Расчет силового трансформатора

В зоне стыка для стержня и ярма, А/см²

В зазоре, А/см²

1.52

q_С =2.1

q_{З С} =2.15

-

1.49

q_Я =1,92

q_{З Я} =1,87

-

1.078

-

-

q_{З СТ} =0.098

Полная намагничивающая мощность магнитной системы:

Q_Х= k_ТЯ k_ТШ k_ТП{k_ТЗ k_ТР [q_C G_C + q_Я(G'_Я - k_Ф G_У) +

+ G_У (k_КОС k'_ТУ + k_ПР k_ТУ)]+q n Пз}= 1.08 1.02 1.04{1.1 1.0 [2.1·560,8 + 2.15(471,26 - 4 44,77) +

+ 44,77 16,5]+0.098•4•1.41•328,9+2.15•1·328,9+1,87•2•334,8}= 1.0812•35597.87=6672,9,

где G_C, G'_Я, G_У - массы стали стержней и отдельных частей ярм, определяемых также, как при расчете потерь холостого хода, кг;

q_С и q_Я - удельные намагничивающие мощности для стержней и ярм, ВА/кг;

П_З - площадь зазора, определяемая также, как и при расчете потерь холостого хода, см²;

k_ТЯ - коэффициент, учитывающий форму ярма. При числе ступеней в ярме П_Я равном или близком к числу ступеней в стержне k_ТЯ = 1; при П_Я = 13 ступени k_ТЯ = 1,08;

k_ТШ - коэффициент, учитывающий расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при сборке. При мощности трансформатора до 25000 кВА k_ТШ = 1,02; при мощности от 25000 и выше k_ТШ = 1,031,05;

k_ТП - коэффициент, учитывающий влияние прессовки стержней и ярм при сборке остова. Для мощности до 630 кВА k_ТП = 1,04; для мощности от 1000 до 63000 кВА k_ТП = 1,061,1;

k_ТЗ - коэффициент, учитывающий срезку заусенцев. При отсутствии отжига k_ТЗ = 1,6; при отжиге k_ТЗ = 1,1;

k_ТР - коэффициент, учитывающий резку пластин. При отсутствии отжига этот коэффициент можно принять по таб. 8-9 1, при отжиге после резки пластин и закатки заусенцев k_ТР = 1,0;

k'_ТУ и k_ТУ - коэффициенты, учитывающие увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы соответственно при косом и прямом стыках, значения их можно взять по таб 8-10 1;

k_Ф - коэффициент, учитывающий число стержней. Для трехфазного трансформатора k_Ф = 4; для однофазного 2;

k_КОС - число углов магнитной систем с косым стыком;

k_ПГ - число углов с прямым стыком.

Выражение k_УТ = k_КОС k'_ТУ + k_ПР k'_ТУ может быть заранее рассчитано, например для стали Э 330 А значения этого коэффициента может быть найдено по табл. 8-12 1.

Необходимую суммарную мощность, обусловленную наличием зазоров в магнитной системе можно представить в виде трех слагаемых:

q₃ n₃ П₃ = q_{3 СТ} n₃ П₃ + q_3С n_3С П_С + q_3Я n_3Я П_Я ,

Ток холостого хода можно представить в виде активной и реактивной составляющих. Обычно определяют не абсолютное значение тока холостого хода и его составляющих, а их относительные значения по отношению к номинальному току трансформатора.

Активная составляющая тока холостого хода

% =1544,45/6300=0.26% .

Реактивная составляющая тока холостого хода

% =6672,9/6300=1,0592%.

Ток холостого хода:

=1,09%

Значение полученного тока холостого хода 1,09% отличается от заданного в задании к курсовому проектированию 1,5% на 0.4%.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия трансформатора при номинальной нагрузке

==0.985

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

При проектировании тепловой расчет производится для установившегося теплового режима при номинальной нагрузке.

Задача теплового режима заключается:

- В определении перепадов температур между обмотками и магнитной системой и маслом;

- В подборе конструкции и размеров бака и системы охлаждения;

- В проверочном расчете превышений температуры обмоток, магнитной системы и масла над окружающим воздухом.

6.1 Проверочный тепловой расчет обмотки _,

Плотность теплового потока на поверхности обмотки рассчитывается для винтовой обмотки из медного провода по формуле:

673 вт/м²

щ_k - число втков в катушке для винтовой одноходовой 1; k₃ -коэффициент закрытия поверхности - 075; а₁ - радиальный размер обмотки; k_д1 =1,043 - коэффициент добавочных потерь для обмотки НН; b? - высота витка

Полная охлаждаемая поверхность обмотки Вн:

П₀₁=cnkр(D₁?+ D₁?) l₁10^-4=3•2•0,87•3,14•(35,8+43,53)52,61•10^-4=6,83 м²

(рассчитана предварительно) k=0,87, для обмотки с каналом между цилиндром и обмоткой, но без радиальных каналов.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки рассчитывается для обмотки рассчитывается после определения потерь короткого замыкания по формуле:

вт/м²,

где П_э2 - основные электрические потери, рассчитанные в п.4.1.

k_д2 = 1,00568 - коэффициент добавочных потерь для обмотки ВН;

Внутренний перепад температур в изоляции одного провода

Для обмотки ВН.

= 702•0.025•10^-4/0.0017=1,032,

Для обмотки НН:

= 673•0.025•10^-4/0.0017=0,99,

где q - плотность теплового потока на поверхности обмотки, Вт/м²;

=0.025- толщина изоляции провода на одну сторону;

_ИЗ=0.0017 - теплопроводность бумажной пропитанной изоляции провода, в В/смС⁰, по таблице 9-1 1.

Перепады температур на поверхности каждой из обмоток (внешний перепад) определяются по следующей формуле (9-20, [1]):

, где:

k₁=1.0 - для естественного охлаждения,

k2=1.1 - для внутренней обмотки НН,

k3=0.85 - по таблице 9-3[1] для h_k/a₁=0.4/2.4=0.166

HH:

Для цилиндрических обмоток из прямоугольного или круглого провода при ширине осевых вертикальных каналов не менее, чем указано в таблице 9-2а, 9-2б, [1] для масляных трансформаторов с естественным охлаждением по формуле:

, где k=0,285

ВН:

Среднее превышение температуры каждой из обмоток над средней температурой масла определяется по формуле.

HH: =0.99є+16.27є=17.26є

ВН:

Тепловой расчет бака

По таблице 9-4 1 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с трубами. Определяем минимальные внутренние размеры бака по рис. 9-15,а. Минимальные внутренние размеры бака в плане определяются внешними габаритами активной части и минимально необходимыми изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака. Определение изоляционных промежутков следует производить в соответствии с указаниями главы 4 (таб. 4-1 и 4-2 1), учитывая производственные допуски в размерах частей трансформатора.

Минимальная длина бака равна

А = 2С+D₂"+2S₅ +S_к= 2•46+43,53+2•9=92+43,53+18+1=155,5 см,

Принимаем А=158 см

где С - расстояние между осями соседних стержней;

D₂" - внешний диаметр обмотки ВН;

S₅ - расстояние между обмоткой ВН и стенкой бака,

S_к - допуск на изготовление.

Расстояние S₅ =9см при испытательных напряжениях до 85 кВ может быть принято таким же, как и расстояние от неизолированного отвода до обмотки и определено по таблице 4-121.

Допуск на изготовление также принимается по таблице 4-121.

Минимальная ширина бака равна

B = D"+ = 43,53+4+4.2+2+2.5+1+9=59,73 см,

принимаем B=65 см при центральном положении активной части в баке,

где изоляционные расстояния:

=4 см - минимально допустимое расстояние от стенки бака до отвода ВН (по таблице 4-11 [1];

=4.2 см - минимально допустимое расстояние от отвода до прессующей балки ярма (по таблице 4-11 [1]);

=2,5 см - минимально допустимое расстояние от стенки бака до отвода НН (по таблице 4-11 [1]);

=9 см - минимально допустимое расстояние от отвода НН до обмотки ВН (по таблице 4-12 [1]);

d₁ =2см - толщина (диаметр отвода НН, отвод без покрытия);

d₂ =2 см - диаметр отвода ВН с покрытием (см. пример расчета п. 9-9).

Высота активной части может быть определена по формуле

Н_А.Ч. = l_C+2h_а + n =67,71+2•21,5+5=116

h_а=21,5 см ,

где n - толщина подкладки по нижнее ярмо n (3 5) см.

Общая глубина бака

Н_б = Н_А.Ч. + Н_Я.К.=116+85=201см,

Н_б=205 см принимаем из условия охлаждения.

Расстояние верхнего ярма трансформатора до крышки бака Н_Я.К. определяется по таблице 9-5 [1] исходя из класса напряжения (рабочему напряжению) обмотки ВН.

Н_Я.К.=85, в случае применения трехфазного переключателя, прикрепленного к крышке бака.

Внешняя поверхность стенок бака, труб, охладителей имеет среднее превышение температуры над окружающим воздухом. Оно определяется для данного бака тепловым потоком, отводимым с его охлаждаемой поверхности.

Среднее превышение средней температуры масла над омывающим его воздухом обмотки

=65-26,53=38,47⁰ С

В этой формуле следует взять большее из двух значений средних превышений температуры обмоток , подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Полученное среднее превышение может быть допущено, если превышение температуры масла в верхних слоях будет меньше 55 ⁰С, согласно ГОСТ

< 55 ⁰С .

Принимая предварительно перепад на внутренней поверхности стенки бака _М.Б.= 5 ⁰С и запас в 2 ⁰С, находим среднеепревышение температуры стенки бака над воздухом

=38,47-7=31,47⁰ С

Для выбранных размеров бака рассчитываем поверхность конвенции гладкой части бака овального сечения:

П_К.ГЛ. = =15,36м² .

Ориентировочная поверхность излучения бака трансформатора

П_И = П_К.ГЛ. k₁ =1,8•15,36=27,64м² ,

де k - коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака для бака с навесными радиаторами 1,5 - 2,0 принимаем 1,8

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для полученного значения Q_б.в.

П_К = = =315,64-30,95=284,69,

где Р_К и Р_Х - потери КЗ и Х.Х.

Для трансформаторов мощностью свыше 1600 кВА используют бак с навесными радиаторами. По таб. 9-9 [1] подбирают число и размеры одинарных или двойных трубчатых радиаторов.

При подборе размеров радиаторов следует учитывать, что минимальное расстояние от дна или от крышки бака до горизонтальной оси ближайшего патрубка радиатора (по рис. 9-13 [1]) должно быть не менее 17 см и, следовательно, размер А (расстояние между горизонтальными осями верхнего и нижнего патрубков) должен удовлетворять неравенству

А Н - 34 .

Для радиатора с прямыми трубами эти размеры принимают по рис.9-14 [1].

При размещении радиатора на баке следует оставлять необходимые минимальные промежутки между трубами соседних радиаторов.

Для трансформаторов мощностью от 6300 принимают бак с трубчатым радиатором. По таб. 9-7 [1] выбираем число рядов радиаторов по известной номинальной мощности трансформатора При выборе элементов трубчатого бака ориентируемся на рис. 9-12 [1].

Расстояние между осями патрубков по таблице 9- 9: 248,5см выбираем по условию Ар=Нб-34=283-34=249см, П_К.ТР.=29,1м², Gст=468 кг, Gм=341кг, поверхность коллектора двойного радиатора0,66м². Выбираем 7 охладителей с расстоянием между осями патрубков 248,5 см

Поверхность конвекции одного подвесного радиатора (по таб. 9-13 или 9-14 [1]):

П_Р = П_К.ТР. + П_К= 29,1+2х0,66=30,42 м² .

Для 1 охладителя поверхность конвекции без дутья(k_Ф =1,4): Пкохл=1,4(29,1+2х0,66)м²=30,42•1,4=42,588м²

Необходимое число радиаторов

m = =(284,69/42,588)=6,7 - выбираем7

Поверхность конвекции крышки бака :П_К.КР=[(220- 90)(90+20) +3,14(90 + +20)²/4]10^-4=2.4м²

Суммарная поверхность конвекции:

Пк=42,588•7+15,36+0,52,4=298,1+15,36+1,2=314,7м²

где k_Ф - находят по таблице 9-6 [1].

Определение массы трансформатора

Масса активной части трансформатора

G_А.Ч. 1,2(G_ОБ.НН.+ G_ОБ.ВН + G_ст.) =1,2(1812,54+4913,5)=8071кг ,

где G_СТ - масса стали сердечника;

G_ОБ.НН. - масса обмотки НН;

G_ОБ.ВН. - масса обмотки ВН.

Масса бака

G_Б = (П_К.ГЛ + 2П_К.КР) 10³ = (15,36+2•2,4)8•7850•10^-3=1300кг,

где П_К.ГЛ. - поверхность гладкой части бака;

П_К.КР - поверхность крышки бака;

- 8 мм - толщина стенки бака;

- плотность стали, равная 7850 кг/м³ .

Поверхность гладкой части бака

П_К.КР = .

Определяют массу охладителей по таб. 9-13 или 9-14 [1]: G_р=7468=3276 кг.

Определяют массу масла охладителей: G_р=7341=2387 кг=2,387т

Определяют массу масла

G_М = 1,05 [0,9(V_Б - V_А.Ч.) +G_М.ЭЛ] = 1,05[0,9(5,11- 1,467 +2,387]=5,95т,

где 1,05 - коэффициент, учитывающий массу масла в расширителе;

V_Б - объем бака;

V_Б = П^?_кр. Н_б=((220-90)90+3,14 90²/4) 283 10^-6=5,11м³

V_А.Ч. - объем активной части трансформатора;

V_А.Ч. = = 1,467м³.

Полную массу трансформатора находят как сумму масс всех его составляющих частей.

G_м+ G_р+ G_а.ч+ G_б=5,95+3,267+8,71+1,300=19,3тонны

Список использованных источников

1.Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов .М., Энергия. 1976г.

Размещено на Allbest.ru