Расчет основных параметров трансформатора распределительных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет основных параметров трансформатора распределительных сетей

Задание

Произвести ориентировочный расчёт основных параметров трехфазного двухобмоточного силового трансформатора, отвечающего заданным техническим условиям.

Магнитная система трансформатора плоская, с двумя прямыми и шестью косыми стыками.

Таблица 1 - Технические условия

Заданная величина	Обозначение величины	Значение величины
Низшее напряжение (НН), кВ	U1	6,0
Высшее напряжение (ВН), кВ	U2	35
Мощность, кВ•А	Sн	250
Напряжение короткого замыкания, %	Uк	6,5
Потери короткого замыкания, Вт	Pк	3700
Потери холостого хода, Вт	P0	960
Ток холостого хода, %	i	2,3

Дополнительные требования: материал обмоток - медь (Cu); группа соединения - Д/Y-5.

Выполнить эскизный чертёж трансформатора по расчетным размерам на листе формата А1 с указанием габаритных размеров.

Примечания.

1. Напряжение в задании указано линейное.

2. Потери и ток холостого хода (х. х.) приведены для ориентировочной оценки полученных в ходе расчета величин.

3. В обозначениях группы соединения на первом месте всегда указывается схема соединения обмоток высшего напряжения, а на втором - низкого напряжения, независимо от нумерации обмоток.

4. Приняты следующие условные обозначения схем соединения обмоток: Y - звезда, Д - треугольник.

Реферат

Цель данной курсовой работы заключается в развитии навыков решения реальных инженерных задач, связанных с выбором оптимального варианта и рациональной конструкции проектируемого трансформатора.

Объект исследования - трёхфазный трансформатор ТМ-1000/35.

В ходе достижения поставленной цели был произведён расчёт трансформатора ТМ-1000/35 путём выполнения следующих задач:

1) произведён выбор материала обмоток, типов обмоток, типа магнитной системы;

2) выполнен конструктивный расчёт обмоток, расчёт напряжения короткого замыкания, потерь х.х и к.з.;

3) сделан тепловой расчёт, в ходе которого уточняются температуры масла и обмоток при работе трансформатора; определяется необходимая поверхность охлаждения и количество навесных радиаторов;

выполнен эскизный чертёж трансформатора.

Введение

силовой трансформатор обмотка тепловой

Основная задача выполнения курсовой работы заключается в закреплении теоретических знаний, развитии навыков решения реальных инженерных задач, связанных с выбором оптимального варианта и рациональной конструкции проектируемого трансформатора. При проектировании трансформатора должно быть обеспечено соответствие действующим стандартам, а также современным требованиям к электрической и механической прочности, нагревостойкости обмоток, экономичности работы трансформатора. Задача построения трансформатора, отвечающего приведённым требованиям, наиболее простого и дешевого в производстве, может быть решена путём рационального выбора конструкции, размеров и материала его отдельных частей, правильного выбора его основных электромагнитных нагрузок: индукции в стержнях трансформатора и плотности тока в его обмотках.

Таким образом, расчёт трансформатора тесно связан с его конструированием. Поэтому, прежде чем приступить к работе вообще и расчёту какого-либо узла в частности, следует подробно познакомиться с современными требованиями и тенденциями в этой области, достоинствами и недостатками того или иного решения.

1. Предварительный расчет основных размеров

1.1 Выбор марки стали, индукции в стержне и конструкции магнитной системы

Общий коэффициент заполнения активной сталью фактической площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры стержня:

,(1.1)

где k_з=0,955 - коэффициент заполнения пакета;

k_кр=0,9205 - коэффициент круга.

.

Для расчетов трансформатора примем сталь марки 3404 с толщиной листа 0,35 мм, с индукцией в стержне В_с=1,575 Тл.

Конструкция плоской магнитной системы с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рисунок 1).

Рисунок 1 - Конструкция плоской магнитной системы

1.2 Расчет основных электрических величин

Расчет обмоток производится по фазным напряжениям и токам, которые определяются по схеме соединения соответствующей обмотки.

Номинальный линейный ток при любой схеме соединения, А:

,(1.2)

где S_н - номинальная мощность по заданию, кВ•А;

U_н - номинальное линейное напряжение по заданию, кВ;

i - номер обмотки.

А;

А.

Фазный ток при соединении Y, А:

,(1.3)

А.

Фазный ток при соединении Д, А:

,(1.4)

А.

Фазное напряжение при соединении Y, кВ:

,(1.5)

кВ.

Фазное напряжение при соединении Д, А:

,(1.6)

кВ.

Активная составляющая напряжения к. з., %:

, (1.7)

где P_к - потери к. з. по заданию, Вт.

%

Реактивная составляющая, %:

,(1.8)

где u_к - напряжение к. з. по заданию, %.

%

1.3 Расчет основных размеров

Для обеспечения достаточной электрической прочности трансформатора необходимо найти минимальные допустимые расстояния (промежутки) между элементами обмоток и заземленными деталями конструкции. К таким промежуткам относятся (рисунок 2) расстояния: от стержня до обмотки НН (а₀₁); между обмотками НН и ВН одной фазы (а₁₂); между обмотками ВН соседних фаз (а₂₂), от обмотки ВН до ярма магнитопровода (l₀₂).



Рисунок 2 - Изоляционные расстояния

Эти расстояния определяются рабочими и испытательными напряжениями соответствующей обмотки. В данной курсовой работе принято:

а₀₁ =15 мм;а₁₂ = 24 мм;

а₂₂ = 30 мм;l₀₂ = 75 мм.

Одним из основных критериев, определяющих технико-экономические показатели трансформатора, является соотношение между средней длиной витка и высотой обмоток:

,(1.9)

где d₁₂ - средний диаметр канала между обмотками ВН и НН;

l - высота обмотки.

Для заданного ряда мощностей и класса напряжения этот диапазон составляет для медных обмоток - 1,8-2,4. Примем в' = 2,1.

Условимся в дальнейшем все величины, носящие предварительный ориентировочный характер и подлежащие уточнению в ходе дальнейшего расчета, обозначать верхним штрихом. Так, например, ширина приведенного канала магнитного рассеяния может быть найдена только после конструктивного расчета обмоток, ориентировочное ее значение определяется по формуле, мм:

, (1.10)

где К - коэффициент, определяемый мощностью трансформатора и классом напряжения, принимаем для медных обмоток равным 5,1.

мм.

Ориентировочный диаметр стержня (диаметр окружности, описанной около ступенчатой фигуры стержня), мм:

,(1.11)

где в' - предварительное значение, принятое ранее;

a'_p - ширина канала рассеяния, рассчитывается по формуле (1.10), мм;

k_p - коэффициент приведения поля рассеяния к прямоугольной форме (коэффициент Роговского), в предварительном расчете можно принять k_p=0,95;

f - частота питающей сети, Гц;

B'_c - принятая индукция в стержне, Тл.

мм.

Принимаем диаметр стержня d_c = 170 мм.

По принятому нормализованному диаметру пересчитываем параметр в:

,(1.12)

.

Предварительный средний диаметр витка, мм:

,(1.13)

мм.

Ориентировочная высота обмотки, мм:

,(1.14)

мм.

Так как предварительные расчеты показали, что при l^' = 302,326 мм напряжение короткого замыкания u_к при расчетах получается намного выше заданного, то искусственно увеличим высоту обмотки и примем l^' = 390 мм.

По принятому нормализованному диаметру стержня находим активное сечение стали стержня, мм²:

,(1.15)

мм².

Напряжение на один виток (ЭДС витка), В/виток:

,(1.16)

В/виток.

Ориентировочное значение средней плотности тока в обмотках, А/мм²:

,(1.17)

где k_j - коэффициент материала, для медных обмоток k_j=6,75;

U'_в - напряжение на виток, рассчитываемое по формуле (1.16), В;

d'₁₂ - средний диаметр витка, рассчитывается по формуле (1.13), мм.

А/мм².

Плотность тока J_ср лежит в заданном диапазоне 2,2-3,5 А/мм² для медных обмоток.

2. Расчет обмоток трансформатора

2.1 Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН определяем по её фазовому напряжению и напряжению на один виток:

,(2.1)

где Uф1 - фазное напряжение, В.

.

После этого уточняются напряжение на один виток, В/виток:

,(2.2)

и индукция в стержне, Тл:

, (2.3)

которые используются во всех дальнейших расчетах.

В/виток,

Тл.

Ориентировочное сечение витка, мм²:

,(2.4)

мм².

Таблица 4 - Обоснование выбора типа обмотки НН многослойной цилиндрической из круглого провода

Параметр	Необходимое (требуемое) значение	Расчетное значение
Uф1, кВ	до 35	3,464
Iф1, А	до 100	24,056
П1, мм2	до 50	8,215

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого провода марки:

.

Уточненное сечение витка П₁ = 7,88 мм².

Уточненная плотность тока в проводниках обмотки НН, А/мм²:

,(2.5)

А/мм².

Рисунок 3 - Эскиз витка обмотки НН

2.2 Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода для обмотки НН

Число витков в слое:

,(2.6)

где l₁ - уточненная высота обмотки, мм;

d' - диаметр изолированного проводника, мм;

n_е - число параллельных проводников в витке.

.

Число слоев обмотки:

,(2.7)

.

Рабочее напряжение между двумя соседними слоями, В:

, (2.8)

В.

По найденному напряжению выбирается толщина междуслойной изоляции. Число слоев бумаги 3Ч0,12 мм, а суммарная толщина изоляции _м.сл=0,36 мм.

Радиальный размер (толщина) обмотки одной катушки, мм:

,(2.9)

где a'₁₁ - ширина канала между катушками, равна 4 мм.

мм.

Внутренний и наружный диаметры обмотки при использовании ее на стороне НН определяются по формулам (2.10) и (2.11) соответственно:

,(2.10)

,(2.11)

мм,

мм.

Поверхность охлаждения находится по формуле, м²:

.(2.12)

Коэффициенты n и k в формуле (2.12) определяются конструкцией обмотки: для двух катушек с осевым охлаждающим каналом - =2, =0,8.

м².

Рисунок 4 - Эскиз многослойной цилиндрической обмотки НН из круглого провода

Размещено на Allbest.ru