Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образование и науки Российской Федерации

Филиал ГОУВПО «Московский Энергетический Институт (Национально Исследовательский Университет)»

В городе Волжском

Курсовой проект

«Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением»

Выполнила: Бескровная В.Ю.

Группа: ЭОП-09

Проверил: Поляков С.В.

Волжский 2011

Содержание

1. Условие и исходные данные курсовой работы

2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

3. Определение основных размеров

4. Расчет обмотки НН

5.Расчет обмотки ВН

6.Список литературы

1. Условие и исходные данные курсовой работы

Рассчитать силовой трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением

Исходные данные:

полная мощность трансформатора S =4000 кВа;

число фаз m = 3;

частота тока в сети f = 50 Гц;

номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения

(ВН) U1н = 15000 В;

номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения

(HH) U2H= 5000 В;

ток холостого хода - i0 = 1 %,

потери холостого хода - Рхх = 5,45 кВт,

напряжение короткого замыкания - Uк = 7,5 %,

потери короткого замыкания - Рк =33,5 кВт.

число ступеней и пределы регулирования - 6

- схема и группа соединения обмоток - Y/ Y-0 ;

материал - сталь холоднокатаная, марки 3330, толщиной 0,35;

материал обмоток - медь

диаметр стержня - D = 450мм,

высота окна (приблизительно) Н = 1200 мм

- способ охлаждения - естественный масляный,

2. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из медного провода.

Определение основных электрических величин по § 3.2. Мощность одной фазы и одного стержня

Sф = S' = S/m = 4?103/3 = 1333,33 Ва

Фазные напряжения:

ВН Uф1 =U1 /v3 = 15000/v3 = 8660,254В;

НН Uф2 =U2 =5000В.

Фазные токи: Iф = S'/Uф, где S - в Вт, U - в В

на стороне ВН

Iф1 = 4000?103/15000= 153,96А;

на стороне НН

Iф2 = 4000?103/5000 = 357,771 А

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

; = 100?33500/400000 = 0,838 %.

Реактивная составляющая

= = 7,45%.

Испытательные напряжения согласно ГОСТ 1516.1-76:

Класс напряжения обмоток, кВ	До 1кВ	3	6	10	15	20	35
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	1,2	3,6	7,2	12	17,5	24	40,5
Испытательное Напряжение Uисп, кВ	5	18	25	35	45	55	85

Обмотки ВН Uисп1= =35 кВ

НН Uucn2=25 кВ.

Число ступеней в сечении стержня и коэффициент круга современных трехфазных масляных трансформаторов

Показатель	Прессовка стержня бандажами, сечение стержня диаметром от 0,36 м и выше имеет продольные каналы
Мощность трансформатора Sн, кВА	1000-1600	2500-6300	10000	16000	25000	32000	80000
Ориентировочный диаметр стержня d, м	0,24-0,26	0,28-0,3	0,32-0,34	0,36-0,38	0,40-0,42	0,45-0,50	0,53-0,56	0,60-0,67	0,71-0,75
Без прессую- щей пластины	Число ступеней nс	8	8	9	9	11	14	15	16	16
	Коэфф. Kкр	0,925	0,928	0,929	0,913	0,922	0,927	0,927	0,929	0,931
С прессую- щей пластиной	Число ступеней nс	7	7	8	8	10	13	14	15	15
	Коэфф. Kкр	0,900	0,9-0,91	0,912	0,89-0,90	0,907	0,912	0,914	0,918	0,92

Выбираю ориентировочный диаметр стержня d = 0,38 м, число ступеней n = 8, коэффициент ККР = 0,912

Для испытательного напряжения обмотки ВН Uисп1= 35 кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния a12= 20 мм; l02= 50 мм; а22= 18 мм; lЦ2= 20 мм; д12= 4 мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН Uucn2=25 кВ по табл. 4.4 найдем а01 =17, 5 мм.

Определение исходных данных расчета.

Мощность обмоток одного стержня S' = 1333,33 кВа.

Ширина приведенного канала рассеяния

ap= a12+(a1 + а2)/3;

(а1+а2)/3=k?(S')-0,25?10-2 = 0,5•13333,33-0,25?10-2 =0,03 м (см. табл. 3.3);

aр=0,020+0,03=0,05 м.

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания kд = 0,91 и по табл. 3.4 и 3.5 -- постоянные коэффициенты для медных обмоток а = 1,44 и b = 0,3.

Принимаем kр = 0,95.

По табл. 5.8 выбираем тип обмоток:

обмотка ВН при напряжении 12 кВ и токе 120А -- выбрали цилиндрическую двухслойную из прямоугольного провода;

обмотка НН при напряжении 6.3 кВ и токе 229 А -- выбрали цилиндрическую двухслойную из прямоугольного провода.

3. Определение основных размеров

Диаметр стержня

в =(d/A)^4

А= 0,507•((S'•ap•kp)/(f•up•Bc2•kc2))0,25

A=0,507• ((1333.33 •0,05•0,95)/(50•7,45•1,52•0.8532))0,25=0,288

в = (0.38/0.288)^4=3.03

Средний диаметр обмоток НН и ВН

dl2= a•d

dl2= 1,44•0,38= 0,55 м.

Ориентировочная высота обмоток

l = р• dl2/ в

l= 3.14•0,55/3 = 0,58 м.

Активное сечение стержня По таб. 8-2 выбираю 1019.6 см2

Напряжение одного витка предварительно

uв ==4.44•f • Bc• Пс

uв = 4,44•50•1,5•556,2•10-4 = 19,1 В.

4. Расчет обмотки НН

Число витков в обмотке НН

w2=U2/uв

w2 = 5000/34.95 = 143

Уточнение напряжения одного витка

uв= U2/ w2

uв= 5000/143 = 34,97 В.

Уточнение индукцию в стержне

Вс = uв/(4,44 • f •Пс)

Вс = 19,1 /(4,44•50•983,9•10-4)=1.6 Тл

Средняя плотность тока в обмотках

Jcp= 0.746•kд•Рк•uв/(S•d12) •104

Jcp= 0.746•0.95• 33500•34,97/(4000•0,355)•104= 3,61 А/мм2

Полученное значение плотности тока Jср необходимо сверить с данными табл. 3, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей тока для масляных трансформаторов. Сверка рассчитанного значения Jср с данными таблицы имеет целью избежать грубых ошибок в расчете.

Таблица 3

Средняя плотность тока в обмотках, , для современных

масляных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ

Мощность трансформатора, кВА	25-40	63-630	1000-6300	10000- 16000	25000- 80000
Медь	1,8 - 2,2	2,2 - 3,5	2,2 - 3,5	2,0 - 3,5	2,0 - 3,5
Алюминий	1,1 - 1,8	1,2 - 2,5	1,5 - 2,6	1,5 - 2,7	-

По табл. 5.8 при напряжении 3.6 кВ и токе 957 А выбрали цилиндрическую двухслойную обмотку из прямоугольного провода. Размер радиального канала предварительно hк = 5 мм.

до 100 кВА	6 реек;
от 100 до 630 кВА	8 реек;
от 1000 до 1600 кВА	8 - 12 реек;
от 2500 до 10000 кВА	12 - 16 реек;

Число реек по окружности 12.

Ориентировочное сечение витка, мм2,

(П'в)нн =Iф2/ Jcp

(П'в)нн = 206,559/3,61 = 57,22 мм2.

По сечению витка по табл. 5.2 выбираем четыре параллельных провода

сечением 58,3 мм2.

МПБ изоляция 0,5 мм на две стороны.

Плотность тока в обмотке НН

J2 = Iф2/П2

J2 = 206,559/58,3= 3,54 А/мм2.

Осевой размер обмотки, м,

l2= hв2(wсл+1)+(0,005ч0,015)

l2= 0,0205 • (20+1)+0,005= 0,44 м.

Внутренний диаметр обмотки, м,

D'2 = d + 4•a01 •10-3

D'2 = 0,38 +4•17,5•10-3=0,415 м.

Наружный диаметр обмотки, м,

D''2 = D'2+ 2а2

D''2 = 0,499+ 2•0,031 = 0,56 м.

Средний диаметр

Dср2 = (D'2+ D''2 )/2

Dср2 = (0,415 + 0,56)/2 = 0,488 м.

G=28c Dcp w П *10^-6

ВН:G=1902 кг

НН:G=1224 кг

5. Расчет обмотки ВН

Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

wн1= w2•(Uф1 / Uф2)

wн1= 18•(8660,254/5000) = 31,2

принимаю wн1=32

Трансформатор снабжен устройством ПБВ на стороне ВН.

Диапазон регулирования 10%

Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков w1=wн1+2wр или w1=wн1-2wр является числом витков на один стержень.

Осевой размер обмотки ВН l1 принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l2 =0.48м.

Плотность тока, А/м2, в обмотке ВН предварительно определяется по формуле

J1= 2•JCP - J2

J1= 2•3,43 •106 - 3,54•106 = 3,1•106 А/м2.

Сечение витка обмотки ВН, мм2

(П'в)вн =Iф1/ (J2•10-6)

(П'в)вн = 206,599/ 3,54= 58,36 мм2

По таблице 5,8 -- выбрали цилиндрическую двухслойную из прямоугольного провода (S= 630 кBA; I1= 121,2 A; Uн1=1000 B; П'1 =125 мм2)

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

П”1 =(П'в)вн/ n в1 = 106 /2 =53 -- сечение одного провода, мм2.

По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается два параллельных одинаковых провода с размерами провода без изоляции a и b, мм.

a = 7 b = 18

Полученная плотность тока, А/м2,

J1 = IФ1/П1

J1= 153,96 /43,1=3,57 А/м2.

Число витков в слое

wcл1= l1/ П” 1 где l1 в мм

wcл1= 395/54= 4,1

Число слоев в обмотке

nсл1 = w1/ wcл1

nсл1 = 80/ 7,5= 10,6=11

( nсл1округляется до ближайшего большего числа).

Рабочее напряжение двух слоев, В,

Uмсл= 2•wcл1 •uв.

Uмсл= 2•7,5• 12,2= 183 В.

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями § 4.5 выбираются число слоев и общая толщина дмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки ( n• дмсл =5•0,12 мм).

Минимальная ширина масляного канала между катушками а22 =0.4 см выбирается по табл. 9.2а.

Радиальный размер обмотки, м: две катушки без экрана

а1 = n* b + дмсл (n-1) + a11 мм

а1 =5*4,5+0.12•4+10=35 мм

Внутренний диаметр обмотки м,

D'1 = D”2 + 2a12= 0,499 м.

Наружный диаметр обмотки

D”1 = D'1 +2*а1

D”1 = 0,7 + 2*35*10-3 =0.459 м.

Средний диаметр

Dср1 = (D'1+ D''1 )/2

Dср1 = (0,499+0,459)/2 = 0,479 м.

Расчет токов короткого замыкания

Потери в обмотке НН:

PкНН = Kп · дНН2 · GНН = 2,40 · 3,542 · 1224 · 1.09 = 40126 Вт,

где Кп - коэффициент потерь для медного провода из табл. 5.1[1];

дНН, а/мм2 - плотность тока обмотки низкого напряжения;

GНН, кг - вес провода обмотки низкого напряжения.

Потери в обмотке ВН:

PкВН = Kп · дВН2 · GВН = 2,40 · 3,572 · 1902 · 1.09 = 63414 Вт,

Длина проводов отводов для НН

Lотв1 = 14L = 7,4 м

Длина проводов отводов для ВН

Lотв1 = 7,5L = 3,7 м

Масса провода

Gотв1 = 8900 Lотв1 Ппр110-8 =1902 кг

Gотв2 = 8900 Lотв2 Ппр210-8 = 1224 кг

Потери короткого замыкания:

Pк = (PкНН + PкВН) · K= 113894 Вт.

Активное напряжение короткого замыкания

Ua=Pk/10S=2.85%

Реактивное напряжение короткого замыкания

Up=2.64*f*S*в*a*k/u^2=4.63%

Напряжение короткого замыкания рассчитанное

=4.93 %

Отклонение напряжения короткого замыкания

меньше 5%

6. Список литературы

трансформатор обмотка ток провод

Тихомиров П.М. «Расчет трансформаторов»; Москва, 1986

Гончарук А.И. «Расчет и конструирование трансформаторов»; Москва, Энергоиздат, 1990

1. Размещено на www.allbest.ru