Тепловой расчет и расчет охладительной системы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 3

1.Определение основных электрических  величин 3

1.1 Определение линейных  и фазных токов и напряжений  обмоток ВН и НН. 4

1.2. Определение испытательных  напряжений обмоток. 4

1.3. Определение активной  и реактивной составляющих напряжения  короткого замыкания. 4

2.  Расчет основных размеров  трансформатора. 4

2.1  Выбор схемы и  конструкции сердечника. 4

2.2.    Выбор марки  и толщины листов стали и  типа междулистовой изоляции. Выбор  индукции в сердечнике. 5

2.3  Выбор материала  обмоток. 5

2.4  Выбор конструкции  и определение размеров основных  изоляционных промежут-

ков главной изоляции обмоток. 5

2.5 Предварительный расчет  трансформатора и выбор коэффициента  соотношения основных размеров  . 5

2.6  Определение диаметра  стержня и высоты обмотки. Предварительный  расчет сердечника. 5

3. Расчет обмоток НН и ВН. 6

3.1. Выбор типа обмоток  НН и ВН. 6

3.2.   Расчет обмотки  НН. 7

3.3  Расчет обмотки  ВН. 8

4.  Определение характеристик  короткого замыкания. 10

4.1. Определение потерь  короткого замыкания. 10

4.2. Определение напряжения  короткого замыкания. 12

4.3  Определение механических  сил в обмотках. 12

5.  Окончательный расчет магнитной  системы. Определение характеристик  холостого хода. 14

5.1.  Определение размеров  пакетов и активных сечений  стержня и ярма. 14

5.2. Определение веса  стержня и ярм и веса стали. 15

5.3  Определение потерь  холостого хода. 16

5.4  Определение тока  холостого хода. 17

6.  Тепловой расчет и расчет  охладительной системы 18

6.1  Поверочный тепловой  расчет обмоток 18

6.2  Расчет охладительной  системы (бака и охладителей) 20

6.3  Определение превышения  температуры обмоток и масла  над воздухом. 22

6.4  Определение веса  масла и основных размеров  расширителя 22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

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 мощности		UК	i0	Схема соединения обмоток
			Uвн	Uнн	PК	РХ
		кВА	кВ	КВ	кВт	кВт	%	%
25		40000	115	38,5	170	34	10,5	0,55	Y/ - 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 ВН.

 

 А   - на стороне НН.

Фазные токи:

 А    - на стороне ВН.

 

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 [2]

Для обмотки  ВН (класс напряжения 110 кВ)   кВ.

Для обмотки НН (класс напряжения 35 кВ)   кВ.

1.3. Определение активной  и реактивной составляющих напряжения  короткого замыкания.

 

Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания:

Реактивная  составляющая напряжения короткого  замыкания:

2.  Расчет основных размеров  трансформатора.

 

 

 

Рис.1. Схематическое изображение  трансформатора и его основных размеров.

2.1  Выбор схемы и конструкции  сердечника.

 

Согласно  указаниям § 2.3 [2], выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками.

Сечение стержня по табл.2.5 [2]  выбираем с  14 ступенями, без прессующей пластины.

2. Выбор марки и толщины листов стали и типа межлистовой изоляции. Выбор индукции в сердечнике.

Согласно рекомендациям [2] выбираем марку стали и её параметры. Для изготовления магнитопровода принимаем рулонную холоднокатаную сталь марки Э411А с толщиной листов 0,35 мм с нагревостойким электроизоляционным покрытием. Коэффициент заполнения k_З = 0,96.

Величину  индукции принимаем B_С = 1,7 Тл.

2.3  Выбор материала  обмоток.

 

В качестве материала для обмоток высокого и низкого напряжения принимаем  медный обмоточный провод марки ПБ.

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

 

Первый  основной размер трансформатора - диаметр  стержня сердечника:

,  см

где - коэффициент Роговского,

  - частота, Гц

  - общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга .

  - приведенная ширина канала рассеяния.

следовательно:                   

см

 

Тогда диаметр  стержня:

cм.

Второй основной размер трансформатора - средний диаметр канала между  обмотками:

, см

где - радиальный размер обмотки НН

- коэффициент, согласно указаниям  [1] принимаем

см

Следовательно, диаметр канала между обмотками:

см.

 

Третий  основной размер трансформатора - высота обмотки:

см.

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.5.1.[1] выбираем 

Тогда                       А/мм²

 

 

 

Ориентировочные сечения витков:

Для обмотки НН:            

мм²

Для обмотки ВН:            

мм²

 

По табл.5.3.[1] выбираем тип обмоток:

 

Для обмотки ВН и НН - многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода.

 

 

3.2.   Расчет обмотки  НН.

 

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется:

 виток.

Уточненная ЭДС одного витка:

 В.

Действительная  индукция в стержне:

Тл.

С согласно указаниям [1] по табл. 5.4 [1], выбираем провод:

                                

Толщина изоляции на 2 стороны: мм.

Полное сечение витка:

Полученная  плотность тока:

А/мм²

Число витков в слое:

витков

Принимаю:  
    

Согласно  табл. 3.6 [1] δ_мс=0,24 мм.

      Ориентировочный осевой размер  обмотки:

Осевой  размер обмотки:  

 см

Радиальный  размер многослойной обмотки:

.

Внутренний  диаметр обмотки:

см.

Наружный  диаметр обмотки:

см.

Площадь поверхности охлаждения:

 м².

3.3  Расчет обмотки ВН.

 

 Согласно  ГОСТ 401- 41 обмотка ВН всех силовых  масляных трансформаторов - трехфазных  свыше 5600 кВА, с регулированием на ±5%, от номинального напряжения ([1]). Схема регулирования приведена на рис.2.

                     

Рис 2. Схема регулирования обмотки ВН

 

Число витков при номинальном напряжении:

 

витков.

Округляем:  витка

 

Обычно  ступени регулирования напряжения делаются равными между собой, что  обуславливает равенство числа  витков на стержнях.

Напряжение  между двумя отводами:

кВ.

Число витков на одну ступень регулирования:

витков.

Принимаем число витков на одну ступень  витков.

 

Число витков на верхней ступени:

витков.

Число витков в нижней ступени:

 виток.

Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется:

А/мм².

 

 

Сечение витка обмотки ВН предварительно:

мм².

Согласно  указаниям по табл. 5.6 [1], выбираем провод:

Полное  сечение витка:

мм².

Плотность тока в обмотке:

А/мм².

Число витков в слое:

витков.

Округляем: витков.

Число слоев  в обмотке:

 слоев.

Толщина междуслойной изоляции согласно таблице 3.6 [1]:

 мм.

Радиальный размер обмотки без экрана:

см.

Внутренний  диаметр обмотки:

см.

Наружный  диаметр обмотки:

                              см.

Осевой  размер обмотки ВН принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН:

см.

Для обмотки, состоящей из двух катушек с осевым каналом между ними, внутренняя катушка  намотана непосредственно на цилиндр, - три  поверхности охлаждения (коэффициент К = 0,75)(Согласно указаниям пункту 6-3[2]):

 

 

м².

4.  Определение характеристик  короткого замыкания.

4.1. Определение потерь  короткого замыкания.

 

а) Определение  электрических потерь в обмотках.

 

Средние диаметры обмоток:

- обмотки  НН:                      см.

- обмотки  ВН:                      см.

Вес провода  для обмоток ВН и НН рассчитываем по формуле (для медного провода):

  , кг

- обмотка  НН:

кг

- обмотка  ВН:       кг

Электрические потери в обмотках:

- в обмотке  НН:           Вт.

- в обмотке  ВН:           Вт.

б) Определение  добавочных потерь.

Определение добавочных потерь в обмотках практически  сводится к расчёту коэффициента увеличения основных электрических  потерь обмотки  . Этот коэффициент подсчитывается отдельно для каждой обмотки трансформатора.

 

Коэффициент добавочных потерь:

Для медного  прямоугольного провода при (обмотка НН):

 

      Где n – число проводов обмотки в радиальном направлении;

для цилиндрических обмоток n = n_сл =3;

 

где коэффициент