Трансформатор 4700/35

   Введение 
 

   Силовые трёхфазные трансформаторы общего назначения используются для приёма, передачи и распределения электрической энергии в линиях электропередач и электрических сетях.

     Необходимость применения таких  трансформаторов, которые по существу являются преобразователями, обусловлена требованием экономичной передачи электроэнергии от мест производства до мест потребления. Трансформаторы позволяют передавать энергию на повышенных напряжениях, уменьшая потери в линиях электропередач и электрических сетях, снижая металлоёмкость и их стоимость. В целом снижается и стоимость транспортирования электроэнергии.

     Передача электроэнергии от мест  производства до мест потребления  требует в современных электрических  сетях пяти-, шестикратной трансформации. При этом установленная мощность трансформаторов превышает генерирующую мощность в 7 - 8 раз с учётом запаса по мощности. Отсюда следуют и жёсткие требования к трансформаторам:

     - снижение стоимости при изготовлении;

     - высокое значение коэффициента полезного действия (КПД) при эксплуатации;   

     - обеспечение надёжной и экономной передачи и распределения электроэнергии.

     Проектирование и производство  серий силовых трансформаторов  позволяет снизить трудозатраты на изготовление, повысить производительность и объем производства за счёт унификации, нормализации геометрии и технологических процессов, выполнения требований стандартов. Примером может служить серия ТМ (Т - трёхфазный, М - масляное естественное охлаждение).

     Снижению стоимости изготовления трансформаторов способствуют разработки новых конструкций, применение новых активных и изоляционных материалов, усовершенствование систем охлаждения, использование новейших технологий. Эти мероприятия способствуют снижению металлоёмкости, габаритов и затрат времени на изготовление. Например, сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, применяемого для изготовления баков и систем охлаждения трансформаторов, достигается за счёт снижения испытательных напряжений и уменьшения изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки  изоляции и применения новых средств защиты трансформаторов от перенапряжения. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения  с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях.

   Особо важным вопросом является величина КПД  трансформатора. Если предположить средний КПД трансформаторов 98,5 %, то при установленной их мощности в 7 – 8 раз больше генераторной мощности потери всей вырабатываемой на электростанции энергии составит (7..8)·1,5%=(10,5..12)%, то есть приблизительно каждый десятый генератор покрывает потери трансформаторов (греет их). Поэтому реальные трансформаторы имеют КПД свыше 99%.

   В силовых трансформаторах различают  потери:

- короткого  замыкания, P_K;

     - холостого хода, P_O;

- добавочные.

     Уменьшение потерь короткого  замыкания (потерь в обмотках) достигается главным образом понижением плотности тока за счёт увеличения массы метала в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВ·А. Применение более современных конструкций изоляции и способов защиты от перенапряжений позволяет уменьшить изоляционные промежутки главной и продольной изоляции, средний диаметр витков, массу обмоток и потери в них.

     Снижение потерь холостого хода (в стали магнитопровода) достигается применением: современных холоднокатаных анизотропных электротехнических сталей и новых конструкций магнитных систем с косыми стыками пластин в углах системы, стяжкой стержней и ярем кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма. Снижение изоляционных расстояний способствует уменьшению высоты стержня и расстояния между стержнями, что снижает массу стали и потери в ней.

     Добавочные потери обусловлены  потерями от вихревых токов в обмотках и от вихревых токов и гистерезиса в стальных элементах конструкции, вызванных потоками рассеивания. Эффективными средствами их уменьшения являются: снижение радиальной (поперечной) составляющей поля рассеяния, путём выполнения равновысоких обмоток; искусственная локализация потоков рассеяния с помощью магнитных шунтов; замена стальных элементов конструкции на немагнитные. Особенно это актуально для трансформаторов мощностью 63000 кВ·А и выше.

   Надёжная  работа трансформаторов обеспечивается защитой обмоток от атмосферных коммутационных напряжений, применением разрядников на вводах, экранов и крайних катушек обмоток с усиленной изоляцией. Защита от токовых перегрузок осуществляется с помощью пробивных предохранителей, устройств токовой и дифференциальной защит. Обязательной является оценка (расчётная и экспериментальная) электродинамических усилий, действующих на обмотки при внезапном коротком замыкании.

   Для обеспечения экономной работы сетей  и надлежащего качества энергии, отпускаемой потребителям, то есть для поддержания постоянства напряжения, обмотки высокого напряжения (ВН) выполняются со ступенчатым регулированием  количества витков. Количество регулировочных витков в ступени зависит требуемого диапазона и шага регулирования. Переключение с одной ступени на другую может осуществляться: переключением без возбуждения (ПБВ), когда трансформатор обесточен с обеих сторон; регулированием под напряжением (РПН).

     В настоящее время в эксплуатации  находятся трансформаторы как  с алюминиевыми обмотками, так и с медными. Поэтому проектируют и те, и другие с одинаковыми потерями и напряжениями короткого замыкания, потерями и токами холостого хода, которые строго ограничиваются межгосударственными стандартами. Это позволяет обеспечить взаимозаменяемость.

     Целью курсового проекта является: углублённое изучение методики  проектирования с учётом основных проблем электротрансформаторостроения, знакомство с основными типами конструкции современных трансформаторов, умение составлять технические условия, получение навыков проектирования и оформления конструкторской документации на примере трансформатора мощностью

4700 кВ·А.

     Поставленная цель достигается  выполнением следующих задач:

• изучение основных тенденций развития и проблем современного  

   трансформаторостроения;

• составление технических условий на проектируемый трансформатор;

- выбор  конструкции трансформатора;

   - выполнение  ряда вариантов электромагнитного  и других расчётов с выбором варианта, наиболее полно удовлетворяющего требованиям технических условий и качеству проектирования;

- сравнение  спроектированного трансформатора  с прототипом;

- конструктивная  разработка общего вида и основных  узлов конструкции

спроектированного трансформатора.