальный размер обмотки НН,

- коэффициент, согласно указаниям  [1] принимаем  

м

Следовательно, диаметр канала между обмотками:

м

Третий основной размер трансформатора - высота обмотки:

м

Активное сечение стержня:

м²

ЭДС одного витка:

В

 

 

 

                 

 

 

 

3. Расчет обмоток НН  и ВН.

3.1. Выбор  типа обмоток НН и ВН.

 

Ориентировочное сечение  витка каждой обмотки определяется по формуле:

,  мм²

где - средняя плотность тока в обмотках ВН и НН.

,   А/мм²

-коэффициент, учитывающий наличие  добавочных потерь, по табл.3.6 [1] выбираем 

тогда,            А/мм²

Полученную плотность тока сверим с данными табл. 5.2 [2], где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов. По таблице = 1,5 - 2,6.

Ориентировочные сечения  витков:

Для обмотки НН:             мм²

Для обмотки ВН:             мм²

По табл.5.3.[2] выбираем тип обмоток:

для обмоток ВН и НН –  непрерывная катушечная из прямоугольного провода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.   Расчет обмотки НН.

 

Рис. 3.1 Устройство обмоток из провода прямоугольного сечения

 

Число витков на одну фазу обмотки  НН определяется:

 витков.

Округляем в большую сторону:  виток

Уточненная ЭДС одного витка:

 В.

Действительная индукция в стержне:

Тл.

Ориентировочное сечение  витка:

 мм²

С согласно указаниям [1] по табл. 5.2 [1], выбираем провод:

Толщина изоляции на 2 стороны: мм.

мм²

Полное сечение витка:

мм²

Сечение меньшего размера  не проходило по потерям мощности КЗ.

 

Полученная плотность  тока:

А/мм²

Высота катушки в этой обмотке:

 мм

Число катушек на одном  стержне для обмотки с каналами между всеми катушками ориентировочно:

 

Здесь осевой размер (высота) канала h_к = 5 мм; значение n_кат1 округляют до целого числа.

Число витков в катушке:

Высота (осевой размер)  обмотки с каналами между всеми катушками

 

k = 0,95 коэффициент, учитывающий  усадку обмотки после сушки  и опрессовки.

Радиальный размер обмотки:

м

Внутренний диаметр обмотки:

м

Наружный диаметр обмотки:

м

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

K_д=1,05 , коэффициент, учитывающий добавочные потери; k_з=0,75 , коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями; Полученное значение q не превышает 1100 Вт/м².

 

3.3 Расчет обмотки ВН

 

Выбираем по мощности и  номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток  ВН схему регулировочных ответвлений по рис. 6.6,г[1], представленную на рисунке 3.2.

 

Рис. 3.2 Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

 

 

Для получения на стороне ВН различных  напряжений необходимо соединить:

Напряжение, В	Ответвления обмотки
13297	A2A3  B2B3  C2C3
12422	A3A4  B3B4  C3C4
11547	A4A5  B4B5  C4C5
10672	A5A6  B5B6  C5C6
9797	A6A7  B6B7  C6C7

 

 

 

 

 

Число витков ВН при номинальном напряжении:

Число витков на одной ступени регулирования при соединении обмотки ВН в звезду:

Для пяти ступеней:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
13297	405 + 2 · 6 = 417
12422	405 + 6 = 411
11547	405
10672	405 - 6 = 399
9797	405 - 2 · 6 = 393

 

 

 

Предварительно плотность  тока в обмотке ВН

 А/мм²

Сечение витка обмотки  ВН:

С согласно указаниям [1] по табл. 5.2 [1], выбираем провод:

Толщина изоляции на 2 стороны: мм.

мм²

Полное сечение витка:

мм²

Сечение меньшего размера  не проходило по потерям мощности КЗ.

Полученная плотность  тока:

А/мм² 

 

 

 

Принимаем конструкцию обмотки  с радиальными каналами по 5 мм между всеми катушками. Первая и последняя катушки обмотки вверху и внизу отделены каналами 7,5 мм по табл. 4.10 прим.1[1]. Канал в месте разрыва обмотки h_кр = 12 мм по табл. 4.9[1]. Размер провода в катушках с усиленной изоляцией 4,61×17,06 мм. Осевой размер основных катушек b´ = 16,5 мм

Число катушек на одном  стержне для обмотки с каналами между всеми катушками ориентировочно:

Число витков в катушке:

  _{Согласно указаниям § 5.6[1], витки, служащие для регулирования напряжения в обмотках ВН, основные витки и витки с усиленной изоляцией должны располагаться в отдельных катушках.}

Общее распределение витков по катушкам:

26 основные катушки В по 8 витков	208
22 основные катушки Г по 8 витков	176
8 регулировочные катушки Д по 3 витка	24
2 катушки с усиленной изоляцией Е по 5 витков	10