Расчет трехфазного трансформатора

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Саратовский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет трехфазного  трансформатора

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   Студент гр. ЭПП-42з

                                                                                  Сунна А.А.

                                                                                       Руководитель:

                                                                                  Угаров Г. Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

 

 

ЗАДАНИЕ

Рассчитать трехфазный двухобмоточный трансформатор с  естественным масляным охлаждением:

• полная мощность трансформатора S=630 кВА;
• число фаз m=3;
• частота тока в сети f=50 Гц;
• номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН)

                 U_1Н=6 кВ;

• номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения (НН)

U_2Н=3,15 кВ;

• ток холостого хода i₀=1,4%;
• потери холостого хода Р_х=2 кВт;
• напряжение короткого замыкания U_к=5,5%;
• потери короткого замыкания Р_к=11,6 кВт;
• способ регулирования напряжения, число ступеней и пределы регулирования – ПБВ 2х2,5% (переключение без возбуждения на стороне ВН, т.е. ручным переключением, 2 ступени каждая по 2,5%);
• схема и группа соединения обмоток – Y/Δ-11;
• режим работы и способ охлаждения – длительный, естественный, масляный;
• характер установки – внутренний (внутри помещения);
• материал сердечника (магнитопровода) и обмоток – холоднокатаная анизотропная легированная сталь 3411, медь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1.1 Определение линейных  и фазных токов и напряжения обмоток

ВН и НН                                                                                                                            4

1.2 Определение испытательных  напряжений обмоток                                              4

1.3 Определение активной и реактивной  составляющих напряжения короткого 

Замыкания                                                                                                                        4

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ  ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Выбор схемы и  конструкции магнитной системы                                                 5

2.2 Выбор марки и  толщины листов стали и вида  изоляции пластин.

Выбор индукции в магнитной  системе                                                                         5

2.3 Предварительный расчет  трансформатора и выбор соотношения  основных 

параметров                                                                                                                       5

2.4 Определение диаметра  стержня и высоты обмотки                                              6

2.5 Предварительный выбор  конструкции обмоток                                                    7

2.6 Выбор конструкции  и размеров основных изоляционных промежутков

главной изоляции обмоток                                                                                             8

3 РАСЧЕТ ОБМОТОК

3.1 Расчет обмотки НН                                                                                                  10

3.2 Расчет обмотки ВН                                                                                                  11

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1 Определение потерь  короткого замыкания                                                           13

4.2 Определение напряжения  короткого замыкания                                                  14

5 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

5.1 Определение размеров пакетов  и активных сечений стержня  и ярма               15

5.2 Определение массы стали                                                                                       16

5.3 Определение потерь холостого хода                                                                     16

5.4 Определение тока холостого  хода                                                                         17

6 АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ   ПОКАЗАТЕЛЕЙ                       18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ                         19

 

 

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ

1.1 Определение линейных  и фазных токов и напряжения обмоток  ВН и НН

Номинальные (линейные) токи:

, где S- в кВА, U- в кВ.

ВН  А;

НН  А.

Фазные токи при схеме соединения Y/Δ:

 А;  А.

Фазные напряжения:

ВН  кВ;

НН  кВ.

Мощность одной фазы и обмоток одного стержня:

 кВА;

 кВА.

1.2 Определение испытательных  напряжений обмоток

По табл. 22.8 [Л-1, стр. 199]:

для обмотки ВН U_исп=5 кВ;

для обмотки НН U_исп=35 кВ.

1.3 Определение активной и реактивной составляющих напряжения

      короткого  замыкания

%;

%.

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Выбор схемы и  конструкции магнитной системы

Силовой трансформатор  выполнен с плоской магнитной системой (магнитопроводом) стержневого типа, с вертикально расположенными стержнями, имеющими поперечное сечение в виде ступенчатой фигуры вписанной в окружность и с обмотками в виде круговых цилиндров.

Число ступеней в сечении  стержня и коэффициент заполнения площади круга ступенчатой фигуры выбираю по таблице 22.2 [Л-1, стр.196]: число ступеней – 8, k_КР=0,928.

Поперечное сечение  ярма – многоступенчатое с числом ступеней на 1-2 меньше числа ступеней стержней.

Прессовка набора пластин  стержня осуществляется путем забивания деревянных стержней и планок между стержнем и обмоткой НН.

2.2 Выбор марки и  толщины листов стали и вида изоляции пластин. Выбор индукции в магнитной системе

Сердечник трансформатора собирается из пакетов тонколистовой электротехнической холоднокатаной анизотропной легированной стали (ГОСТ 21427.1-83) марки 3411 с электроизоляционным термостойким двухсторонним покрытием (при мощностях трансформаторов до 100000 кВА это покрытие считается достаточным).

Магнитную индукцию в  стержне выбираю по таблице 2 [Л-2, стр.9]:

В_С=1,6 Тл.

2.3 Предварительный расчет  трансформатора и выбор соотношения 

      основных  параметров

Основными размерами  трансформатора являются: диаметр стержня  магнитной системы d; высота обмотки l; диаметр осевого канала между обмотками d₁₂, приближенно равный среднему диаметру витка двух обмоток.

 

 

 

 

Диаметр стержня предварительно определяется по формуле:

[Л-2, стр.10], где

S' – мощность одного стержня (кВА);

- соотношение основных размеров (l_В – средняя длина витка двух обмоток)

По таблице 3 [Л-2, стр.10] β'= 1,8

, где

м [Л-2, стр.15, табл. 8];

м, К=0,65 [Л-2, стр.11, табл. 4];

k_р=0,95 – коэффициент приведения идеального поля к реальному;

, где 

k_З=0,935 – коэффициент заполнения сечения пакета сечением стали

[Л-2, стр.11, табл. 5].

Таким образом:

 0,0247м = 2,47см;

м;

.

м.

2.4 Определение диаметра  стержня и высоты обмотки

По диаметру стержня, найденному по формуле (d=0,1972 м), выбираю ближайшее значение из нормализированного ряда диаметров стержня: d_Н=0,2 м [Л-2, стр.12].

Уточняем значение β:

.

 

Активное сечение стержня:

м².

Электродвижущая сила одного витка:

В.

Средний диаметр осевого  канала:

, где

м [Л-2, стр.15, табл. 8];

м, где 

К₁=1,1 – для трансформатора 25-630 кВА [Л-1, стр.198].

м.

Высота обмотки:

м.

 

2.5 Предварительный выбор конструкции  обмоток

По таблице 6 [Л-2, стр.14] с учетом мощности трансформатора выбираю многослойную цилиндрическую обмотку из провода прямоугольного сечения.

Число витков обмотки  на фазу и ЭДС одного витка:

;   .

В качестве металла обмотки выбираю – медь, т.к. этот металл имеет низкое удельное электрическое сопротивление, легкость обработки (намотки, напайки), достаточную механическую прочность и др.

Средняя плотность тока в обмотках ВН и НН для медного провода (предварительно):

,

где Р_К(Вт); u_В(В); S(кВА); d₁₂(м); К_∆=0,91 [Л-2, стр.14, табл. 7].

А/мм².

Окончательно  = 4,5 А/мм²

Ориентировочное сечение  витка каждой обмотки:

, где I_С – ток соответствующей обмотки одного стержня (фазный ток).

мм².

мм².

По табл. 6 [Л-2, стр.14] выбираю  тип обмоток:

ВН – цилиндрическая одно и двухслойная из провода прямоугольного сечения;

НН – цилиндрическая одно и двухслойная из провода прямоугольного сечения.

 

2.6 Выбор конструкции  и размеров основных изоляционных  промежутков главной изоляции  обмоток.

Изоляция обмоток подразделяется на:

1) главную – изоляцию  каждой из обмоток от частей  остова и от других обмоток;

2) продольную – изоляцию между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями.

Изоляционные расстояния (таблица 1) и конструкцию главной  изоляции обмоток (рисунок 1 [Л-2, стр.18]) выбираю по табл. 8 [Л-2, стр.15].

Таблица 1- Главная изоляция и изоляционные расстояния обмоток

 

Обмотка НН						Обмотка ВН
UИСП, кВ (50 Гц)	l01, мм НН от ярма	НН от стержня, мм				UИСП, кВ (50 Гц)	ВН от ярма, мм		между ВН и НН, мм		Выст. цил. lЦ2 , мм	между ВН и НН
		δ01	aЦ1	a01	lЦ1		l02	δ0	a12	δ12		a22	δ22
5	30	2	-	5	-	35	30	-	9	3	15	10	-