Тепловой расчет и расчет охладительной системы

 

Следовательно,       

 

Для провода ВН обмотки при :

где коэффициент

Следовательно,        

 

в) Определение  электрических потерь в отводах.

 

Длина отводов  приближенно определяется:

см.

см.

 

Вес металла  отводов:

Для НН: кг.

Для ВН:  кг.

где γ = 8,9 кг/дм³ - удельный вес металла отводов (для меди).

Электрические потери в отводах:

Вт.

Вт.

г) Определение  потерь в стенках бака и других стальных деталях трансформатора.

 

 Вт

 

где К - коэффициент, который находится по табл.6.1[1], принимаем

К = 0,03

 

д) Определение полных потерь короткого замыкания.

 

Полные  потери К. З.:

 кВт

Определим соотношение полученной и заданной величин мощности к. з.:

 

Полные  потери короткого замыкания готового трансформатора откланяются от гарантийного значения, заданного техническими условиями  на проект трансформатора, на – 4.8%. Что удовлетворяет заданию курсового проекта.

4.2. Определение  напряжения короткого замыкания.

 

Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания:

Реактивная  составляющая напряжения короткого  замыкания:

,  %

где - ширина приведенного канала рассеяния:

 

Реактивная  составляющая:

Напряжение  короткого замыкания:

Проверка  отклонения полученного значения u_K от заданного:

 4.3  Определение механических сил в обмотках.

 

Определяем действующее значение установившегося тока короткого  замыкания:

Согласно таблице 7.1 [1] принимаю S_k=15000 МВА.

 

Определяем ударный ток КЗ:

Найдем механические радиальные силы в обмотках:

 Напряжение сжатия в проводе обмотки НН:

 

МПа.

 

Напряжение  на разрыв в наружной обмотке ВН:

МПа.

Осевые силы в обмотках:

НН:

ВН:

Температура обмотки через  после возникновения короткого замыкания:

, °С

где - наибольшая продолжительность к. з., в соответствии с указаниями [2], принимаем с.

- начальная температура обмотки,  °С

ВН

НН

 

По табл. 7.6 [2] допустимая температура .

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

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

 

Принята конструкция трёхфазной плоской  шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной стали марки Э3411, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы скрепляются без прессующей пластины с прессовкой стержня обмоткой без бандажей. Размеры пакетов выбраны по табл. 8.2[1] для стержня диаметром 0,5 м. Число ступеней в сечении стержня 14 в сечении ярма 13.

Размеры пакетов в сечении стержня  и ярма по табл. 8.1 [1]:

 

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо, мм
1	458´61	458´61
2	465´31	465´31
3	440´27	440´27
4	425´13	425´13
5	416´11	416´11
6	385´16	385´16
7	358´10	358´10
8	350´9	350´9
9	325´12	325´12
10	295´12	295´12
11	270´9	270´9
12	250´9	250´9
13	215´9	215´9
14	175´8

Рис.3. Ступенчатая форма ярма.

Площадь ступенчатой фигуры сечения  стержня по табл.8.5 [1]

 П_ФС = 1816,4 см² и ярма    П_ФЯ = 1843,9 см² , объем углаV_у = 76604см³

Активное сечение стержня:

 см²

Полное сечение ярма:

 см²

Объем стали  угла магнитной системы:

 см³

Ширина ярма:

 

Высота ярма:

Активное  сечение ярма:

.

5.2. Определение веса стержня  и ярм и веса стали. 

Длина стержня  магнитной системы:

см.

 

Расстояние  между осями стержней:

см.

 

где - расстояние между обмотками стержня, по табл. 4.5. [2], мм

Масса стали  угла магнитной системы:

кг.

 

кг/м³ - плотность трансформаторной стали

 

Масса частей ярм, заключенных между осями  крайних стержней:

кг.

Масса стали  в частях ярм в углах:

кг.

Полная  масса стали ярм:

кг.

 

Масса стали  стержней магнитной системы:

кг.

 

Общая масса  стали плоской магнитной системы:

кг.

5.3  Определение потерь  холостого хода.

 

Индукция  в стержне:

Тл.

Индукция  в ярме:

Тл.

Индукция  на косом стыке:

Тл.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

см².

Для плоской  магнитной системы с косыми стыками  с многоступенчатым ярмом для определения потерь холостого хода применим выражение:

при Тл,      Вт/кг,        Вт/м²;

при Тл,      Вт/кг,       Вт/м²;

при Тл,   Вт/м².

Для определения  потерь холостого хода применим выражение:

,   Вт

где  - коэффициент добавочных потерь, по табл. 8.14 [2],

- коэффициент увеличения потерь  в углах, по табл. 8.13 [2],

к_ф – коэффициент, учитывающий число стержней; для трехфазного трансформатора равен 4.

Тогда потери холостого хода:

В процентах  от заданного значения:

5.4  Определение тока  холостого хода.

 

Для принятой конструкции магнитной системы  и технологии ее изготовления намагничивающую  мощность рассчитаем по формуле:

 

Следовательно, намагничивающая мощность:

Вар

 

Ток холостого  хода:

 

Активная  составляющая тока холостого хода:

 

Реактивная  составляющая тока холостого хода:

 

Коэффициент полезного действия трансформатора:

6.  Тепловой расчет и расчет охладительной  системы

6.1  Поверочный тепловой расчет  обмоток

 

Внутренний  перепад температуры:

обмотка НН (прямоугольный провод):

, °С

где  - толщина изоляции на одну сторону, см

-теплопроводность изоляции  провода, по табл.11.1 [2] Вт/см °С

Полная охлаждаемая  поверхность обмотки НН = 52,3 м²  ( п. 3.2]):

- плотность теплового потока  на поверхности обмотки:

 Вт/м²

Тогда                          °С

Для обмотки ВН = 34,7 м² ( п. 3.3]):

 Вт/м²

°С              

Средняя теплопроводность обмотки:

, Вт/см °С

где - средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции:

Вт/см °С

 

Следовательно            Вт/см °С

 

Средний перепад температуры составляет 2/3 от полного перепада:

°С

°С

Для цилиндрических обмоток из прямоугольного провода  перепад на поверхности обмотки:

Для обмотки  НН:

°С

Для обмотки  ВН:

 

°С

 

Рассчитаем  среднее превышение температуры  обмоток над средней температурой масла:

 °С

 °С

6.2  Расчет охладительной  системы (бака и охладителей)

 

 

Рис. 4

 

По табл.9.4 [2] в соответствии с мощностью трансформатора выбираем бак из гнутых труб с дутьём

 

Минимальная длина бака трехфазного трансформатора:

см

 

Принимаем А = 377см при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Минимальная ширина бака:

см

Принимаем В = 177см

По табл. 9.5 [2] минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака:

 см

Высота  выемной части:

см

 

где n - толщина подкладки под нижнее ярмо, по [1] принимаем n = 5 см

Глубина бака:

 см

 

Принимаем Н_б =372 см

Так как  из двух обмоток наиболее нагрета  обмотка ВН, то среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки  над температурой воздуха, должно быть не более:

 °С

 

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой воздуха будет  меньше на величину перепада температуры между маслом и стенкой бака

°С

где °С - по [1]

Полученное  значение должно удовлетворять условию:

°С

°С

 

 

Так как  условие выполняется, то принимаем:

°С

 

Поверхность излучения бака и крышки в предварительном  расчете:

м²

 

Поверхность конвекции бака:

 м²

 

По табл. 9.9 [2] выбираем данные для бака с навесными охладителями:

 

 

 

Рис.4. Трубчатый радиатор с прямыми  трубами.

 

 

 

 

Рис.5. Схематичное расположение радиаторов на баке.

6.3  Определение превышения  температуры обмоток и масла  над воздухом.

 

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:

°С

 

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки бака над температурой стенки бака:

 °С

 

Превышение  температуры масла в верхних  слоях над температурой окружающего  воздуха:

°С

 

Превышение  температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:

 

• для НН: °С
• для ВН: °С

6.4  Определение веса  масла и основных размеров  расширителя

 

Объем бака:

м³

Масса проводов:

кг

 

Объем активной части:

м³

 

Объем масла  в баке:

 м³

 

 

Масса масла  в баке:

кг

 

Масса масла  в трубах:

кг

 

Общая масса  масла:

кг