Курсовой проект 1 страница

Трансформатор ТМ 2500/35

Пояснительная записка

Выполнил:

Проверил:

доцент

Встовский С.А.

ЗАДАНИЕ № 80 НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ТРАНСФОРМАТОРА

Выполнить расчет и конструктивную разработку трансформатора со следующими данными:

1 Тип трансформатора......................................................... ТМ 2500/35

2 Число фаз............................................................................................. 3

3 Частота......................................................................................... 50 Гц

4 Номинальная мощность...................................................... 2500 кВ·А

5 Номинальное напряжение обмотки ВН.................................. 35000 В

6 Номинальное напряжение обмотки НН................................... 3150 В

7 Схемы и группа соединения обмоток....................................... Y/∆-11

8 Система охлаждения - естественное масляное.

9 Режим работы - длительная нагрузка.

10 Установка наружная

Параметры трансформатора

1 Потери холостого хода........................................................... 3900 Вт

2 Потери короткого замыкания............................................... 23500 Вт

3 Напряжение короткого замыкания........................................... 6,50 %

4 Ток холостого хода..................................................................... 1,0 %

Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов: ГОСТ 11677-85; ГОСТ 12022-76; ГОСТ 11920-85.

Дополнительные условия

1 Сталь электротехническая марки 3404

2 Обмотка из алюминиевого провода

Содержание

Введение 4

1 Расчет основных электрических величин трансформатора 5

2 Расчет основных размеров трансформатора 6

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы 6

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки 7

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток 8

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток 8

3 Расчет обмоток НН и ВН 10

3.1 Расчет обмоток НН 11

3.1.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки 11

3.2 Расчет обмоток ВН 133

3.2.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки 14

4 Определение параметров короткого замыкания 17

4.1 Определение потерь короткого замыкания 17

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания 19

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании 20

5 Расчет магнитной системы трансформатора 23

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы 23

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора 25

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора 25

6 Тепловой расчет трансформатора 27

6.1 Тепловой расчет обмоток 27

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора 28

6.2.1 Бак с навесными радиаторами 30

6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла 31

Список использованных источников 33

Введение

К силовым трансформаторам предъявляют жесткие технико-экономические требования вследствие их особой роли в процессе передачи электроэнергии. Экономичность трансформаторов в эксплуатации определяется потерями мощности холостого хода и короткого замыкания, регламентированными ГОСТ. Заданные потери можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора; использовании современных магнитных, проводниковых и изоляционных материалов; грамотном выборе удельных нагрузок активных материалов.

В процессе проектирование трансформатора, выполнил электромагнитный и тепловой расчеты, разработал конструкцию по результатам расчета. Я ознакомился с методикой расчета, получил представление об основах инженерного проектирования силовых трансформаторов, изучил применяемые в трансформаторостроении материалы и их свойства. В процессе разработки конструкции, изучил систему охлаждения и очистки масла, приборов сигнализации, защиты и другие вспомогательные устройства масляных трансформаторов.

1 Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВ·А,

,

где S_H – номинальная полная мощность, кВ·А;

т – число фаз трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформа-тора, А,

,

,

где U_ВH, U_НH – номинальные линейные напряжение обмоток, кВ, S_H в кВ·А.

Фазные токи, А, напряжения, кВ, для обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в "треугольник",

, .

"звезду",

, ,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

,

где P_K – потери короткого замыкания, Вт;

S_H – номинальная полная мощность трансформатора, кВ·А.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания при заданном u_k, %,

.

Таблица 1.1 – Испытательные напряжения для силовых трансформаторов

Класс напряжения, кВ
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	40,5
Испытательное напряжение частотой 50 Гц Uисп, кВ	18,0	85,0

2 Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35 и коэффициентом заполнения стали k_З = 0,97.

План шихтовки магнитопровода указан на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Схема шихтовки магнитопровода

Рисунок 2.2 – Основные размеры трансформатора, мм

По таблице 2.1 определяем число ступеней и коэффициент заполнения сталью k_КР.

Таблица 2.1 – Диаметр, число ступеней и коэффициент заполнения стержня

Мощность трансформатора SH, кВ·А	Ориентировочный диаметр стержня d, м	Без прессующей пластины
Число ступеней	kКР
	0,28		0,929

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня,

.

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора, Тл,

В_С = 1,60.

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

Для обмотки трансформатора используем провод марки АПБ, изолированный лентами кабельной бумаги класса нагревостойкости А (105 ºС).

В соответствии с номинальной мощностью, напряжением и током одного стержня выбрали тип обмотки НН и ВН, написанного в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Тип и основные свойства обмоток

Сторона	НН	ВН
Тип обмотки	Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения	Непрерывная катушечная из провода прямоугольного сечения
Основные достоинства	Высокая электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение.	Высокая электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение.
Основные недостатки	Необходимость перекладки половины катушек при намотке.	Необходимость перекладки половины катушек при намотке.
Материал обмотки	Алюминий	Алюминий
Пределы	По мощности тран-ра SH, кВ·А	От 100	От 100
По току на стержень I, А	От 10-13 и выше	От 10-13 и выше
По напряжению U, кВ	От 3 до 220	От 3 до 220
По сечению витка П, мм^2	От 6,39 и выше	От 6,39 и выше
Число параллельных проводов	от
до	3-5	3-5

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

Рисунок 2.3 – Главная изоляция обмоток ВН и НН

Таблица 2.3 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение ВН Uисп, кВ	ВН от ярма, мм	Между ВН и НН, мм	Выступ цилиндра lЦ 2, мм	Между ВН и ВН, мм
l 02	δш	а 12	δ 12	а 22	δ 22

Таблица 2.4 – Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН

Мощность трансформатора SН, кВ·А	Испытательное напряжение НН Uисп, кВ	НН от ярма l 01, мм	НН от стержня, мм
δ 01	аЦ 1	а 01	lЦ 1
					17,5

Толщина нормальной витковой изоляции провода прямоугольного сечения марки АПБ при испытательном напряжении U_исп = 5 – 85 кВ 2 δ = 0,45 (0,5) мм.

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

.

Здесь а ₁₂ – изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН определяются по таблице 2.3 для испытательного напряжения обмотки ВН; второе слагаемое – суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН, мм,

,

где S ^/ – мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

k – коэффициент, принятый за 0,62,

.

Коэффициент β – отношение средней длины окружности канала между обмотками π · d ₁₂ к высоте обмотки l (рисунок 2.2),

.

Диаметр стержня предварительно, м,

.

Здесь S ^/ – мощность трансформатора на один стержень, кВ·А; а_P – ширина приведенного канала, мм; коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному k_P = 0,95; частота сети f = 50 Гц; и_P – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %; В_C – индукция в стержне, Тл; k_C – коэффициент заполнения сталью площади круга.

Ближайший нормализованный диаметр d_H = 0,29 м.

Определяем коэффициент β_H, соответствующий выбранному диаметру d_H,

.

β_H находится в допустимых пределах.

Средний диаметр канала между обмотками предварительно, м,

.

Здесь диаметр d_H в м; а ₀₁ и а ₀₂ – минимальные изоляционные промежутки (рисунок 2.3) по таблицам 2.4 и 2.3 соответственно в мм; радиальный размер обмотки НН (рисунок 2.3) предварительно, мм,

.

Здесь S ^/ в кВ·А; коэффициент k = 0,62; коэффициент k ₁ = 1,4.

Высота обмоток предварительно, м,

.

Активное сечение стержня (чистое сечение стали), м2,

.

3. Расчет обмоток НН и ВН

Электродвижущая сила одного витка, В,

.

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм²,

.

Здесь коэффициент С ₁ = 0,463 для обмоток из алюминиевого провода; k_Д – коэффициент, учитывающий добавочные потери (0,93); Р_K – потери короткого замыкания, Вт; и_В – напряжение одного, В; S_H – номинальная мощность трансформатора, кВ·А; d ₁₂ в м;

Значение J_CP= 1,922 находится в пределах 1,5 – 2,6 А/мм2.

Ориентировочное сечение витка обмотки, мм²,

,

3.1 Расчет обмоток НН

Число витков одной фазы обмотки НН,

.

Здесь U_{Ф 1} – номинальное фазное напряжение обмотки НН, В; f – частота напряжения сети, равная 50 Гц; B_C – индукция в стержне в Тл; П_C – площадь сечения стержня в м².

Полученное значение w ₁ округляют до ближайшего целого числа, находят напряжение (ЭДС) одного витка, В,

,

и действительную индукцию в стержне, Тл,

.

3.1.1 Расчет непрерывной катушечной обмотки

По ориентировочному сечению витка П ₁ и сортаменту провода выбираем провод подходящего сечения или три одинаковых параллельных провода. Размер провода b, мм, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения, мм,

.

где k_З – коэффициент закрытия поверхности, примерно равный 1,0; q – предельная плотность теплового потока не более 1600 Вт/м²; k – числовой коэффициент; J_ср – плотность тока в обмотке, А/мм.

Размеры провода, мм,

АПБ .

Полное сечение витка из n_{B 1} параллельных проводов, мм²,

,

где П_ПР – сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке НН, А/мм²,

.

Высота катушки в этой обмотке, мм,

.

Число катушек на одном стержне для обмотки с каналами между всеми катушками ориентировочно

.

Здесь осевой размер (высота) канала h_K = 4 мм; Значение n_{кат 1} округляют до целого числа.

Число витков в катушке

Высота (осевой размер) l ₁, м, обмотки: с каналами между всеми катушками

Здесь b^/ – размер провода в изоляции, мм; коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 0,95.

Высота l ₁ обмотки НН не отличается более чем на 5% от предварительно рассчитанной величины l.

Радиальный размер обмотки, мм,

.

Здесь а^/ – размер провода в изоляции, мм; w_{кат 1} – число витков катушки (В), дополненное до ближайшего целого числа; n_{в 1} – число параллельных проводов в витке.

Внутренний диаметр обмотки, м,

,

где d_Н – нормализованный диаметр стержня в м;

а ₀₁ – ширина канала между обмоткой и стержнем в мм.

Наружный диаметр обмотки, м,

Поверхность охлаждения, м², определяют по формуле

Плотность теплового потока, Вт/м²,

.

Полученное значение не превышает 1100 Вт/м.

3.2 Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

Число витков ВН при номинальном напряжении,

.

Число витков на одной ступени регулирования,

.

Предварительно плотность тока в обмотке ВН, А/мм²,

.

Сечение витка обмотки ВН, мм²,

.

3.2.1 Расчет непрерывно катушечной обмотки

Рисунок 3.2 – Устройство обмоток из провода прямоугольного сечения

По ориентировочному сечению витка П ₂ и сортаменту провода выбирают провод подходящего сечения или два одинаковых параллельных провода. Размер провода b, мм, по условиям охлаждения и допустимому уровню добавочных потерь не должен превышать значения, мм,

.

k_З – коэффициент закрытия поверхности, примерно равный 1,0; q – предельная плотность теплового потока не более 1600 Вт/м²; k – числовой коэффициент;
k = 17,2 для алюминиевого провода; J₂ – плотность тока в обмотке, А/мм.

Размеры провода, мм,

АПБ .

Полное сечение витка из n_{B 1} параллельных проводов, мм²,

,

где П_ПР – сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке НН, А/мм²,

.

Высота катушки в этой обмотке, мм,

.

Число катушек на одном стержне для сдвоенных катушек с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками

.

Здесь осевой размер (высота) канала h_K = 4 мм; толщина заменяющих канал шайб δ_ш = 2,0 мм. Значение n_{кат 2} округляют до ближайшего четного числа.

Число витков в катушке

.

В данном случае w_р ≥ w_кат, то число регулировочных катушек 8, а число витков в каждой из них принимаем равным 0,5∙ w_р.

Реальное число витков в основных катушках обмотки (типа В)

.

Высота (осевой размер) l ₁, м, обмотки: с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками

Здесь b^/ – размер провода в изоляции, мм; коэффициент, учитывающий усадку обмотки после сушки и опрессовки k = 0,95; h_кр – высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных катушек, равная 8, 10, 12 мм для обмоток классов напряжения 6, 10, 35 (20) кВ; толщина шайб δ_ш = 2,0 мм.

Высота l ₂ ВН не отличается более чем на 5 мм от рассчитанной величины l ₁.

Радиальный размер обмотки, мм,

.

Здесь а^/ – размер провода в изоляции, мм; w_{осн 2}– число витков катушки (В), дополненное до ближайшего целого числа; n_{в 2} – число параллельных проводов в витке.

Внутренний диаметр обмотки, м,

.

Здесь D^// – наружный диаметр обмотки НН в м; а ₁₂ – минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН, мм.

Наружный диаметр обмотки, м, без экрана,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м², обмотки,

.

Здесь коэффициент k = 17,2; J ₂ – реальная плотность тока в обмотке ВН в А/мм²; I_{Ф 2} – фазный ток обмотки ВН в А; w_осн – число витков в основных катушках; k_Д – коэффициент, учитывающий добавочные потери (k_Д = 1,05); k_З – коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (k_З =0,75); b' – размер провода в изоляции в мм; а ₂ – радиальный размер обмотки в мм.

Полученное значение q не превышает 1100 Вт/м².

4 Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр, м, обмоток НН и ВН соответственно:

,

.

Масса металла, кг, обмоток НН и ВН соответственно:

,

,

где k = 25,4 для алюминиевого провода.

Основные потери, Вт, в обмотках НН и ВН соответственно:

,

,

где k = 12,75 для алюминиевого провода.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

Полная масса металла обмоток трансформатора, кг,

.

Дата добавления: 2015-08-31