Курсовой проект 2 страница. Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно:

Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно:

,

.

Здесь b_ПР – размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм; т – число проводников в осевом направлении обмотки; l – высота обмотки, м; k_P = 0,95 – коэффициент приведения поля рассеяния; т – число проводников в осевом направлении обмотки.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН,

,

.

Здесь коэффициент для проводов прямоугольного сечения из алюминия
k = 0,037; а_ПР – размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении обмотки, мм; n – число проводников в радиальном направлении обмотки.

Общая длина отводов, м, для соединения обмоток в:

«треугольник» ,

«звезду» .

Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг:

,

.

Здесь длина отводов l_ОТВ в м; сечение П_ОТВ в мм; плотность материала обмоток g = 2700 кг/м³ для алюминия.

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

,

.

Здесь k = 12,75 для алюминиевых проводов обмоток; плотности тока J ₁ и J ₂ в обмотках НН и ВН в А/мм²; масса отводов G_{ОТВ 1} и С_{ОТВ 2} в кг.

Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт,

,

Полные потери короткого замыкания, Вт,

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент,

где l – наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

d ₁₂ – средний диаметр канала между обмотками, м,

.

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

,

где а ₁₂ – ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

а ₁, а ₂– радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток,

В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки располо­жены в середине высоты обмотки ВН

,

Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

Здесь размеры l_x и а_р в мм; m = 3; l ₁ – высота обмотки НН, м. k_q находится в пределах от 1,01 до 1,06.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

Напряжение короткого замыкания, %,

Значение и_к, не отличается от и_к в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.

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

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

,

.

В результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем обмоток (полем рассеяния) возникают электромагнитные силы, оказывающие механическое действие на обмотки.

В начальный момент короткого замыкания токи значительно превышают установившиеся значения за счет апериодической составляющей. Поэтому механические силы в обмотках в несколько раз превышают силы при установившемся токе короткого замыкания.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

,

,

где k_M – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, Н,

Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, образует механические силы F_OC ^/ (рисунок 4.1), сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу F_OC ^/, Н, определяют по формуле

.

Взаимное положение обтекаемых током частей обмоток	Случай F^//oc >F^/oc
Обмотка 1	Обмотка 2

Рисунок 4.1 – Схемы сжимающих осевых сил для различных случаев взаимного положения обтекаемых током частей обмоток.

Дополнительная осевая сила F ^//_OC, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

где D ^//₂, – наружный диаметр обмотки ВН в м;

d_H – нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S ₅ – расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке F_сж и действующее на ярмо силы F_я

,

,

,

,

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

,

.

Здесь п – число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 12; а – радиальный размер обмотки, мм; b – ширина опорной прокладки, 50 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать σ_СЖ.Р в алюминиевых более 15 МПа.

Температура обмотки через t_К секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

.

Здесь t_K – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k – коэффициент, равный 5,5 для алюминиевых проводов обмоток; и_К – напряжение короткого замыкания, %; J – плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм²; θ_H – начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °С. θ_K ≤ 200 °С для алюминиевого провода обмоток.

5 Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

Таблица 5.1 – Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнито-проводов с прессовкой стержней расклиниванием с внутренней обмоткой (при
d < 0,22 м) или бандажами из стеклоленты. Обозначения: d – диаметр стержня, а_Я – ширина крайнего наружного пакета ярма; n_C и n_Я – число ступеней в сечениях стержня и ярма, k_KP – коэффициент заполнения круга для стержней

d,м

Без прессующей пластины

Ярмо

Размеры пакетов a × b, мм, в стержне

nC

kKP

nЯ

aЯ

0,29

0,927

280×37

260×27

235×21

210×15

180×13

165×6

145×6

115×8

Таблица 5.2 – Площади сечения стержня П_ФС, ярма П_ФЯ и объем угла V_У шихтованной магнитной системы без прессующей пластины

d, м	Без прессующей пластины
ПФС, см^2	ПФЯ, см^2	VУ, см^3
0,29	612,4	622,8

Активное сечение стержня П_С и ярма П_Я, м²,

,

.

Здесь площади сечений П_ФС и П_ФЯ в см² по таблице 5.2; k_З – коэффициент заполнения сталью (k_З = 0,95).

Длина стержня трансформатора, м,

.

Здесь l ₂ – высота обмотки ВН, м; l₀^/, l₀^// – расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

Расстояние между осями соседних стержней, м,

.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,

,

где V_У – объем угла магнитной системы, см;

g_УТ = 7650 кг/м³ – плотность трансформаторной стали.

Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг,

,

где С – расстояние между осями стержней, м; П_Я – сечение ярма в м.

Масса стали стержней, кг,

Здесь П_С – активное сечение стержня, м; плотность трансформаторной стали g_СТ = 7650 кг/м³; длина стержня l_C в м; а _{1 Я} – ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а _{1 С} .

Полная масса магнитной системы трансформатора, кг,

.

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,35.

Магнитная индукция в стержне В_С и ярме В_Я,

,

.

Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт,

Здесь коэффициенты k_ПУ = 8,58 и k_ПД = 1,01; удельные потери в стержне р_С и ярме р_Я [Вт/кг];массы стержней G_С, ярм G_Я и угла G_У магнитопровода в кг.

Полученное значение потерь холостого хода Р_Х не превышает заданного более чем на 3,9%.

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Активная составляющая тока холостого хода, %,

.

Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:

1 k^/_ТД – коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. Для сталей марок 3404 с отжигом k^/_ТД = 1,55.

2 k^//_ТД – коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ·А
k^//_ТД = 1,07.

3 k_ТУ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы k_ТУ = 27,95.

4 k_ТПЛ – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а₂, k_ТПЛ = 2.

Полная намагничивающая мощность, кВ·А,

Здесь G_C, G_Я, G_У – массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг;
q_C, q_Я – удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; n_ЗПР = 0, п_ЗКОС = 6 – число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней;

Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора, м², в стыке

,

индукция в стыке, Тл,

.

Реактивная составляющая тока холостого хода, %,

.

Полный ток холостого хода, %,

.

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.,

,

6 Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С,

,

.

Здесь q – плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; δ – толщина изоляции провода на одну сторону, мм; λ_ИЗ – теплопроводность изоляции провода, λ_ИЗ = 0,17 Вт/(м·°С).

Средний внутренний перепад температуры обмотки, °С,

,

Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами, °С,

,

Здесь k ₁ – коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k ₁ = 1,1 для обмоток НН и k ₁ = 1,0 для обмоток ВН;
k ₂ – коэффициент, учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла, °С,

,

.

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.

Рисунок 6.1 – Основные размеры бака, мм

S ₁ – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S ₂от этого отвода до стенки бака, S ₁ = 50 мм;

d ₁ – диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 35 кВ включительно, d ₁ = 20 мм при мощностях до 10000 кВ·А;

S ₃ – изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S ₃ = 50 мм;

d ₂ – диаметр изолированного отвода обмотки НН, мм, равный d ₁при напряжении обмотки НН 3,15 кВ и более, или размер неизолированного отвода НН (шины), d ₂ = 20 мм;

S ₄ – изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, S ₄ = 50 мм;

S ₅ – принимают равным S ₃ при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S ₅ = S ₃ + d ₂ + S ₄, S ₅ = 120 мм.

Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6, 10 и 35 кВ (рисунок 6.1), м,

где D ₂ ^// – наружный диаметр обмотки ВН в м;

С – расстояние между осями стержней в м;

S ₁, S ₂, S ₃, S ₄, S ₅, d ₁, d ₂ – размеры по рисунку 6.1 в мм.

Высота активной части трансформатора, м,

.

Здесь l_C – высота стержня магнитопровода, м; h_Я – высота ярма магнитной системы, равная ширине центрального пакета стали ярма а _{1 Я} , в м; n – толщина подкладки под нижнее ярмо, в мм (п = 30–50 мм).

Глубину бака, м, определяют по высоте активной части Н_АЧ и расстоянию Н_ЯК от верхнего ярма до крышки бака (рисунок 6.1),

.

Здесь Н_АЧ – высота активной части трансформатора м; Н_ЯК – минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, необходимое для установки и крепления вводов, переключателя регулирования напряжения, Н_ЯК = 0,85 м.

Поверхность излучения для овального бака приближенно, м²,

Здесь А, В, Н – размеры бака по рисунку 6.1, м; k – коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 1,5 – 2,0 – для бака с навесными радиаторами.

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом должно быть не более, °С,

,

где θ_ОМСР – большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Среднее превышение температуры бака над воздухом, °С,

.

Полученное значение удовлетворяет неравенству

°С, °С, 55,543 °С ≤ 60 °С.

Предварительное значение поверхности конвекции бака, м²,

.

6.2.1 Бак с навесными радиаторами

В трансформаторах мощностью от 2500 до 63000 кВ·А используют двойные трубчатые радиаторы из четырех рядов труб круглого сечения по 16 труб в ряду.

Таблица 6.2 – Основные данные трубчатого радиатора

Размер А,м	Поверхность ПКТР,м^2	Масса, кг
стали	масла
Двойной радиатор
1,8	5,613	73,94

П_КК = 0,34 м² – поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с ₁ и с ₂ соответственно 0,085 и 0,1 м.

При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства

, ,

Определив размер А,выбираем радиатор по таблице 6.2 и определяем поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки, м²

,

где k_Ф – коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной, гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами (рисунок 6.2) k_Ф =1,26.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора, м²,

,

где П_K^/ – необходимая поверхность конвекции, м²;

П_КГЛ – поверхность конвекции гладкого бака, м²,

Здесь А, В, Н – размеры бака (рисунок 6.1), м, ПКР – поверхность крышки бака, м²; 0,5 – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.

Поверхность крышки, овального бака, м,

.

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов,

.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами, м²,

.

Поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м²,

6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, °С,

,

Дата добавления: 2015-08-31