Расчет трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Мощность трансформатора

Номинальное напряжение обмотки ВН кВ

Номинальное напряжение обмотки НН кВ

Число фаз m=3

Частота f=50 Гц

- схема соединения

Материал обмоток - медь

Параметры трансформатора (ГОСТ 12022-76):

Напряжение короткого замыкания %

Потери короткого замыкания Вт

Потери холостого хода Вт

Ток холостого хода %

1. Определение основных электрических величин

1.1 Линейные и фазные токи и напряжения обмоток ВН и НН

Мощность одной фазы и одного стержня,

Номинальные (линейные) токи, А

ВН:

НН:

Фазные токи равны линейным, т.к соединение обмоток , А

Фазные напряжения обмоток ВН и НН, В



1.2 Испытательные напряжения обмоток

Испытательное напряжение обмоток по таблице 4 - 1 [1]

для обмотки ВН кВ

для обмотки НН кВ

1.3 Активная и реактивная составляющих напряжения короткого замыкания

Для испытательного напряжения обмотки ВН кВ по таблице 4 - 5 [1] находим изоляционные расстояния

мм; мм; мм

Для кВ по таблице 4 - 4 [1] находим мм

Приведенная ширина двух обмоток, м

где по таблице 3 - 3 [1].



Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %

Реактивная составляющая, %

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Расчет основных коэффициентов

Согласно указаниям параграфа 2 - 3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержней путем расклинивания с жестким цилиндром обмотки НН, прессовка ярм осуществляется при помощи стальных ярмовых балок стянутые шпильками расположенными вне ярма. Материал магнитной системы - холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0.35 мм.

По таблице 2 - 4 [1] определим индукцию в стержне, Тл

В сечение стержня 7 ступеней, коэффициент заполнения круга (по таблице 2-5 [1])

Изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие (по таблице 2-3)

Коэффициент заполнения сталью

Ярмо многоступенчатое, коэффициент усиления ярма

Индукция в ярме, Тл

Индукция в зазоре на прямом стыке, Тл

Индукция в зазоре на косом стыке, Тл

Удельные потери в стали (по таблице 8 - 10 [1]), Вт/кг

Удельная намагничивающая мощность (по таблице 8 - 17 [1]), В*А/

Удельная намагничивающая мощность для зазоров на прямых стыков (по таблице 8 - 17[1]), В*А/



для зазоров на косых стыках

По таблице 3 - 6 [1]

Постоянные коэффициенты для медных обмоток по таблицам 3-4, 3-5 [1] а=1.4 b=0.3

Принимаем - Коэффициент Роговского

Диапазон изменения от 1.2 до 3.6

Расчет основных коэффициентов

кг

кг

кг

кг

кг

где

МПа

Масса одного угла магнитной системы

Активное сечение стержня

Площадь зазора на прямом стыке

Площадь зазора на косом стыке

Масса стержней

Масса ярм

Масса стали

Масса металла обмоток

Масса провода обмоток

Потери холостого хода

где , - Согласно таблицам 8 - 13 и 8 - 14 [1].

Намагничивающая мощность

где , , , по таблицам 8 - 17 и 8 -20 [1].

Основные размеры трансформатора

Весь дальнейший расчет, начиная с определения массы стали магнитной системы для 6 различных значений в проводятся по таблице 1.

Таблица 1- Предварительный расчет трансформатора

	1.2	1.8	2.2	2.4	3	3.6
	1.0466	1.1583	1.2179	1.2447	1.3161	1.3774
	1.0954	1.3416	1.4832	1.5492	1.7321	1.8974
	1.1465	1.554	1.8064	1.9282	2.2795	2.6135
	378.8189	342.3015	325.5527	318.5475	301.2636	287.8401
	83.9273	102.7895	113.6381	118.6911	132.7007	145.3664
	462.7462	445.0911	439.1908	437.2386	433.9643	433.2065
	298.0331	403.955	469.5649	501.23	592.5426	679.3687
	35.7496	43.7842	48.4052	50.5576	56.5251	61.9202
	333.7828	447.7392	517.9701	551.7876	649.0677	741.2888
	796.529	892.8303	957.161	989.0262	1083.032	1174.4953
	27.3283	33.4702	37.0027	38.648	43.2098	47.334
1.4633	677.1366	651.3018	642.6679	639.8113	635.02	633.9111
	468.4641	628.402	726.9711	774.4339	910.9665	1040.3989
	179.2271	219.5075	242.6747	253.4654	283.3829	310.4305
	1324.828	1499.211	1612.314	1667.711	1829.369	1984.74
	0.0243	0.0298	0.0329	0.0344	0.0385	0.0421
	997.6809	959.6164	946.8954	942.6865	935.6271	933.9932
	684.5885	918.3131	1062.3568	1131.7164	1331.2379	1520.3834
	2958.0112	3622.809	4005.1661	4183.2596	4677.0264	5123.4257
	1950.6591	2389.0597	2641.2049	2758.6486	3084.2629	3378.6407
	6590.9397	7889.7983	8655.6232	9016.311	10028.1542	10956.443
	1.0462	1.2523	1.3739	1.4312	1.5918	1.7391
	370.5431	302.5472	273.6642	262.0135	234.352	213.9332
	381.6594	311.6236	281.8741	269.8739	241.3826	220.3511
	393.1092	320.9723	290.3304	277.9702	248.6241	226.9617
	927.7376	757.4946	685.1796	656.0096	586.7528	535.6296
	1724.267	1650.325	1642.341	1645.036	1669.785	1710.125
	2.8493	3.1533	3.3155	3.3885	3.5828	3.7499
	8.7609	11.8746	13.8033	14.7341	17.4183	19.9706
	0.1857	0.2055	0.2161	0.2208	0.2335	0.2444
	0.26	0.2877	0.3025	0.3092	0.3269	0.3422
	0.6806	0.5022	0.432	0.4047	0.3423	0.2986
	0.3627	0.3964	0.4143	0.4224	0.444	0.4625

2.2 Определение основных размеров

, х=1.2179, ,

Диаметр стержня, м

Из стандартного ряда диаметров, выбираем нормализованный

Средний диаметр обмоток НН и ВН, м

Предварительная высота обмоток, м

где - пересчитанное значения для d = 0.22.



Активное сечение стержня,

Напряжение одного витка (ориентировочно), В

где - активное сечение стержня, м2.

Средняя плотность тока в обмотках, А/

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1 Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу

Принимаем число витков на одну фазу

Напряжение одного витка, В

Действующая индукция в стержне, Тл

Предварительное сечение витка,

По таблице 5 - 8 [1] по мощности 630 кВ*А, току на один стержень 36.37 А, номинальному напряжению обмотки В и сечению витка выбираем цилиндрическую многослойную медную обмотку из круглого провода.

По ориентировочным данным и таблице 5 - 2 [1] выбираем провод марки , мм. Сечение провода .

Уточненная плотность тока, А/

Число витков в слое

Принимаем число витков в слое

Число слоев в обмотке

Принимаем число слоев в обмотке

Рабочее напряжение двух слоев, В

Радиальный размер обмотки, м

где - межслойная изоляция по таблице 4 - 7 [2], мм;

по таблице 9 - 2 [2], мм.

Внутренний диаметр обмотки, м

где по таблице 4 - 4 П. М. Тихомирова мм

5

Наружный диаметр обмотки, м

Средний диаметр обмотки НН, м

Масса металла обмотки, кг

Масса провода, кг

3.2 Расчет обмоток ВН

Число витков при номинальном напряжении

Число витков на одной ступени регулирования



где - напряжение на одной ступени регулирования обмотки.

Принимаем число витков одной ступени

Напряжение Число витков на ответвлениях

36075 1869

35875 1825

35000 1781

34125 1737

33250 1693

Число витков на один стержень

Предварительная плотность тока в обмотке ВН, А/

Предварительное сечение витка обмотки ВН,

По таблице 5 - 8 [1] по мощности 630 кВ*А, току на один стержень 10.4 А, номинальному напряжению обмотки 35000 В и сечению витка 3,45 .

По таблице 5 - 2 [1] выбираем многослойную, цилиндрическую обмотку из круглого провода ПБ с сечением витка мм2.

Уточненная плотность тока, А/

Число витков в слое

Принимаем число витков в слое

Число слоев в обмотке

Принимаем число слоев в обмотке

Рабочее напряжение двух слоев, В

Радиальный размер обмотки, м

где - межслойная изоляция по таблице 4 - 7 [2], мм;

по таблице 9 - 2 [2], мм.

Внутренний диаметр обмотки, м

где по таблице 4 - 5 [2], мм

Наружный диаметр обмотки, м

Масса металла обмотки, кг

Масса провода, кг

4. Расчет параметров короткого замыкания

4.1 Расчет потерь короткого замыкания

Основные потери, Вт

Обмотка НН

Обмотка ВН

Добавочные потери в обмотке НН

где

l = 0.4095- общий размер обмотки, м

kp= 0.95 - коэффициент приведения поля.

Добавочные потери в обмотке ВН



Длина отводов, м

Масса отводов НН, кг

где - плотность металла отводов,;

- сечение отвода, м.

Потери в отводах НН, Вт

где - для алюминиевого провода.

Масса отводов ВН, кг



Потери в отводах ВН, Вт

Приближено потери в стенках бака и других элементах конструкции, Вт

к = 0.015 - по таблице 7 - 1 [1].

Полные потери короткого замыкания, Вт

Для номинального напряжения обмотки ВН, Вт

В процентном отношении от заданного значения, %

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая, %

Реактивная составляющая, %

где ;

- ширина приведенного канала рассеяния, мм.

- коэффициент, учитывающий отклонение поля рассеяния.

Напряжение короткого замыкания, %

трансформатор обмотка замыкание ток

В процентном отношении от заданного значения, %

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН, А

где - мощность короткого замыкания, кВ·А.

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания, А

где - коэффициент, учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания.



Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН, МПа

где - суммарная радиальная сила, Н.

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН, МПа

Осевые силы, Н

где - коэффициент осевой силы;

;

- так как обмотка ВН является многослойной цилиндрической

Максимальные сжимающие силы в обмотках, Н

Напряжение сжатия, МПа

где - число прокладок по окружности;

- ширина прокладки, м.

Температура обмотки через с после возникновения короткого замыкания ,

где - начальная температура обмотки, ;

- наибольшее время короткого замыкания,.

5. Расчет магнитной системы

5.1 Расчет размеров и массы магнитной системы

Принимаем конструкцию трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3405, 0.35 мм. Стержни магнитной системы прессуются путем расклиниванием с обмоткой, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по таблице 8 - 2 [1] для стержня с диаметром 0.22 без прессующей пластины. Число ступеней в сечении стержня 8, в сечении ярма 6.

№	Стержень	Ярмо
1	215Х23	215Х23
2	195Х28	195Х28
3	175Х21	175Х21
4	155Х25	155Х25
5	135Х13	135Х13
6	120Х8	120Х8
7	95Х9
8	65Х8

Активное сечение стержня,

где - площадь поперечного сечения стержня,

Активное сечение ярма,



где - площадь поперечного сечения ярма,

Объем стали угла магнитной системы,

где - объем угла системы,

Длина стержня, м

где -расстояние от обмотки до верхнего и нижнего ярма, м

Расстояние между осями стержней, м

где м по таблице 4 - 5 [1].

Масса стали угла магнитной системы, кг

где - плотность трансформаторной стали, кг/

Масса стали ярм, кг

Масса стали стержней, кг

Общая масса стали, кг



5.2 Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне, Тл

Индукция в ярме, Тл

Индукция на косом стыке, Тл

Площадь сечения стержня на косом стыке,

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по таблице 8 - 10 для стали марки 3405 толщиной 0.35 мм при шихтовке в две пластины:

при Тл, Вт/кг, Вт/м2

при Тл, Вт/кг, Вт/м2

при Тл, Вт/м2

На основании параграфа 8 - 2 и таблице 8 - 12 [1] принимаем , , , ,

По таблице 8 - 13 [1]

Потери холостого хода, %

5.3 Расчет тока холостого хода

По таблице 8 - 17 [1] находим удельные намагничивающие мощности:

при Тл, Вт/кг, Вт/м2

при Тл, Вт/кг, Вт/м2

при Тл, Вт/м2

По параграфу 8 - 3 и таблице 8 - [1] принимаем коэффициенты:

, 1, , , 1.045, ,

По таблице 8 - 20 [1] принимаем

Намагничивающая мощность холостого хода, В*А

Ток холостого хода, %

Активная составляющая тока холостого хода, %

Реактивная составляющая тока холостого хода, %



6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Расчет перегрева обмоток

Полный внутренний перепад температуры в обмотках НН,

где - потери выделяемые, в 1 м3 общего объема обмотки, Вт/м3.

,м

, - средняя теплопроводность обмотки, Вт/м0С;

- средняя условная теплопроводность, Вт/м0С;

- теплопроводность межслойной изоляции Вт/м0С.

Перепад на поверхности обмотки НН,

где - потери отнесенные к единице поверхности, Вт/м2.

к = 0.285.

Полный внутренний перепад температуры в обмотках ВН,

где - потери выделяемые, в 1 м3 общего объема обмотки, Вт/м3.

,м

, - средняя теплопроводность обмотки, Вт/м0С;

- средняя условная теплопроводность, Вт/м0С;

- теплопроводность межслойной изоляции Вт/м0С.



Перепад на поверхности обмотки ВН,

где - потери отнесенные к единице поверхности, Вт/м2.

к = 0.285.

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу,

6.2 Тепловой расчет бака

По таблице 9 - 4 [1] в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака cо стенками в виде волн.

Минимальная ширина бака, м

Изоляционные расстояния:

- изоляционное расстояние от отвода ВН до обмотки НН, мм;

- изоляционное расстояние от отвода ВН до стенки бака, мм;

изоляционное расстояние от отвода НН до обмотки ВН, мм;

- изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, мм;

- диаметр изолированного отвода обмотки ВН, мм;

- размер неизолированного отвода обмотки НН, мм.

Длина бака, м

Высота активной части, м

где мм - толщина прокладки под нижнее ярмо

Глубина бака, м

где - минимальное расстояние от ярма до крышки бака, по таблице 9 - 5 [1], м

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки ВН,

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом,

где .

Превышение температуры масла в верхних слоях

Поверхность излучения бака,

где - наибольшая глубина волны, м;

- высота волнистой стенки, м.

Развернутая длина волны,

где - шаг волны стенки, м

Число волн

Принимаем 84 волны.

Поверхность конвекции стенки, м2

Поверхность крышки бака, м2

Поверхность верхней рамы бака, м2

Полная поверхность излучения бака, м2

Полная поверхность конвекции бака, м2



Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха,

где к =1.05.

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака,

где

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха,

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха,

Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха,

НН:

65

ВН:

< 65

Превышение температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677 - 85.

Список использованных источников

1. Тихомиров, П. М. Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов/ П. М. Тихомиров, Л. А. Ремшина. - М.: Энергоатомиздат., 1986. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru