Расчет силового трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА НИКОЛАЯ II»

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Кафедра «Электроэнергетика транспорта»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Расчет силового трансформатора»

по дисциплине: «Электрические машины и электропривод»

студента очной формы обучения

Москва 2016



Содержание

Введение

1. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

2. Определение основных размеров трансформатора

3. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения

4. Определение параметров короткого замыкания

5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение параметров холостого хода

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

7. Определение массы масла и объема расширителя для масла



Введение

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов большинства электрических сетей. Передача электроэнергии на значительные расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях неоднократного трансформирования в повышающих и понижающих трансформаторах.

Коэффициент полезного действия трансформатора очень велик и для большинства составляет 98-99%. Однако необходимость многократной трансформации энергии и установки в сетях трансформаторов с общей мощностью, в несколько раз превышающей мощность генераторов, приводит к тому, что общие потери энергии во всем парке трансформаторов достигают существенных значений.

Ввиду вышеуказанного расчет потерь короткого замыкания и холостого хода требует особой тщательности и точности.

Уменьшение потерь холостого хода достигается путем все более широкого применения холоднокатной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы.

Уменьшение потерь короткого замыкания достигается повышением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВА.

В качестве основных критериев экономичной работы трансформаторов служат уровни потерь короткого замыкания и холостого хода, уровни тока холостого хода и напряжения короткого замыкания, масса трансформатора, отнесенная к единице мощности и т.д.

Для обеспечения экономичности работы электрических сетей и надлежащего качества энергии, отпускаемой потребителем, т.е. для поддержания постоянства напряжения возникает необходимость в расширении авыпуска трансформаторов с регулируемым напряжением под нагрузкой (РПН).Современными стандартами предусмотрен выпуск всех понижающих трансформаторов и автотрансформаторов классов 110, 150, 220, 330 и 500 кВ, а также части трансформаторов класса напряжения 35 кВ мощностью от 10000 до 63000 кВА с регулированием напряжения под нагрузкой.

Трансформаторы классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью от 63 до 6300 кВА также могут иметь устройства РПН, однако, они выпускаются с переключением без возбуждения (ПБВ).

Процесс проектирования силового трехфазного трансформатора неразрывно связан с расчетом нагрузок его элементов.

Настоящие методические указания содержат пример расчета трансформатора, составленный по книге П. М. Тихомирова (издание пятое, 1986г).

Задание

Тип трансформатора	ТМ - 60/6.3
Номинальная мощность, кВА	60
Число фаз	3
Частота, Гц	50
Напряжение на стороне ВН, кВ	6.3
Напряжение на стороне НН, кВ	0.4
Схема соединения обмоток	Y/?
Способ охлаждения	Естественное, масляное
Напряжение короткого замыкания, %	Uк = 2.9
Потери короткого замыкания, Вт	Pк = 1300
Ток холостого хода, %	I0 = 3.1
Потери холостого хода, Вт	P0 = 210
Коэффициент	2.2



1. Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

Мощность одной фазы

S_ф = = = 20 кВА

Мощность на один стержень

S' = = = 20 кВА

Номинальные линейные токи

На стороне ВН

I₂ = = = 5.5 A

На стороне НН

I₁ = = = 86.6 A

Фазные токи

На стороне ВН (соединение Y)

I_2ф = I_2л = 5.5 A

На стороне НН (соединение ?)

I_1ф = = = 50 A

Фазные напряжения

Сторона ВН

U_2Ф = = = 3637 В

Сторона НН

U_1ф = U_1л = 400 В

Испытательное напряжение из табл. 4.1

U_исп2 = 25 кВ ; U_исп1 = 5 кВ

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

U_ка = = = 2.167 %

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

U_p = = = 1.9 %

2. Определение основных размеров трансформатора

Диаметр стержня трансформатора

d' = 0.507 , где

S' = 20 кВА

Из задания

Канал рассеяния

a_P = a₁₂ + = 0.009 + 0.013 = 0.022 м

где a₁₂ = 0.009 - размер канала между обмотками ВН и НН по табл. 4.5,

а₁ - радиальный размер обмотки НН,

а₂ - радиальный размер обмотки ВН,

= K 10^-2 = 0.63 10^-2 = 0.013 м,

K = 0.63 из табл. 3.3

K_p = 0.95 - коэффициент Роговского

f = 50 Гц

U_p = 1.9 %

B_c = 1.55 T - индукция в стержне по табл. 2.4. для стали 3404 толщиной пластин 0.35 мм

K_c = K_кр K_з = 0.91 0.97 = 0.883 - коэффициент заполнения стержня сталью, где K_кр по табл. 2.5. для 6 ступеней, K_з по табл. 2.2.

Тогда

d' = 0.507 = 0.136 м

Выбираем стандартный стержень, учитывая, что для диаметров стержней силовых трансформаторов принят стандарт, который содержит определенные нормализованные диаметры

D_ст = 0.13 м (в дальнейшем обозначение d)

Так как полученный диаметр стержня d' не соответствует нормализованной шкале диаметров, то определяют значение , соответствующее нормализованному (стандартному) диаметру d_ст.

= = 2.2 = 1.8

Средний диаметр канала между обмотками d₁₂ может быть принят предварительно согласно формуле

d'₁₂ = d + 2 a₀₁ + 2 a₁ + a₁₂

или d'₁₂ = a d,

где a = 1.36 из табл. 3.4. для P_к по ГОСТ для медных обмоток.

Тогда

d'₁₂ = 1.36 d = 1.36 0.13 = 0.177 м

Осевая длина обмотки

l = = = 0.3 м

Активное сечение стержня, т.е. чистое сечение стали по формуле

П_с = К_с = 0.883 = 0.012 м² ,

где К_с = 0.883

Электродвижущая сила одного витка

U_В1 = 4.44 f B_c П_с = 4.44 50 1.55 0.0117 = 4 В

3. Расчет обмоток низкого и высокого напряжения

Тип обмоток НН (низкого напряжения) и ВН (высокого напряжения) выбирается по табл. 5.8.

Обмотка НН - цилиндрическая многослойная из круглого провода

Обмотка ВН - цилиндрическая многослойная из круглого провода

Обмотка низкого напряжения НН

Число витков обмотки

W₁ = = = 100 вит

Уточненное значение U_B1 = = 4 В/вит

Уточняем значение индукции в стержне

B_c = = = 1.54 T

Значение В_с приходиться уточнять в том случае, если W₁ является нецелым числом.

При пересчете U_В1 = 4.44 f B_c П_с = 4.44 50 1.54 0.012 = 4 В

Для определения средней плотности тока (А/м²) в обмотках, обеспечивающих получение заданных потерь короткого замыкания, воспользуемся формулой для медных обмоток

J_cp = 0.746 K_д 10⁴ = 0.746 0.97 10⁴ = 3.57 10⁶ A/м² ,

где S - полная мощность трансформатора, кВА,

K_д = 0.97 - учитывает наличие добавочных потерь в обмотках, потери в отводах, стенках бака и других металлических конструкциях, от гистерезиса и вихревых токов, от воздействия поля рассеяния по табл. 3.6.

Ориентировочное сечение витка

П`₁ = = = 14 мм²

По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов по табл. 5.1. выбирается провод подходящего сечения.

Подобные размеры провода записываются следующим образом

Марка провода n_B1 ,

где n_B1 - число параллельных проводов, мм,

d₁ - диаметр провода без изоляции, мм,

d`₁ - диаметр провода изоляции, мм.

Выбираем провод ПБ по ближайшему большему сечению витка по отношению к расчетному П`₁ = 14 мм². Ближайшее сечение равно 14.2 мм².

Полное сечение витка П₁ = 14.2 мм², так как виток состоит из одного провода (n_B1 = 1).

Уточняем плотность тока

J₁ = = = 3.5 10⁶ мм²

Число витков в слое

W_сл1 = - 1 = - 1 = 40.2 вит

Принимаем W_сл1 = 41 вит

Число слоев в обмотке

n_сл1 = = = 2.4

Принимаем n_сл1 = 3

Рабочее напряжение двух слоев

U_мсл1 = 2 W_сл1 U_B1 = 2 41 4 = 331 B

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7. выбирается число слоев и общая толщина д_мсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.

Для U_мсл1 < 1000B д_мсл1 = 2 0.12 = 0.24 мм

Выбираем выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки l_н1 = 10 мм.

В большинстве случаев по условиям охлаждения обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними.

В случае использования цилиндрической многослойной обмотки из круглого провода на стороне НН число слоев внутренней и наружной катушек принимается равным.

Минимальная ширина масляного канала между катушками a₁₁` выбирается по табл. 9.2.

a₁₁` = 5.5 мм для l = 0.3 м

Радиальный размер обмотки, состоящей из двух катушек без экрана по формуле 6.42.

a₁ = [d₁` • n<sub>сл1</sub> + д<sub>мсл1</sub> • (n<sub>сл1</sub> - 1) + a<sub>11</sub>`] • 10^-3 =

= [7.58 • 3 + 0.24 (3 - 1) + 5.5] 10^-3 = 0.024 м

l₁ = l = 0.3 м

Внутренний диаметр обмотки

D₁` = d + 2 • a₀₁ • 10^-3 = 0.13 + 2 • 4 • 10^-3 = 0.138 м

Ширина канала между стержнем и обмоткой НН a₀₁ определяется по табл. 4.4.

a₀₁ = 4 мм для U_исп1 = 5 кВ

Наружный диаметр обмотки

D₁`` = D₁` + 2 • a₁ = 0.138 + 2 0.029 = 0.187 м



Полная поверхность охлаждения (формулы 6.15)

П₀₁ = 2 • C • K_з • р • (D₁` + D₁``) • l₁ =

= 2 • 3 • 0.75 • 3.14 • (0.138 + 0.196 ) • 0.3 = 1.4 м²

где С = 3 - число активных (несущих обмоток) стержней,

K_з = 0.75 - учитывает закрытые части обмотки рейками.

Обмотка высокого напряжения ВН

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении

W_2H = W₁ • = 100 • = 909.33 вит = 910 вит

Число витков на одной ступени регулирования

W_p = = = 22.55 вит

Принимаем W_p = 23 вит.

Число витков обмотки ВН на ответвлениях

Верхняя ступень W_2H + 2 • W_p = 910 + 2 • 23 = 956 вит

Средняя ступень W_2H + W_p = 910 + 23 = 933 вит

Номинальная ступень W_2H = 910 вит

Средняя ступень W_2H - W_p = 910 - 23 = 887 вит

Нижняя ступень W_2H - 2 • W_p = 910 - 2 • 23 = 864 вит

Плотность тока

J₂ = 2 • J_cp - J₁ = 2 • 3.48 • 10⁶ - 3.14 • 10⁶ = 3.6 • 10⁶ A/м²

Ориентировочное сечение витка

П₂` = = = 1.5 мм²

По табл. 5.1. выбираем провод

ПБ Ч 1 Ч сечением П₂ = 1.51 мм²

Уточняем ЭДС одного витка

U_B1 = = 4 В/вит

Число витков в слое

W_сл2 = = = 167.8 вит,

Принимаем W_сл2 = 168 вит,

здесь l₂ = l₁ = l = 0.3 м

Число слоев в обмотке

n_сл2 = = = 5.7

принимаем n_сл2 = 6

Рабочее напряжение двух слоев

U_мсл2 = 2 • W_сл2 • U_B = 2 • 168 • 4 = 1353 B

Толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки

д_мсл2 = 3 • 0.12 = 0.36 мм

Обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3 - 1/5 общего числа слоев обмотки.

4. Определение параметров короткого замыкания

Потери короткого замыкания

Масса меди обмотки НН

M_м1 = 28 • C • D_1cp • W₁ • П₀₁ • 10^-3 = 28 • 3 • 0.162 • 100 • 14.2 • 10^-3 = 19 кг

где

D_1cp = = = 0.162 м

Масса меди обмотки ВН

M_м2 = 28 • C • D_2cp • W₂ • П₂ • 10^-3 = 28 • 3 • 0.224 • 865 • 1.44 • 10^-3 = 24 кг

где

D_2cp = = = 0.22 м

D`₂ = D``₁ + 2 • a₁₂ = 0.196 + 2 • 0.009 = 0.204 м

D``₂ = D`₂ + 2 • a₂ = 0.204 + 2 • 0.016 = 0.236 м

a₂ = (0.013 • 3) - a₁ = 0.016 м

Основные потери в обмотке НН

P_k1ocн = 2.4 • J₁² • M_м1 • 10^-12 = 2.4 • 12.25 • 10¹² • 19 • 10^-12 = 574.6 Вт



Основные потери в обмотке ВН

P_k2ocн = 2.4 • J₂² • M_м2 • 10^-12 = 2.4 • 14.6 • 10¹² • 24 • 10^-12 = 765.5 Вт

В силовых трансформаторах общего назначения основные потери в обмотках составляют до 0.95 потерь короткого замыкания.

Обозначив P_kp/P_ocн = K_ДК, получим P_kp = P_осн • K_ДК, где K_ДК учитывает добавочные потери в обмотках от вихревых токов, вызванных собственным магнитным полем рассеяния обмоток, электрические потери в стенках бака и может быть принят в пределах 1.03…1.05. Принимаем K_ДК = 1.04.

Тогда суммарные расчетные потери короткого замыкания

P_kp = K_ДК • (P_k1ocн + P_k2ocн) = 1.04 • (574.6 + 765.5) = 1392 Вт

Ошибка, % = • 100 = 7 %

Напряжение короткого замыкания

Активная составляющая короткого замыкания

u_a = = = 2.3 %

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

u_p = • 100% = = 2 %

где

в = = = 2

d₁₂ = d + 2 • a₀₁ + 2 • a₁ + a₁₂ = 0.13 + 2 • 0.004 + 2 • 0.029 + 0.009 = 0.195 м

a₀₁ = 0.004 м из табл. 4.4. a₁₂ = 0.009 м из табл. 4.5.

P_kp = 854.6 Вт

a_p = 0.022 м

K_p = 1 - у = 1 - 0.05 = 0.95

у = = = = 0.05

Напряжение короткого замыкания

U_кp = = = 3 %

Ошибка, %

• 100% = 3.5 %

5. Окончательный расчет магнитной системы

Определение параметров холостого хода.

Определение параметров магнитной системы.

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы.

Стержни магнитной системы прессуются обмоткой без бандажей. Ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. 8.3. для стержня диаметром 0.13 м без прессующей пластины. Число ступеней в сечении стержня - 6, в сечении ярма - 5. К_кр = 0.918.

Размеры пакетов (ширина пластины а, толщина пакетов b, мм) для магнитных систем без прессующей пластины, с прессовкой стержня, обмоткой без бандажей, определяются по табл. 8.2.

Для d_H = 0.13 м из табл. 8.6.(364) имеем

П_фс = 121.9 см² = 0.01219 м²

П_фя = 124.9 см² = 0.01249 м²

V_у = 1299 см³ = 0.001299 м³

Активное сечение стержня

трансформатор напряжение обмотка магнитный

П_с = К_з • П_фс = 0.97 • 0.01219 = 0.012 м²

где К_з = 0.97.

Активное сечение ярма

П_я = К_з • П_фя = 0.97 • 0.01249 = 0.012 м²

Объем стали угла магнитной системы

V_у.ст = К_з • V_у = 0.97 • 0.001299 = 0.001 м²

Длина стержня

l_c = l + (l₀` + l₀``) • 10 ^-3 = 0.3 + 2 • 0.02 = 0.3 м

где l₀` и l<sub>0</sub>`` - расстояния от обмотки до верхнего и нижнего ярма, определенные по табл. 4.5. Обычно l<sub>0</sub>` = l₀`` = l<sub>02</sub>. Выбор производится для обмотки ВН. l<sub>0</sub>` = l<sub>0</sub>`` = 20 мм = 0.02 м.

Расстояние между осями стержня

C = D₂`` + a₂₂ = 0.236 + 0.008 = 0.244 м

где a₂₂ = 8 мм = 0.008 м - канал между обмотками ВН двух соседних стержней по табл. 4.5,

Высота магнитопровода

l_мп = l_c + 2 • l₀₂ = 0.342 м

Длина ярма магнитопровода

l_я = 2 • C + d = 0.618 м

Масса ярм.

Масса стали угла магнитной системы

M_у = V_у.ст • г_ст = 0.0013 • 7650 = 9.64 кг

где г_ст = 7650 кг/м³ - удельная масса стали.

Масса стали ярм

M_я = М_я` + М_я`` + М_у = 119.4 кг

Где по формуле 8.8

М_я` = 2 • (с - 1) • С • П_я • г_ст = 2 • (3 - 1) • 0.244 • 0.012 • 7650 = 90.5 кг

с = 3 - число активных (несущих обмотки) стержней,

С = 0.242 м

М_я`` = 4 • = 4 • = 19.3 кг

Масса стержней

M_c = M_c` + M_c`` = 87 кг

Определение М_с`

М_с` = 3 • l_c • П_с • г_ст = 3 • 0.3 • 0.012 • 7650 = 82 кг,

где l_c = 0.3 м.

Определение массы стали в местах стыка пакетов стержня и ярма

М_с`` = 3 • (П_с • а_1я ? г_ст - М_у) = 3 • (0.012 • 0.125 • 7650 - 9.64) = 5 кг

Определяется из табл. 8.2. по высоте ярма а_1я = 0.125 м.

Общая масса стали

М_ст = М_я + М_с = 119 + 96 = 206.4 кг

Расчет потерь холостого хода

Уточненная индукция в стержне

B_c = = = 1.53 T

Уточненная индукция в ярме

B_я = = = 1.5 T

B_кос = = = 1.1 T

Площадь сечения стержня на косом стыке П_кос определяется по формуле

П_кос = • П_с = 1.41 • 0.0118 = 0.017 м²

Удельные потери для стали стержней, ярма и стыков

B_c = 1.53 Тл

при

p_c = 0.944 Вт/кг p_зс = 892 Вт/м²

B_я = 1.5 Тл

при

p_я = 0.89 Вт/кг p_зя = 850 Вт/м²

при B_кос = 1.1 Тл p_зкос = 430 Вт/м²

Определение потерь холостого хода

P_x = К_пд • р_с • (М_с + 0.5 • К_пу • М_у) + К_пд • р_я • (М_я - 6 • М_у + 0.5 • К_пу • М_у) = 1.12 • 0.944 • (87 + 0.5 • 10.18 • 9.64) + 1.12 • 0.89 • (119.4 - 6 • 9.64 + 0.5 • 10.18 • 9.64) = 254 ВАр

где К_пд = 1.12, при многоступенчатом сечении ярма,

Ошибка, % = 100% = 21 %

Расчет тока холостого хода

Находим удельные магнитные мощности

при B_c = 1.53 Тл q_c = 1.16 ВАр/кг q_зс = 22000 ВАр/м²

при B_я = 1.5 Тл q_я = 1.075 ВАр/кг q_зя = 20000 ВАр/м²

при В_кос = 1.1 Тл q_кос = 2500 ВАр/м²

Намагничивающая мощность холостого хода

Q_x = q_c • M_c + q_я • М_я + 4 • П_кос • q_зкос + 2 • П_я • q_зя + П_с • q_зс = 1.16 • 87 + 1.075 • 119.4 + 4 • 0.017 • 2500 + 2 • 0.012 • 20000 + 0.012 • 22000 =

= 1141 ВАр

Активная составляющая тока холостого хода



I_оа = = = 0.423 %

Реактивная составляющая холостого хода

I_op = = = 1.9 %

Ток холостого хода

I₀ = = = 2

Ошибка, % = 100% = 35 %

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

Поверочный тепловой расчет обмоток

Тепловой поток в обмотке НН

q₁ = = = 432 Вт/м²

Тепловой поток в обмотке ВН

q₂ = = = 327 Вт/м²

П_о2 = 2 • С • К_з • р • (D₂` + D₂``) • l₂ = 2.4 м²

Определение полного внутреннего перепада температуры в обмотках.

Полный внутренний перепад температуры в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов, определяется по формуле

о_о = ,

где а - радиальный размер обмотки, м; р - потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объема обмотки, Вт/м²; для медного провода р_м определяется по формуле

p_м = 1.68 ,

где d, d`, выражены в м, J подставляется в А/м²,

- средняя теплопроводность обмотки, Вт/м С°, приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и междуслойной изоляции по всему объему обмотки.

=

Теплопроводность междуслойной изоляции определяется по табл. 9.1.

Средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции

= ,



где б = ; - теплопроводность материала изоляции витков, определяемая по табл. 9.1

Определение о_о для обмотки НН

о_о1 = = = 6.74 C° ,

где

p₁ = 1.68 • = 1.68 • = 67800 Вт/м²

л = = = 0.285 Вт/м С°,

б₁ = = = 0.725 м

= = = 0.28 Вт/мС°

a₁` = n<sub>сл1</sub>` d`<sub>1</sub> + д<sub>мсл1</sub> (n<sub>сл1</sub>` - 1) = 0.015 м

n_сл1` = 0.5 • n_сл1 = 1.5 = 2

Определение о_о для обмотки ВН

о_о2 = = = 1.47 C° ,

где

p₂ = 1.68 • = 1.68 • = 111500 Вт/м²

л = = = 0.454 Вт/м С°,

б₂ = = = 0.286 м

= = = 0.355 Вт/мС°

a`<sub>2</sub> = n<sub>сл2</sub>` • d₂` + д<sub>мсл2</sub> • (n<sub>сл2</sub>` - 1) = 0.006 м

n_сл2` = 0.5 • n_сл2 = 3

Определение перепада температуры поверхности обмотки о_ом

о_ом = 0.35 • q^0.6

Обмотка НН

о_ом1 = 0.35 • q₁^0.6 = 0.35 • 42^0.6 = 13.3 C°

Обмотка ВН

о_ом2 = 0.35 • q₂^0.6 = 0.35 • 327^0.6 = 11.3 C°

Определение среднего превышения температуры обмоток над температурой масла

о_мср = о_оср + о_ом

Обмотка НН

о_мср1 = о_оср1 + о_ом1 = + o_ом1 = 17.8 C°

Обмотка ВН

о_мср2 = о_оср2 + о_ом2 = + o_ом2 = 12.3 C°

Расчет системы охлаждения

Выбираем конструкцию овального бака в виде волн

Минимальная ширина бака по формуле 9.22

B = D₂`` + S₁ + S₂ + d₁` + S<sub>3</sub> + S<sub>4</sub> + d<sub>2</sub>` = 0.345 м

S₁ = S₂ = 0.025 м,

S₃ = S₄ = 0.025 м,

d₁` = 0.00733 - диаметр стержня отвода, принимается равным диаметру провода изоляции,

d₂` = 0.0018 - диаметр стержня отвода, принимается равным диаметру провода изоляции,

D₂`` = 0.236 - внешний диаметр обмотки ВН.

Минимальная длина бака

A = 2 • C + D₂`` + 2 • S₅ = 2 • 0.244 + 0.236 + 2 • 0.052 = 0.83 м,

где C = 0.244 м

S₅ = S₃ + d₂` + S₄ = 0.052 м

Общая глубина бака

H_б = H_ач + Н_як = 0.59 + 0.16 = 0.75 м,

где высота активной части

Н_ач = l_c + 2 • h_я + n • 10^-3 = 0.3 + 2 • 0.125 + 40 • 10^-3 = 0.59 м,

l_c = 0.3 м,

h_я = 0.125 м (п. 5.3.2),

n = 40 мм - толщина подкладки под нижнее ярмо (n = 30…50 мм),

Н_як = 0.16 м - расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака. Выбрано по табл. 9.5. по рабочему напряжению обмотки ВН.

Определение повышений температуры обмоток и масла над воздухом.

Допустимое среднее превышение температуры масла над окружающим воздухом



о_мв = 65 - о_мср = 65 - 17.8 = 47.2 C°

Значение о_мср выбирается максимальное из пунктов 6.1.5.1. и 6.1.5.2.

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом

о_бв = о_мв - о_мб = 47.2 - 5.5 = 41.7 C°

где о_мб = 5 - принятое значение перепада температуры между маслом и стенкой бака (о_мб = 5...6 C°).

Полученное значение должно удовлетворять неравенству

у ? (о_бв + о_мб) < 60 С°

где у = 1.2

1.2 • (41.7 + 5) = 56 < 60 C°

Поверхность конвекции волнистых стенок бака

П_кв = m • l_в • К_в • Н_в = 59 • 0.426 • 0.66 • 0.65 = 10.7 м²

где С = 10 мм - принято из диапазона C= 10…30 мм,

= 2.5, a = 2.5 • C = 2.5 • 10 = 25 мм,

b = 200 мм - принято из диапазона b = 200…300 мм,

д = 0.8 - принято из диапазона д = 0.8…1.0 мм,

Число волн:

m = = = 58.5

принимаем m = 59 волн

Шаг волны:

t_в = a + c = 25 + 10 = 35 мм = 0.035 м,

Длина волны:

l_в = [2 • (b - c) + (t_в - 2 • c) + р • c] • 10^-3 = [2 • (200 - 10) + (35 - 2 • 10) + 3.14 • 10] • 10^-3 = 0.426 м ,

коэффициент, учитывающий затруднение конвекции воздуха в воздушных каналах волн

К_в = 1 - = 1 - = 0.66

б = = = 8

высота волнистой стенки на 0.1 м меньше Н_б

Н_в = Н_б - 0.1 = 0.75 - 0.1 = 0.65 м

Полная поверхность излучения бака

П_и = П_ив + П_р + 0.5 • П_кр = 2.5 м²

где поверхность излучения стенки бака

П_ив = [2 • (A - B) + р • (B + 2 • b • 10^-3)] • H_в = 2.15 м²

Поверхность верхней рамы бака

П_р = 0.1 • t_в • m = 0.205 м²

Поверхность крышки бака

П_кр = B ? (A - B) + р ? = 0.26 м²



Полная поверхность конвекции бака

П_к = П_кв + П_р + 0.5 • П_кр = 11 м²

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой воздуха

о_бв = = 22 C°

Среднее превышение температуры масла над температурой стенки бака

о_мб = 0.165 • = 3.4 C°

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха

о_мвв = 1.2 • (о_мб + о_бв) = 30 C° < 60 C°

Превышение температуры обмоток над воздухом

Обмотка НН

о_ов1 = + о_ом1 + о_мб + о_бв = 43 C° < 65 C°

Обмотка ВН

о_ов2 = + о_ом2 + о_мб + о_бв = 37.5 C° < 65 C°

7. Определение массы масла и объема расширителя для масла

Внутренний объем бака

V_б = A • B • H = 8.3 • 3.4 • 7.5 = 212 дм³

Объем выемной части

V_в = = = 54.5 дм³,

где = 5.5 кг/дм³ - принятое значение среднего удельного веса выемной части,

М_м = M_м1 + М_м2 = 19 + 24 = 43 кг

Объем масла

V_м = V_б - V_в = 157 дм³

Масса масла

М_м = 0.9 • V_м = 141.4 кг

Объем расширителя

V_p = 0.1 • V_м = 15.7 дм³

Диаметр расширителя

d_p = = = 24 см

где l_p = B = 34.5 см

d = 0.13 м, a₀₁ = 0.004 м, a₁ = 0.024 м, a₁₂ = 0.009 м, a₂ = 0.016 м,

D`1 = 0.138 м, D``1 = 0.186 м, D`2 = 0.204 м, D``2 = 0.236 м, l₁ = 0.3 м,

l_c = 0.3 м, l_мп = 0.342 м, l_я = 0.618 м, l₀ = 0.02 м

Размещено на Allbest.ru