Расчет основных электрических велечин

Аннотация

Проведен  расчет масляного трансформатора типа ТМ-400/35.

Рассмотрены особенности проектирования масляного  трансформатора с обмотками из медного провода, плоской трёхстержневой магнитной системой и типом регулирования напряжения ПБВ.

Выполнены сборочный чертёж магнитопровода и чертежи обмоток высокого и низкого напряжения.

 

Содержание

 

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две и более индуктивно связанные обмотки и предназначенные  для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока. Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети. Передача электроэнергии на большие расстояния от места ее производства до места ее потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Необходимость распределения  энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями  приводит к значительному увеличения числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов.

Определяя место силового трансформатора в электрической  сети, следует отметить, что по мере удаления от электростанций единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 kBm потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы вкладываются в наиболее отдаленные части сети, то есть в трансформаторы 35 kB и 10 kB.

В этих же трансформаторах  возникает основная масса потерь энергии оплачиваемых по дорогой цене.

К высшей категории относятся  трансформаторы, технико-экономические  показатели которых находятся на уровне лучших мировых достижений или превосходят их. В качестве основных критериев для отнесения трансформаторов к той или иной категории служат: значения потерь XX и КЗ, тока XX, масса трансформатора, отнесенная к единице мощности и другие показатели

 

1. Расчет основных электрических велечин

1.1 Определение  основных параметров

1.1.1 Мощность одной  фазы и одного стержня трансформатора 

1.1.2 Номинальный (линейный) ток обмоток

Низкого напряжения (НН)

Высокого напряжения (ВН)

1.1.3 Фазный ток обмотки одного  стержня 

Низкого напряжения (НН)  Iф нн=76,98  А.

Высокого напряжения (ВН) Iф вн = 6,598   А.

1.1.4 Фазное напряжение 

Низкого напряжения (НН)         

Высокого напряжения (ВН)            

1.1.5 Испытательное напряжение (таблица 4.1): для обмоток НН U_{ИСП НH}=18 кB; для обмоток ВН U_{ИСП  ВН} =85 кB.

Для испытательного напряжения обмоток ВН изоляционные расстояния (таблица 4.5):

Для испытательного напряжения обмоток НН изоляционные расстояния (таблица  4.4): 

Обмотка ВН при напряжении 35 кВ и  токе 6,598 А цилиндрическая  многослойная из круглого провода.

Обмотка НН при напряжении 3 кВ и токе 76,98 А двухслойная цилиндрическая из прямоугольного провода. 

 

1.1.6 Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания

1.1.7 Реактивная  составляющая короткого замыкания 

2. Расчет основных значений трансформатора

2.1 Выбор схемы  конструкции и изготовления магнитной  системы.

Для разрабатываемого трансформатора согласно указаниям  §2.1 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему. Стержни и ярма собираем в переплет из плоских пластин как единую цельную конструкцию. Используем шихтовку пластин с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне.

                                                                                                                                                                                                                 

Рисунок1.1 - Шихтовка магнитной системы

2.2 Выбор марки,  толщины листов стали, типа  изоляции пластин, индукции в магнитной системе.

Стержни магнитной  системы прессуются расклиниванием с обмоткой. Материал магнитной системы  холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Магнитная  индукция в стержне трансформатора В=1,65 Тл (таблица 2.4). В сечении стержня 7 ступеней, коэффициент заполнения круга kкр=0,918 (таблица 2.5); изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие kз=0,97 (таблица 2.2)

 

 

 

2.3 Предварительный  выбор конструкции обмоток

Расположение  обмоток на стержне трансформатора концентрическое. По форме обмотки выполняются в виде круговых цилиндров, в поперечном сечении имеющих форму кольца.

2.4 Предварительный  расчет трансформатора и выбор  соотношений конструкции обмоток основных размеров с учетом заданных значений

 

2.4.1 Суммарный приведенный радиальный размер обмоток.

где k=0,6  (табл. 3.3).

2.4.2 Ширина приведенного  канала рассеяния

2.4.3 Расчет  основных коэффициентов

Коэффициент заполнения круга k_Kp=0,918 (таблица 2.5); изоляция 
пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие, k₃=0,97 (таблица 2.3). 
Коэффициент заполнения сталью  

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 6, коэффициент усиления ярма k_я=1,02 (таблица 2.8).  Индукция в ярме . Число зазоров в магнитной системе: на косом стыке - четыре,  на прямом - три.  Индукция в зазоре на прямом  стыке В"₃=В_С=1,65 Тл, на косом стыке   В’₃=В_С/ =1,15 Тл 

    По  таблице 3.6 находим коэффициент,  учитывающий добавочные потери в обмотках k_d=0,94 и по таблицам 3.4, 3.5 постоянные коэффициенты для медных обмоток

а=1,4

b=0,4

Принимаем k_p=0,95 (стр. 162).  Удельные потери в стали р_с=1,411 Вт/кг, р_я=1,353 Вт/кг (таблица 8.10). Удельная намагничивающая мощность q_c= 2,131 В А/кг, q_я=1,958 ВА/кг. Удельная намагничивающая мощность для зазоров на прямых стыках  qз"=26700  ВА/м , на косых стыках  qз’=4000 ВА/м

2.4.4 Минимальная  стоимость активной части трансформатора 

x=1,1158   

Решение этого  уравнения дает значение , соответствующее минимальной стоимости активной части.

2.4.5 Предельные  значения  по допустимым значениям плотности тока и растягивающим механическим напряжениям:

Оба полученных значения лежат за пределами обычно применяемых.

2.4.6 Масса одного угла  магнитной системы 

2.4.7 Активное  сечение стержня

2.4.8 Площадь  зазора на прямом стыке:        

      Площадь зазора на косом стыке:          .

2.4.9 Для магнитной  системы  потери холостого  хода 

k_п.д.=1,13(табл. 8.14)

k_п.у.=10,18(табл. 8.13)

2.4.10 Полная  намагничивающая мощность 

=1,2  (стр. 396)- для плоской трехфазной шихтованной магнитной системы; =1,06;     

 
Таблица 1.1- Предварительный  расчет трансформатора типа ТМ-400/35 с плоской шихтованной магнитной системой и медными обмотками

β	1,8	1,85	1,9	2	2,4
x	1,158292	1,166253	1,174055	1,189207	1,244666
x^2	1,341641	1,360147	1,378405	1,414214	1,549193
x^3	1,554012	1,586276	1,618323	1,681793	1,928228
A1/x	260,8806	259,0998	257,3781	254,0987	242,7768
A2*x^2	85,43971	86,61824	87,78096	90,06136	98,65728
Gc	346,3203	345,718	345,159	344,1601	341,4341
B1*x^3	321,4163	328,0895	334,7177	347,8452	398,8154
B2*x^2	36,35847	36,85999	37,35477	38,32519	41,98314
Gя	357,7748	364,9495	372,0725	386,1704	440,7986
Gст	704,0951	710,6675	717,2316	730,3305	782,2326
Gу	29,51069	30,12338	30,73195	31,93725	36,61705
1,243*Gс	552,0346	551,0745	550,1835	548,5912	544,2459
1,2*Gя	547,3954	558,3727	569,2709	590,8407	674,4218
5,23*Gу	154,3409	157,5453	160,7281	167,0318	191,5072
Px	1253,771	1266,993	1280,183	1306,464	1410,175
Пс	0,02482	0,025163	0,0255	0,026163	0,02866
1,69*Gс	938,5281	936,8958	935,381	932,6738	925,2863
80,04*Gy	3719,232	3796,45	3873,148	4025,051	4614,847
1,62*Gя	890,8592	908,7242	926,4606	961,5643	1097,588
1491,524*x^2	2001,089	2028,692	2055,924	2109,333	2310,659
Qx	7549,709	7670,762	7790,914	8028,623	8948,381
i0	1,887427	1,917691	1,947728	2,007156	2,237095
G0	235,806	232,5976	229,5167	223,7053	204,214
0,89*G0	209,8674	207,0119	204,2699	199,0977	181,7505
Gпр	186,782	184,2406	181,8002	177,1969	161,7579
ko,c *Gпр	343,6788	339,0027	334,5124	326,0424	297,6346
Са,ч	1047,774	1049,67	1051,744	1056,373	1079,867
J	3,022471	3,043246	3,063603	3,103141	3,247857
σр	8,764628	8,946598	9,127342	9,485312	10,87521
d	0,188431	0,189726	0,190995	0,19346	0,202482
d12	0,263803	0,265617	0,267393	0,270844	0,283475
l	0,46019	0,45083	0,441903	0,425226	0,37088
C	0,386803	0,388617	0,390393	0,393844	0,406475

 

Рисунок 1.2- Изменение  массы стали стержней, ярм, магнитной системы и металла обмоток для трансформатора типа ТМ-400/35 с медными обмотками

Рисунок 1.3 - Изменение  относительной стоимости активной части с изменением для трансформатора типа ТМ-400/35 с медными обмотками

Рисунок 1.4- Изменение  потерь с изменением для трансформатора типа ТМ-400/35 с медными обмотками

 

 

Рисунок 1.5- Изменение  тока холостого хода с изменением для трансформатора типа ТМ-400/35 с медными обмотками

 

 

2.5 Определение  диаметра стержня и высоты  обмотки

Для выбранного значения d и рассчитаем некоторые данные: =1,85; x=1,166;   x²=1.36

2.5.1 Диаметр стержня

2.5.2 Средний  диаметр обмоток 

2.5.3 Высота  обмоток 

2.5.4 Активное  сечение стержня 

2.5.5 Высота  стержня

2.5.6 Расстояние между осями стержней

Масса стали G_cm=710,67 кг; масса металла обмоток Go=232,6 кг; масса провода G_np=184,24 кг;  плотность тока j=3,04*10⁶ А/м²; механические напряжения в обмотках _р= 8,95  МПа; Р_х=1266,99 Вт; i₀=1,9  %.

 

3.  Расчет обмоток ВН и НН.

3.1 Расчет обмотки  НН

3.1.1 Число  витков на одну фазу обмотки 

3.1.2 Уточняем  напряжение одного витка 

3.1.3 Средняя  плотность тока в обмотках

3.1.4 Ориентировочное  сечение витка 

По таблице 5.8 выбираем конструкцию цилиндрической двухслойной обмотки из прямоугольного провода.

По сечению  витка по таблице 5.2 выбираем 4 параллельных проводов ПБ сечением . Берем   =5,79   мм  

Выбираем двухслойную  обмотку для намотки на ребро

Полное сечение витка 

3.1.5 Полученная плотность тока

3.1.6 Осевой размер витка

3.1.7 Осевой  размер обмотки