Проект трёхфазного масляного трансформатора - Курсовая работа

6.2 Коэффициент полезного действия трансформатораМощность одной фазы и одного стержня [1]: Номинальные (линейные) токи на сторонах: где I2 - ток в обмотке высокого напряжения; Обмотка НН при напряжении 132,791 В и токе А цилиндрическая двухслойная из прямоугольного медного провода. Для испытательного напряжения обмотки ВН UИСП = 35 КВ находим изоляционные расстояния: a’12 = 0,009 м - промежуток между обмотками НН и ВН; l02 = 0,03 м - расстояние от обмотки ВН до верхнего и нижнего ярм; a’22 =0,01 м - расстояние между обмотками ВН соседних стержней; для UИСП = 5 КВ находим a’01 = 4 мм - расстояние между стержнем и обмоткой НН. где a1 - радиальный размер обмотки НН, м; Приведенный канал рассеяния, м: Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %: Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания: Согласно указаниям выбираем трехфазную стержневую плоскую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям к.з.Уточненное напряжение одного витка: Действительная индукция в стержне: Средняя плотность тока в обмотках: Сечение витка ориентировочно: При мощности 250 КВ·А, току на один стержень 627,5 A, номинальному напряжению обмотки 132,79 В и сечению витка 185,5 мм2 выбираем конструкцию цилиндрической однослойной обмотки из прямоугольного провода. Число витков в одном слое: Ориентировочный размер витка: В таблице нет подходящего значения, поэтому, чтобы уменьшить ориентировочное сечение витка, наматываем на ребро 4 параллельные ветви. мм ммЧисло витков при номинальном напряжении: принимаем ?н2 = 783,. Напряжении на одной ступени регулирования обмотки ВН, В, Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмоток ВН в звезду: Ступени регулирования напряжения заносим в таблицу 2. Плотность тока в обмотке ВН, ориентировочно: Ориентировочное сечение витка обмотки ВН: Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из медного круглого провода (S = 250 КВ·А; I = 14,43 А; U = 5773,5 В; П’2 = 4,267 мм2). По сортаменту медного обмоточного провода выбираем провод марки ПБ диаметром 2,36 мм сечением 4,375 мм2, с толщиной изоляции на две стороны 2d = 0,4 мм. Полученная плотность тока: Число витков в слое: принимаем ?сл2 = 107.Средний диаметр обмотки НН: Масса металла обмотки НН: Основные потери обмотки НН: Средний диаметр обмотки ВН: Масса металла обмотки ВН: Основные потери обмотки ВН: Коэффициент ?1, для провода прямоугольного сечения обмотки НН: где a - размер проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния, м; m = 72 - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; Коэффициент ?2, для провода круглого сечения обмотки ВН: Добавочные потери в обмотке ВН: Плотность теплового потока на поверхности обмотки НН: Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН: Длина отводов обмоток НН и ВН: Масса отводов НН: где Потв1 = П1 - площадь сечения отвода НН, м2;Активная составляющая напряжения короткого замыкания: Средний диаметр канала между обмотками, м: Уточнение конструкционного коэффициента ? : Ширина приведенного канала рассеяния по (1.7): Находим коэффициент ?: Находим коэффициент кр, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля (коэффициент Роговского): Принимаем коэффициент , так как обмотки ВН равна высоте обмотке НН.Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН: где Sk = 500 МВ?А - мощность короткого замыкания электрической сети, Ін = I1 - номинальный ток в обмотке ВН, Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания: где при up / ua = 1,99; то kmax?v2 = 1,75; Радиальная сила: Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН: Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН: т.е. Осевые силы: Осевые силы действуют на обе обмотки по рисунку 1.Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной анизотропной рулонной стали марки 3404 0,35 мм по рисунку 2. Сечение стержня представлено на рисунке 3 и сечение ярма на рисунке 4. Принимаем конструкцию плоской трехфазной шихтованной магнитной системы с четырьмя косыми и тремя прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержня - путем забивания деревянных стержней и палок между стержнем и обмоткой НН. Размеры пакетов в сечения стержня и ярма заносим в таблицу 3.Индукция в стержне: Индукция в ярме: (4.13) Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма. Площадь сечения стержня на косом стыке: (4.15) где Пкос - площадь сечения стержня на косом стыке, Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм: при Вс = 1,64 Тл рс = 1,411 Вт / кг рз.с = 1044 Вт / м2; Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжиго

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ изменения параметров трансформатора с изменением ?

1.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

2. Расчет обмоток

2.1 Расчет обмотки НН

2.2 Расчет обмотки ВН

3. Расчет параметров короткого замыкания

3.1 Расчет потерь короткого замыкания

3.2 Расчет напряжений короткого замыкания

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

4. Расчет магнитной системы

4.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

4.2 Расчет потерь холостого хода

4.3 Расчет тока холостого хода

5. Тепловой расчет трансформатора

5.1 Тепловой расчет обмоток

5.2 Тепловой расчет бака

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11000, 13800, 15750, 18 000 или 20000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500КВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10КВ (в городах и промышленных объектах) или до 35КВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127В. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины - 12,24 или 36В.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т.е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т.е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к.п.д.), значение которого составляет от 95 до 99.5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к.п.д.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э.д.с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800-1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).

Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы - для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели - для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.

Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.

Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. При нагревании масло начинает циркулировать и отдает тепло стенкам бака, а от последних тепло рассеивается в окружающем воздухе.