Назначение и роль трансформаторов
Силовой трансформатор как один из важнейших элементов электрической сети. Классификация трансформаторов, их условные обозначения и общая конструктивная схема. Конструкции магнитных систем, способы регулирования напряжения с помощью данных приборов.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.06.2012 |
Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
;
А.
Рисунок 7 - К определению радиальных сил
Механическая сила в обмотке определяется по формуле (7.43) [Л. 1, стр. 333]:
Сила, сжимающая внутреннюю обмотку определяется по формуле (7.48) [Л. 1, стр. 340]:
Н.
Напряжение сжатия, МПа, в проводе внутренней обмотки определяется по формуле (7.49) [Л. 1, стр. 340]:
МПа,
что намного меньше допустимого значения 30 МПа.
Осевая сила, действующая на обмотки рассчитывается по формуле (7.51) [Л. 1, стр. 341]:
,
где - коэффициент осевой силы, определяемый по формуле (7.52) [Л. 1, стр.341]:
.
Коэффициент определяется по формуле (7.53) [Л. 1, стр. 341]:
.
Из таблицы (7.4) [Л. 1, стр. 342] находим коэффициент :
.
Поскольку коэффициент равен 0, то:
.
Н.
Рисунок 8 - К расчету механических напряжений в обмотке
Напряжение сжатия на опорных поверхностях определяется по формуле (7.50) [Л. 1, стр. 340]:
трансформатор силовой магнитный электрический напряжение
МПа,
что меньше допустимого значения 18-20 МПа
где n=8 - число прокладок по окружности обмотки НН (рисунок 8);
а=0,025 м - радиальный размер обмотки НН;
b=0.04 м - ширина прокладки для трансформаторов мощностью от 1000 до 63000 кВт.
Найдем значение температуры обмоток через после возникновения короткого замыкания по формуле (7.54) [Л. 1, стр. 344]:
где - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, ;
- начальная температура обмоток.
Полученная величина не превышает допустимого значения для медных обмоток , таблица 7.6 [Л. 1, стр. 345].
4 Расчет магнитной системы трансформатора
4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали
Из таблицы 8.2 [Л. 1, стр. 357] для стержня диаметром 0,18 м выбираем размеры пакетов. Число ступеней для стержня 6, для ярма - 5. Размеры показаны на рисунке 6.
Таблица 1 - Размеры пакетов магнитной системы
Диаметр стержня d, м |
Стержень |
Ярмо |
Размеры пакетов a х b, мм, в стержне |
||||||||
Без прессующей пластины |
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||||||
0,18 |
6 |
0,915 |
5 |
95 |
175х21 |
155х25 |
135х13 |
120х8 |
95х9 |
65х8 |
Полное сечение стержней и ярма из таблицы 8.2 [Л. 1, стр. 365] равны:
см2; см2; см3.
Активное сечение стержней и ярма определяется по формуле (8.2)
[Л. 1, стр. 363]:
см2;
см2.
Длинна стержня определяется по формуле (8.9) [Л. 1, стр. 363]:
м.
Рисунок 9 - Сечения стержня и ярма
Расстояние между осями соседних стержней определяется по формуле (8.4) [Л. 1, стр. 366]:
м,
где - расстояние между обмотками ВН соседних стержней равно 0,01 м из таблицы 4.5 [Л. 1, стр. 184].
Масса стали одного угла для многоступенчатой формы поперечного сечения ярма в плоской магнитной системе определяется по формуле (8.6) [Л. 1, стр. 367]:
где - плотность трансформаторной стали (для холоднокатанной стали 7650 кг/м3).
Масса частей ярм, заключенных между осями крайних стержней определяется по формуле (8.8), (8.9) [Л. 1, стр. 367]:
кг,
кг.
Полная масса двух ярм определяется по формуле (8.10) [Л. 1, стр. 368]:
кг.
Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы определяется по формуле (8.12) [Л. 1, стр. 368]:
см.
Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма определяется по формуле (8.13) [Л. 1, стр. 368]:
кг.
Масса стали стержней при многоступенчатой форме сечения ярма определяется по формуле (8.11) [Л. 1, стр. 368]:
кг.
Полная масса стали плоской магнитной системы определяется по формуле (8.14) [Л. 1, стр. 368]:
кг.
4.2 Расчет потерь холостого хода
Индукция в стержне определяется по формуле (8.28) [Л. 1, стр. 374]:
Тл.
Индукция в ярме определяется по формуле (8.29) [Л. 1, стр. 374]:
Тл.
Индукция в косых стыках определяется по формуле [Л. 1, стр. 379]:
Тл.
Удельные потери для стали 3404 находятся по таблице (8.10) [Л. 1,стр. 376]:
Тл , ;
Тл , ;
Тл .
Площадь сечения на косом стыке находится по формуле [Л. 1, стр. 379]:
м2.
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, изготовленной из холоднокатаной стали потери холостого хода определяются по формуле (8.32) [Л. 1, стр. 381]:
,
где - коэффициент, который для стали 3404 с толщиной листов 0,35мм равен 10,18 по таблице 8.13 [Л. 1, стр. 382];
- коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма равен 1;
- коэффициент, учитывающий увеличение потерь, связанных с отпрессовкой стержней и ярм при сборке остова принимается равным 1,02 по таблице 8.12 [Л. 1, стр. 380];
- коэффициент, учитывающий потери от необходимости расшихтовки верхнего ярма перед насадкой обмоток и расшихтовки его после насадки принимается равным 1,02;
- коэффициент, учитывающий потери, связанные с закаткой или срезанием заусенцев после резки пластин, и при отсутствии отжига принимается равен 1,05;
- коэффициент, учитывающий увеличение потерь после резки пластин при отсутствии отжига, равен 1,11.
Отклонение посчитанного значения потерь холостого хода от заданного значения в задании:
,
что ниже допустимой погрешности .
4.3 Расчет тока холостого хода
Удельные намагничивающие мощности для стали Э330 определяются по таблице (8-11) [Л. 1, стр. 395]:
Тл , ;
Тл , ;
Тл .
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, изготовленной из холоднокатаной стали намагничивающая мощность холостого хода определяются по формуле (8.43) [Л. 1, стр. 393]:
где - коэффициент, учитывающий форму ярма, при числе ступеней в ярме равном или близком к числу ступеней в стержне принимается 1;
- коэффициент, учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке, при мощности трансформатора до 25000 кВА принимается 1,02;
- коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова, для мощностей до 630 кВА принимается 1,04;
- коэффициент, учитывающий срезку заусенцев, принимается равен 1,05;
- коэффициент, учитывающий резку пластин, при отсутствии отжига принимается 1,45 [Л. 1, стр. 393];
- коэффициент равен 42,45 по таблице (8.20) [Л. 1, стр. 395];
- коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а2 для холоднокатаной стали равен 1,18 по таблице 8.21 [Л. 1, стр. 396].
Относительное значение тока холостого хода в процентах определяется по формуле (8.48а) [Л. 1, стр. 398]:
%.
Активная составляющая тока холостого хода, вызванная потерями холостого хода определяется по формуле (8.49а) [Л. 1, стр. 398]:
%.
Реактивная сосотавляющая тока холостого хода определяется по формуле (8.50а) [Л. 1, стр. 398]:
%.
Отклонение посчитанного значения тока холостого хода от заданного значения в задании:
5 Определение рабочих характеристик трансформатора
Для характеристики режима нагрузки трансформатора важное значение имеют зависимости к.п.д. и вторичного напряжения от нагрузки трансформатора при постоянных коэффициента мощности, частоте и первичном напряжении.
Зависимость к.п.д. от нагрузки может быть получена с помощью формулы:
,
где - коэффициент нагрузки, Рк, Рх - потери х.х. и потери к.з. соответственно при номинальном первичном напряжении и при номинальном токе, полученные расчетом; сosц2 - коэффициент мощности нагрузки трансформатора, для построения графика принимаем 0,8; SN - номинальная мощность трансформатора по заданию.
Таблица 2 - Зависимость КПД от нагрузки.
0 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2 |
||
з, % |
0 |
0,9664 |
0,9826 |
0,9846 |
0,9823 |
0,979 |
0,9753 |
0,9714 |
0,9674 |
0,9634 |
График 1 - зависимость КПД от коэффициента нагрузки
Зависимость вторичного напряжения трансформатора от Кнг строится по формуле:
.
Для построения графика примем =0,8, тогда =0,6, поскольку составляющие напряжения короткого замыкания подставляются в процентах, то =100%.
Таблица 3 - Зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки
0 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1,25 |
1,5 |
1,75 |
2 |
||
з, % |
0 |
100 |
99,433 |
98,489 |
98,111 |
97,167 |
96,222 |
95,278 |
93,39 |
92,445 |
График 2 - зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки
6 Тепловой расчет трансформатора
6.1 Тепловой расчет обмоток
Внутренний перепад температуры для обмотки НН является перепадом в изоляции одного провода и определяется по формуле (9.9) [Л. 1, стр. 422] как элементарный перепад для теплового потока постоянной величины:
,
где - толщина изоляции провода на одну сторону по рисунку 7 равна 0,25•10-3 м;
- теплопроводность материала изоляции витков, равная 0,17 по таблице 9.1 [Л.1, стр. 424];
- плотность теплового потока на поверхности обмотки определяется по формуле (6.16) [Л. 1, стр. 269]:
.
.
Рисунок 10 - К расчету теплоты выделяющейся в обмотке.
Полный перепад температуры в обмотках ВН из круглого провода, не имеющей горизонтальных охлаждающих каналов определяется по формуле (9.10) [Л. 1, стр. 421]:
,
где - радиальный размер катушки; - потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки; - средняя теплопроводность обмотки ВН.
Для медного провода определяются по формуле (9.11) [Л. 1, стр. 422]:
.
Средняя теплопроводимость обмотки ВН , для случая равномерного распределения витков и междуслойной изоляции по всему объему обмотки определяется по формуле (9.12) [Л. 1, стр. 423]:
,
где - теплопроводность междуслойной изоляции; - средняя условная теплопроводность обмотки определяется по формуле (9.13) [Л. 1, стр. 423]:
;
;
.
Средний перепад температуры составляет 2/3 полного перепада, формула (9.4) [Л.1, стр. 409]:
.
Для цилиндрически обмоток из прямоугольного или круглого провода перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора определяется по формуле (9.19) [Л. 1, стр. 425]:
,
где k = 0,285
Для обмотки НН:
.
Для обмотки ВН:
,
что ниже допустимой плотности 1600.
.
Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой масла определяется по формуле (9.21) [Л. 1, стр. 428]:
;
.
6.2 Тепловой расчет бака
Минимальная длинна бака трехфазного трансформатора определяется по формуле (9.22) [Л. 1, стр. 430]:
,
где - расстояние от обмотки ВН до стенки бака.
принимаем равным 1,1 м.
Минимальная ширина бака трансформатора определяется по формуле (9-23) [Л. 1, стр. 428]:
,
где - размеры, показанные на рисунке 8.
- изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки по таблице 4.11 [Л. 1, стр. 199]; кВ.
- расстояние от прессующей балки ярма до отвода с кВ по таблице 4.11 [Л. 1, стр. 199].
- изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН и СН до обмотки ВН по таблице 4.12 [Л. 1, стр. 200]; кВ.
- изоляционное расстояние от отвода НН или СН до стенки бака по таблице 4.11 [Л. 1, стр. 199]; кВ.
- диаметр изолированного отвода обмотки ВН при классах напряжения 10 и 35 кВ, при мощностях до 10000 кВт и при больших мощностях.
- диаметр изолированного отвода от обмотки НН или СН, равный , или размер неизолированного отвода НН (шины), равный 10 - 15 мм.
мм.
м,
принимаем =0,44 м.
Рисунок 11 - Изоляционные расстояния отводов.
Высота активной части может быть определена по формуле (9.24) [Л. 1, стр. 431]:
м,
где - толщина подкладки под нижнее ярмо принимается раной 0,05м.
Общая глубина бака определяется по формуле (9.25) [Л. 1, стр. 431]:
м,
где - расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака принимается равным 0,16 м из таблицы 9.5 [Л. 1, стр. 431].
Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, должно быть не более значения, посчитанного по формуле (9.32) [Л. 1, стр. 434]:
.
Перепад температуры между маслом и стенкой бака определяется по формуле (9.33) [Л. 1, стр. 434]:
,
где - не превышает 5-6 .
Необходимо проверить условие (9.34) [Л. 1, стр. 434]:
- удовлетворяется.
Поверхность излучения бака для овального сечения в предварительном расчете может быть определена по формуле (9.35) [Л. 1, стр. 435]:
м2,
Поверхность конвекции бака определяется по формуле (9.30) [Л. 1, стр. 433]:
м2.
Из таблицы 9.7 [Л. 1, стр. 439] выберем необходимые данные для охлаждающих труб и сведем их в таблицу 4.
Таблица 4 - Данные охлаждающих труб
Форма трубы |
Размеры сечения, мм |
Толщина стенки, мм |
Поперечное сечение в свету, см2 |
Поверхность 1м, м2 |
Масса в 1м, кг |
Шаг, мм |
Радиус изгиба R, мм |
Число рядов труб при мощности 250-630кВА |
|||
Металла |
Масла в трубе |
||||||||||
Между рядами tp |
В ряду tT |
||||||||||
Овальная |
72х20 |
1,5 |
890 |
0,16 |
1,82 |
0,79 |
100 |
50 |
188 |
2 |
Расстояние между осями труб наружного ряда:
где с, e - минимальные расстояния оси труб от дна и крышки бака, с = 70 мм, e = 80 мм по таблице 9.8 [Л. 1, стр. 439].
Расстояние между осями труб внутреннего ряда:
Развернутая длинна трубы наружного ряда равна:
,
где - прямой участок для внутреннего ряда труб, принимается равным 50 мм.
развернутая длинна трубы внутреннего ряда:
Прямой участок для наружного ряда труб равен:
Число труб в ряду для обеспечения этой общей длинны определяется по формуле (9.44) [Л. 1, стр. 440]:
Поверхность излучения крышки находится по формуле :
где 0,16 - удвоенная ширина верхней рамы бака;
коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.
Поверхность излучения бака с трубами определяется по формуле (9.45) [Л. 1, стр. 440]:
где d - диаметр круглой трубы или большой размер поперечного сечения овальной трубы, d=72 мм.
Поверхность конвекции труб определяется по формуле (9.47) [Л. 1, стр. 440]:
,
где - поверхность 1 м трубы, равная 0,16 м2 по таблице 9.7 [Л. 1. стр. 439].
Поверхность конвекции бака определяется по формуле (9.46) [Л. 1, стр. 440]:
м2,
где и - коэффициенты, равные 1 и 1,344 соответственно по таблице 9.6 [Л.1, стр. 432].
Среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом определяется по формуле (9.49) [Л. 1, стр. 446]:
Превышение температуры масла вблизи стенки над стенкой бака может быть приближенно посчитано по опытной формуле (9.50) [Л. 1, стр. 446]:
,
где - коэффициент, равный 1,0 при естественом масляном охлаждении [Л. 1, стр. 446].
Превышение температуры масла в верхних слоях над окружающим воздухом определяется по формуле (9.51) [Л. 1, стр. 446]:
<60,
где - коэффициент для трубчатых баков может быть принят равным 1,2.
7 Определение массы ТР
Объём бака трансформатора рассчитывается по формуле:
Объём активной части трансформатора определяется по формуле:
где - плотность активной части, принимает значение 5500 кг/м3.
Объём масла в баке определяется по формуле:
.
Масса масла в баке:
.
Масса масла в элементах системы охлаждения(трубах):
,
Общая масса масла определяется по формуле:
.
Общая масса трансформатора определяется по формуле:
Объем расширительного бака определяется исходя с общего веса масла:
м3.
Соответственно диаметр расширительного бака при его длине lр = 0.8м равен:
м.
Вывод
В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан трансформатор мощностью 400 кВА. Были определены его основные электрические величины, рассчитаны обмотки высокого и низкого напряжения, 10 и 0,23 кВ соответственно. Также был проведён расчёт магнитной системы трансформатора и характеристик короткого замыкания.
Расчётные данные находятся в промежутке который удовлетворяет требования ГОСТа.
Список используемой литературы
1. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 528с
2. Сапожников А.В. Конструирование трансформаторов. - изд.2 М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959.
3. Гончарук А. И. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: «Энергоатомиздат», 1990. - 256 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Силовой трансформатор как один из важнейших электрических элементов. Характеристика его магнитной системы и обмоток. Классификация трансформаторов. Условное обозначение их различных типов. Основные материалы, общие вопросы проектирования трансформаторов.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 21.12.2014Что такое трансформатор. Явление электромагнитной индукции. Схема, устройство и принцип действия. Трансформатор тока и напряжения, силовой и разделительный трансформатор, автотрансформатор. Повышение и понижение напряжения с помощью трансформатора.
презентация [3,2 M], добавлен 27.05.2015Этапы и методы проектирования районной электрической сети. Анализ нагрузок, выбор оптимального напряжения сети, типа и мощности силовых трансформаторов. Электрический расчёт варианта сети при максимальных нагрузках. Способы регулирования напряжения.
методичка [271,9 K], добавлен 27.04.2010Назначение, технические характеристики и устройство измерительных трансформаторов напряжения. Описание принципа действия трансформаторов напряжения и способов их технического обслуживания. Техника безопасности при ремонте и обслуживании трансформаторов.
контрольная работа [258,1 K], добавлен 27.02.2015Назначение и режимы работы трансформаторов тока и напряжения. Погрешности, конструкции, схемы соединений, испытание трансформаторов, проверка их погрешности. Контроль состояния изоляции трансформаторов, проверка полярности обмоток вторичной цепи.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.10.2014Выбор силовых трансформаторов подстанции, сечения проводов варианта электрической сети. Схема замещения варианта электрической сети. Расчёт рабочих режимов электрической сети в послеаварийном режиме. Регулирование напряжения сети в нормальном режиме.
курсовая работа [694,7 K], добавлен 04.10.2015Выбор генераторов, блочных трансформаторов и автотрансформаторов связи. Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов. Выбор выключателей, разъединителей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, сечения отходящих линий, токопроводов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.02.2013Особенности распределения мощности по закону Кирхгофа. Тип, мощность и места установки компенсирующих устройств. Характеристика силовых трансформаторов понизительных подстанций. Анализ регулирования напряжения в электрической сети в максимальном режиме.
курсовая работа [405,3 K], добавлен 20.06.2010Выбор схемы соединения линий электрической сети. Определение сечений проводов линий электропередачи. Расчёт максимального режима сети. Выявление перегруженных элементов сети. Регулирование напряжения на подстанциях. Выбор трансформаторов на подстанциях.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 14.03.2009Природные запасы горючих ископаемых и гидравлические ресурсы как основные энергетические ресурсы страны. Знакомство с особенностями регулирования напряжения силовых трансформаторов. Характеристика основных способов определения токов короткого замыкания.
контрольная работа [647,4 K], добавлен 22.11.2013