Расчёт трёхфазного силового двухобмоточного трансформатора по книге П.М. Тихомирова "Расчёт трансформаторов"

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНОГО СИЛОВОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

ПО КНИГЕ П.М. ТИХОМИРОВА

«РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ»

Задание для расчета трансформатора

Мощность трансформатора:	1600 кВА
Напряжение холостого хода:	35000 ± 5 % / 690 В
Схема соединения обмоток:	звезда/звезда
Частота:	50 Гц
Материал обмоток:	медь
Марка стали:	3411
Потери холостого хода:	3100 Вт
Потери короткого замыкания:	18000 Вт
Ток холостого хода:	1,3 %
Напряжение короткого замыкания:	6,5 %

• Содержание
• Введение
• 1. Предварительный расчет трансформатора
• 1.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний
• 1.2 Определение основных размеров трансформатора
• 2. Расчет обмоток
• 2.1 Расчет обмотки НН
• 2.2 Расчет обмотки ВН
• 3. Расчет параметров короткого замыкания
• 4. Расчет магнитной системы
• 4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали
• 4.2 Расчет потерь холостого хода
• 4.3 Расчет тока холостого хода
• 5. Тепловой расчет трансформатора
• 5.1 Тепловой расчет обмоток
• 5.2 Тепловой расчет бака
• Список использованной литературы
• Введение
• В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11 000, 13 800, 15 750, 18 000 или 20 000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500 кв в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кв (в городах и промышленных объектах) или до 35 кв (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127 в. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины - 12, 24 или 36 в.
• Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т. е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т. е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к. п. д.), значение которого составляет от 95 до 99,5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к. п. д.
• Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э. д. с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800-1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).
• Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы - для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели - для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.
• Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.
• Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. При нагревании масло начинает циркулировать и отдает тепло стенкам бака, а от последних тепло рассеивается в окружающем воздухе.

1. Предварительный расчет трансформатора

1.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.

Мощность одной фазы и одного стержня:

Номинальные (линейные) токи на сторонах:

Фазные ток обмоток НН (схема соединения - звезда) равны линейным токам.

Фазные ток обмоток ВН (схема соединения - звезда) равны линейным токам.

Фазные напряжения обмоток НН (схема соединения - звезда) равны:

Фазные напряжения обмоток ВН (схема соединения - звезда) равны:

Испытательные напряжения обмоток (по табл. 4.1[1]): для обмотки ВН U_ИСП = 55 кВ; для обмотки НН U_ИСП = 5 кВ.

По табл. 5.8[1] выбираем тип обмоток.

Обмотка НН при напряжении 0,399 кВ и токе 1338,8 А винтовая из прямоугольного медного провода, обмотка ВН при напряжении 20,208 кВ и токе 26,4 А непрерывная катушечная из прямоугольного медного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_ИСП = 55 кВ по табл. 4.5[1] находим изоляционные расстояния (см. рис. 3.5[1]): a'₁₂ = 20 мм; l'₀ = 50 мм; a'₂₂ = 20 мм; для U_ИСП = 5 кВ по табл. 4.4[1] находим a'₀₁ = 15 мм.

Определение исходных данных расчета.

k = 0,5132 по табл. 3.3[1].

Приведенный канал рассеяния:

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

Согласно указаниям §2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему по рис. 2.5д[1] с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне по рис. 2.17б[1]. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты по рис. 2.18б[1] и ярм - стальными балками по рис. 2.21а[1]. Материал магнитной системы - рулонная сталь марки 3411 толщиной 0,35 мм.

1.2 Определение основных размеров трансформатора.

Диаметр стержня предварительно по 3.17[1]:

где в = 1,71 по табл. 3.2[1];

k_Р ? 0,95 - принятый коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского);

B_С = 1,57 Тл - индукция в стержне по табл. 2.4[1];

k_С = k_КР · k_З = 0,927 · 0,97 = 0,8992 по ф. 3.67[1];

k_КР = 0,927 по табл. 2.5[1], k_З = 0,97 по табл. 2.2[1].

Выбираем ближайший нормализованный диаметр (стр. 87):

d_Н = 0,26 м.

Определяем значение в_Н согласно выбранного диаметра:

Радиальный размер обмотки НН предварительно по 3.71[1]:

где k₁ = 1,4 согласно рекомендациям стр. 164[1].

Средний диаметр канала между обмотками предварительно:

d₁₂ = d_Н + 2 · a'₀₁ + 2 · a'₁₁ + a'₁₂ = 0,26 + 2 · 0,015 + 2 · 0,035 + 0,02 = 0,38 м.

Высота обмотки по 3.72[1]:

Активное сечение стержня (чистое сечение стали) по 3.73[1]:

Электродвижущая сила одного витка по 3.74[1]:

u_В = 4,44 · f · B_С · П_С = 4,44 · 50 · 1,57 · 0,0477 = 16,625 В.

2. Расчет обмоток

2.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН:

принимаем w₁ = 24 витка.

Напряжение одного витка:

Средняя плотность тока в обмотках по (5.4):

Сечение витка ориентировочно:

По табл. 5.8[1] при мощности 1600 кВ·A, току на один стержень 1338,8 A, номинальному напряжению обмотки 399 В и сечению витка 396,09 мм² выбираем конструкцию винтовой обмотки из прямоугольного провода. Размер радиального канала предварительно h_К = 5 мм. Согласно §5.1[1] число реек по окружности обмотки 12, ширина междувитковых прокладок b_ПР = 40 мм.

Ориентировочный осевой размер витка:

По графикам 5.34а выбираем двухходовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией.

По полученным ориентировочным значениям П'_В и h_В1 по табл. 5.2[1] подбираем сечение витка из 16 параллельных проводов:

,

разделенных на две группы по 8 проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками.

Полное сечение витка:

П₁ = 16 · 24,7 = 395,2 мм² = 395,2 · 10^-6 м².

Плотность тока:

Высота обмотки:

l₁ = (24 + 1) · 2 · 7,6 · 10^-3 + ((2 · 24) + 1) · 0,95 · 5 · 10^-3 = 0,613 м.

Радиальный размер обмотки:

a₁ = 8 · 4,05 · 10^-3 = 0,032 м.

По табл. 4.4[1] для U_ИСП = 5 кВ, S = 1600 кВ·А и винтовой обмотки находим а₀₁ = 15 мм. Обмотка наматывается на 12 рейках на бумажно-бакелитовом цилиндре размерами:

Внутренний диаметр обмотки:

D'₁ = d + 2 · a₀₁ = 0,26 + 2 · 0,015 = 0,29 м.

Внешний диаметр обмотки:

D''₁ = D'₁ + 2 · a₁ = 0,29 + 2 · 0,032 = 0,354 м.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки по (7.19):

Масса металла обмотки по (7.6):

G_O1 = 28 · 10³ · c · D_СР · w₁ · П₁ = 28 · 10³ · 3 · 0,322 · 24 · 395,2 · 10^-6 = 256,5 кг.

Масса провода по табл. 5.5[1]:

G_ПР1 = 1,02 · 256,5 = 261,6 кг.

Рис. 2.1. Обмотка НН (винтовая).

Рис. 2.2 Сечение витка винтовой обмотки НН. Масштаб 2,5:1.

2.2 Расчет обмотки ВН

Выбираем схему регулирования по рис. 6.6,в[1] с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 26,4 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее , т.е. 2021 В; испытательное , т.е. 4042 В.

Рис. 2.3. Схема выполнения ответвлений в обмотке ВН.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Напряжение, В	Ответвления обмотки
21220	A2A3 B2B3 C2C3
20714	A3A4 B3B4 C3C4
20208	A4A5 B4B5 C4C5
19702	A5A6 B5B6 C5C6
19196	A6A7 B6B7 C6C7

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении:

Число витков на одной ступени регулирования:

Для пяти ступеней:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
21220	1216 + 2 · 17 = 1250
20714	1216 + 17 = 1233
20208	1216
19702	1216 - 17 = 1199
19196	1216 - 2 · 17 = 1182

Ориентировочная плотность тока:

Ориентировочное сечение витка:

По табл. 5.8[1] выбираем непрерывную катушечную обмотку из медного прямоугольного провода (S = 1600 кВ·А; I = 26,4 А; U = 20208 В; П = 7,83 мм²). По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 5.2[1]) выбираем провод марки ПБ:

В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод того же размера с усиленной изоляцией.

Плотность тока в обмотке:

При и b = 5 мм по графикам рис. 5.34а[1] находим

Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4,5 мм между всеми катушками. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10[1]). Канал в месте разрыва обмотки h_КР = 7,5 мм (см. табл. 4.9[1]). Осевой размер катушки 5,5 мм.

Число катушек на стержне ориентировочно:

Число витков в катушке ориентировочно:

, и радиальный размер a' = 2,1 · 1 · 20 = 42 ? 42 мм.

Общее распределение витков по катушкам:

33 основные катушки В по 20 витков	660
22 основные катушки Г по 21 витку	462
4 регулировочные катушки Д по 17 витков	68
4 катушки с усиленной изоляцией Е по 20 витков	80

Всего 63 катушки (1270 витков).

Осевой размер обмотки:

l = ?h_КАТ + ?h_КАН = (5,5 · 62 + 0,95 · (12 + 4 · 7,5 + 56 · 4,5)) · 10^-3 = 0,62 м.

Согласно §4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках наматывается обмотка:

Данные катушек обмотки ВН трансформатора.

Таблица 2.1.

Данные	В	Г	Д	Е	Всего
Назначение катушки	Основная	Основная	Регулировочная	С усиленной изоляцией	-
Катушек на стержень	33	22	4	4	63
Число витков в катушке	20	21	17	20	-
Всего	660	462	68	80	1270
Размеры провода без изоляции, мм	1,6Ч5	1,6Ч5	1,6Ч5	1,6Ч5	-
Размеры провода с изоляцией, мм	2,1Ч5,5	2,1Ч5,5	2,1Ч5,5	2,1Ч5,5	-
Сечение витка, мм2	7,79	7,79	7,79	7,79	7,79
Плотность тока, МА/м2	3,389	3,389	3,389	3,389	3,389
Радиальный размер, мм	42	44,1	35,7	42	45
Осевой размер, мм	5,5	5,5	5,5	5,5	620

Плотность теплового потока на поверхности обмотки для самой широкой катушки по (7.19):

Масса металла обмотки по (7.6):

G_О6 = 28 · 10³ · c · D_СР · w · П = 28 · 10³ · 3 · 0,439 · 1250 · 0,000008 = 359,1 кг.

Масса провода в обмотке с изоляцией:

G_ПР6 = 1,02 · 359,1 = 366,3 кг.

Масса металла (меди) двух обмоток:

G_О = 256,5 + 359,1 = 615,6 кг.

Масса провода двух обмоток:

G_ПР = 261,6 + 366,3 = 627,9 кг.

По испытательному напряжению U_ИСП = 55 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.4, 4.5[1] находим:

Канал между обмотками ВН и НН	а'12 = 20 мм
Толщина бумажно-бакелитового цилиндра обмотки НН	д'01 = 4 мм
Толщина бумажно-бакелитового цилиндра обмотки ВН	д'12 = 5 мм
Выступ бумажно-бакелитового цилиндра за высоту обмотки НН	l'Ц1 = 18 мм
Выступ бумажно-бакелитового цилиндра за высоту обмотки ВН	l'Ц2 = 30 мм
Расстояние между обмотками ВН соседних стержней	a'22 = 20 мм
Толщина междуфазной перегородки	д'22 = 3 мм
Расстояние обмотки ВН до ярма	a'0 = 50 мм

Рис. 2.4. Обмотка ВН (непрерывная).

Рис. 2.5 Сечение катушки непрерывной обмотки ВН. Масштаб 2:1.

Рис. 2.6 Основные размеры обмоток трансформатора. Масштаб 1:2.

3. Расчет параметров короткого замыкания

трансформатор электрический обмотка сталь

Потери короткого замыкания определяются согласно §7.1, основные потери - по (7.3).

Основные потери обмотки НН:

P_ОСН1 = 2,4 · 10^-12 · J₁² · G_М = 2,4 · 10^-12 · 3,388² · 10¹² · 256,5 = 7066,2 Вт.

Основные потери обмотки ВН:

P_ОСН2 = 2,4 · 10^-12 · 3,389² · 10¹² · 359,1 = 9898,5 Вт.

Добавочные потери в обмотке НН по (7.14):

k_Д1 = 1 + 0,095 · 10⁸ · в² · a⁴ · n² = 1 + 0,095 · 10⁸ · 0,279 · 3,55⁴ · 10^-12 · 8² = 1,027;

(Предварительно принимаем k_Р = 0,95).

Добавочные потери в обмотке ВН по (7.14):

k_Д2 = 1 + 0,095 · 10⁸ · 0,226 · 1,6⁴ · 10^-12 · 21² = 1,006;

Длина отводов обмотки НН определяется приближенно по (7.21):

l_ОТВ1 = 7,5 · l = 7,5 · 0,616 = 4,62 м.

Длина отводов обмотки ВН по (7.21):

l_ОТВ2 = 7,5 · 0,616 = 4,62 м.

Масса отводов НН:

G_ОТВ1 = l_ОТВ · П_ОТВ · г = 4,62 · 395,2 · 10^-6 · 8900 = 16,25 кг.

Потери отводов НН:

P_ОТВ1 = 2,4 · 10^-12 · J² · G_ОТВ = 2,4 · 10^-12 · 3,388² · 10¹² · 16,25 = 447,7 Вт.

Масса отводов ВН:

G_ОТВ2 = 4,62 · 7,79 · 10^-6 · 8900 = 0,32 кг.

Потери отводов ВН:

P_ОТВ2 = 2,4 · 10^-12 · 3,389² · 10¹² · 0,32 = 8,8 Вт.

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и табл. 7.1[1]:

P_Б = 10 · k · S = 10 · 0,028 · 1600 = 448 Вт.

Полные потери короткого замыкания:

P_К = P_ОСН1 · k_Д1 + P_ОСН2 · k_Д2 + P_ОТВ1 + P_ОТВ2 + P_Б = 7066,2 · 1,027 + 9898,5 · 1,006 + 447,7 + 8,8 + 448 = 18119 Вт.

Полные потери короткого замыкания для номинального напряжения обмотки ВН:

P_К = 18119 - 0,05 · 9628,4 = 17638 Вт,

или заданного значения.

Напряжение короткого замыкания рассчитывается согласно §7.2.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания по (7.32):

где

k_Р = 1 - у · (1 - e^-1/у) = 1 - 0,0501 · (1 - e^-1/0,0501) ? 0,95;

по (7.35), и рис. 3.1.

Напряжение короткого замыкания:

или заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2[1]:

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

при по табл. 7.3[1]

Радиальная сила по (7.43):

F_Р = 0,628 · (i_К.MAX · w)² · в · k_Р · 10^-6 = 0,628 · (896,81 · 1216)² · 1,9074 · 0,95 · 10^-6 = 1353297 Н.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН по (7.48) и (7.49):

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49):

т.е. 38 % допустимого значения 60 МПа.

Осевые силы по рис. 7.11[1].

где l_X = 52 мм; m = 4; после установления размеров бака l'' = 0,212 м. Распределение осевых сил по рис. 3.1.

Максимальные сжимающие силы в обмотках:

F_СЖ1 = F'_ОС + F''_ОС = 50529 + 87353 = 137882 Н;

F_СЖ2 = = F''_ОС - F'_ОС = 87353 - 50529 = 36824 Н;

Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН, где F_СЖ = 137882 Н.

Температура обмотки через t_К = 5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54):

4. Расчет магнитной системы

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

Расчет выполняется по §8.1.

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3411 0,35 мм.

Стержни магнитной системы скрепляются бандажами из стеклоленты, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл.8.3[1] для стержня диаметром 0,26 м c прессующей пластиной. Число ступеней в сечении стержня 7, в сечении ярма 6.

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма по табл. 8.3[1].

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо (в половине поперечного сечения), мм
1	250Ч35	250Ч35
2	230Ч25	230Ч25
3	215Ч13	215Ч13
4	195Ч13	195Ч13
5	175Ч10	175Ч10
6	155Ч8	155Ч8
7	120Ч9	-

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 0,238 м. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. 8.7[1].

Площадь сечения стержня:

П_Ф.С = 478 см² = 0,0478 м².

Площадь сечения ярма:

П_Ф.Я = 488,5 см² = 0,04885 м².

Объем угла магнитной системы:

V_У = 10550 см³ = 0,01055 м³.

Активное сечение стержня:

П_C = k_З · П_Ф.С = 0,97 · 0,0478 = 0,04637 м².

Активное сечение ярма:

П_Я = k_З · П_Ф.Я = 0,97 · 0,04885 = 0,04738 м².

Объем стали угла магнитной системы:

V_У.СТ = k_З · V_У = 0,97 · 0,01055 = 0,01023 м³.

Длина стержня:

l_С = 0,62 + 2 · 0,05 = 0,72 м.

Расстояние между осями стержней

С = D''₂ + a₂₂ = 0,484 + 0,02 = 0,504 м.

Массы стали в стержнях и ярмах магнитной системы рассчитываются по (8.6), (8.8) - (8.13).

Масса угла магнитной системы:

G_У = 0,01055 · 7650 = 80,7 кг.

Масса стали ярм:

G_Я = G'_Я + G''_Я = 2 · П_Я · 2 · C · г_СТ + 2 · G_У = 2 · 0,04738 · 2 · 0,504 · 7650 + 2 · 80,7 = 892,1 кг.

Масса стали стержней:

G_С = G'_С + G''_С = 766,2 + 23,9 = 790,1 кг,

где G'_С = 3 · l_С · П_С · г_СТ = 3 · 0,72 · 0,04637 · 7650 = 766,2 кг;

G''_С = 3 · (П_С · a_1Я · г_СТ - G_У) = 3 · (0,04637 · 0,25 · 7650 - 80,7) = 23,9 кг.

Общая масса стали:

G_СТ = 892,1 + 790,1 = 1682,2 кг.

4.2 Расчет потерь холостого хода

Расчет выполняется по §8.2.

Индукция в стержне:

Индукция в ярме:

Индукция на косом стыке:

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9[1] для стали марки 3411 толщиной 0,35 мм:

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8.32).

На основании §8.2 и табл. 8.12[1] принимаем:

k_П.Р = 1,05;

k_П.З = 1;

k_П.Я = 1;

k_П.П = 1,025;

k_П.Ш = 1,04.

По табл. 8.13[1] находим коэффициент:

k_П.У = 8,6.

Тогда потери холостого хода составят:

или заданного значения.

4.3 Расчет тока холостого хода

Расчет выполняется по §8.3.

По табл. 8.16[1] находим удельные намагничивающие мощности:

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем (8.43), в котором по §8.3 и табл. 8.12 и 8.21[1] принимаем коэффициенты:

k_Т.Р = 1,18;

k_Т.З = 1;

k_Т.ПЛ = 1,2;

k_Т.Я = 1;

k_Т.П = 1,04;

k_Т.Ш = 1,04.

По табл. 8.20[1] находим коэффициент:

k_Т.У = 42,16.

Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит:

Ток холостого хода:

или заданного значения.

Активная составляющая тока холостого хода:

Реактивная составляющая тока холостого хода:

5. Тепловой расчет трансформатора

5.2 Тепловой расчет обмоток

Расчет выполняется по §9.5.

Внутренний перепад температуры обмотки НН по (9.9):

где д = 0,25 · 10^-3 м - толщина изоляции провода на одну сторону; q - плотность теплового потока на поверхности обмотки; л_ИЗ - теплопроводность бумажной пропитанной маслом изоляции провода по табл. 9.1[1]:

Внутренний перепад температуры обмотки ВН по (9.9):

Перепад температуры на поверхности обмотки НН:

и_О.М1 = k₁ · k₂ · k₃ · 0,35 · q^0,6 = 1 · 1,1 · 0,85 · 0,35 · 857,9^0,6 = 18,83 °C,

где k₁ = 1 - для естественного масляного охлаждения;

k₂ = 1,1 - для внутренней обмотки НН;

k₃ = 0,85 - по таблице 9.3[1] для .

Перепад температуры на поверхности обмотки ВН:

и_О.М2 = 1 · 1 · 1 · 0,35 · 557,3^0,6 = 15,54 °C,

где k₁ = 1 - для естественного масляного охлаждения;

k₂ = 1 - для наружной обмотки ВН;

k₃ = 1 - при отсутствии канала.

Полный средний перепад температуры от обмотки НН к маслу:

и_О.М.СР1 = и_О1 + и_О.М1 = 1,26 + 18,83 = 20,09 °C.

Полный средний перепад температуры от обмотки ВН к маслу:

и_О.М.СР2 = и_О2 + и_О.М2 = 0,81 + 15,54 = 16,35 °C.

5.2 Тепловой расчет бака

Расчет выполняется по §9.6.

По таблице 9.4[1] в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака с одинарными или двойными навесными радиаторами с гнутыми трубами по рис. 9.17[1].

Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

Минимальная ширина бака:

B = D''₂ + (s₁ + s₂ + d₂ + s₃ + s₄ + d₁) · 10^-3.

Изоляционные расстояния:

s₁ = 32 мм (для отвода U_ИСП = 55 кВ, покрытие 4 мм, расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1]);

s₂ = 30 мм (для отвода U_ИСП = 55 кВ, покрытие 4 мм, расстояние до прессующей балки ярма по табл. 4.11[1]);

s₃ = 25 мм (для отвода U_ИСП = 5 кВ, без покрытия, расстояние до стенки бака по табл. 4.11[1]);

s₄ = 50 мм (для отвода U_ИСП = 55 кВ, отвод без покрытия по табл. 4.12[1]).

Ширина бака:

B = 0,484 + (32 + 30 + 20 + 25 + 50 + 10) · 10^-3 = 0,651 м.

Принимаем B = 0,654 м при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Длина бака:

A = 2 · C + B = 2 · 0,504 + 0,654 = 1,662 м.

Высота активной части:

H_А.Ч = 0,72 + 2 · 0,25 + 0,05 = 1,27 м,

где высота стержня 0,72 м; высота ярма 0,25 м и толщина бруска 0,05 м.

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН по табл. 9.5[1]:

H_И.К = 400 мм = 0,4 м.

Глубина бака:

H_Б = Н_А.Ч + H_И.К = 1,27 + 0,4 = 1,67 м.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН:

и_М.В = 65 - 20,09 ? 45 °C.

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет:

и_М.В.В = 1,2 · и_М.В = 1,2 · 45 = 54 °C < 60 °C.

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака и_М.Б = 5 °C и запас 2 °C, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха:

и_Б.В = и_М.В - и_М.Б = 45 - 5 - 2 = 38 °C.

Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с гнутыми трубами по рис. 9.17[1] c расстоянием между осями фланцев А_Р = 3250 мм (табл. 9.10[1]), с поверхностью труб П_ТР = 36,9 м² и двух коллекторов П_К.К = 0,66 м². Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята:

H_Б = A_Р + с₁ + с₂ = 3,25 + 0,085 + 0,1 = 3,435 м,

где с₁ и с₂ - расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл. 9.10[1].

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака:

П_К.ГЛ = H_Б · [2 · (A - B) + р · B] = 3,435 · [2 · (1,662 - 0,654) + р · 0,654] = 13,983 м².

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами по (9.35):

П_И = k · П_К.ГЛ = 1,75 · 13,983 = 24,47 м².

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения и_Б.В = 38 °C по (9.30):

Поверхность крышки бака:

где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака, м; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.

Поверхность конвекции радиаторов:

?П_К.Р = 66,523 - 13,983 - 0,67 = 51,87 м².

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки (табл. 9.6[1]):

П_К.Р = П_ТР · k_Ф + П_К.К = 36,9 · 1,4 + 0,66 = 52,32 м².

Необходимое число радиаторов:

Принимаем 1 радиатор.

Поверхность конвекции бака:

П_К = ?П_К.Р + П_К.ГЛ + П_К.КР = 1 · 52,32 + 13,983 + 0,67 = 66,973 м².

Поверхность излучения:

П_И = 24,47 м².

Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха по §9.7.

Среднее превышение температуры наружной поверхности стенки бака над температурой воздуха по (9.49):

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки бака по (9.50):

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха:

и_М.В = и_М.Б + и_Б.В = 6,3 + 37,9 = 44,2 °C.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха:

и_М.В.В = k · и_М.В = 1,2 · 44,2 = 53 °C < 60 °C.

Превышение средней температуры обмотки НН над температурой воздуха:

и_О.В1 = 1,26 + 18,83 + 44,2 = 64,29 °C < 65 °C.

Превышение средней температуры обмотки ВН над температурой воздуха:

и_О.В2 = 0,81 + 15,54 + 44,2 = 60,55 °C < 65 °C.

Превышения температуры масла в верхних слоях и_М.В.В < 60 °C и обмоток и_О.В < 65 °C лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ 11677-85.

Список использованной литературы

1. П.М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат", 1986.

2. А.М. Дымков. Расчет и конструирование трансформаторов. Учебник для техникумов. "Высшая школа", 1971.

3. В.Е. Китаев. Трансформаторы. "Высшая школа", 1967.

4. А.В. Сапожников. Конструирование трансформаторов. Госэнергоиздат, 1956.

5. М.М. Кацман. Электрические машины и трансформаторы. "Высшая школа", 1971.

6. М.П. Костенко и Л.М. Пиотровский. Электрические машины. "Энергия", 1964.

7. А.М. Голунов. Охлаждающие устройства масляных трансформаторов. "Энергия", 1964.

8. В.В. Порудоминский. Трансформаторы с переключением под нагрузкой. "Энергия", 1965.

9. П.М. Тихомиров. Расчет трансформаторов для дуговых электрических печей. Госэнергоиздат, 1959.

10. Е.А. Каганович. Испытание трансформаторов малой и средней мощности на напряжение до 35 кв включительно. "Энергия", 1969.

11. В.П. Шуйский. Расчет электрических машин. "Энергия", 1968.

Размещено на Allbest.ru