Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.

Вихідні дані

Тип трансформатора	Двохобмотковий ТМ 250/6
Номінальна потужність		кВ∙А
Число фаз
Лінійна напруга НН	0,38	кВ
Лінійна напруга ВН		кВ
Напруга короткого замикання	6,5	%
Діапазон регулювання	2х2.5	%
Матеріал обмоток	Мідь
Cc	3.0	грн./кг
Схема з’єднання	Y/Y-0
Електротехнічна сталь		0.3

Вступ

Сучасне трансформаторобудування – значна галузь електротехнічної промисловості, воно грає велику роль у розвитку енергетики.

У трансформаторобудуванні головне місце по об’єму виробництва займають масляні силові трансформатори загального призначення: понижувальні та підвищувальні, що використовуються у лініях електропостачання, розподільних мережах. Передача енергії на великі відстані від місця її виробництва до місця використання потребує у сучасних мережах п’яти – шестикратних трансформацій у понижувальних і підвищувальних трансформаторах. Необхідність розподілу енергії по різним напрямкам між багатьма дрібними споживачами призводить до значного збільшення числа окремих трансформаторів у порівнянні із кількістю генераторів. При цьому загальна потужність трансформаторів у мережі на кожній наступній ступені із більш низькою напругою з метою більш вільного маневрування енергією вибирається зазвичай більшою, ніж потужність попередньої ступені більш високої напруги. Загальна конструкція трансформаторів залежить від потужності і напруги, кількості фаз і обмоток, умов роботи. Розвиток енергетичних систем і зв’язків між ними потребує широкого використання регулювання напруги під навантаженням, необхідно розробити апаратуру РПН більшої потужності, ніж та що існує і з ізоляцією більш високого класу. При збільшенні випуску трансформаторів у декілька разів велике значення має підвищення їх економічності: зниження розходу матеріалів і підвищення ККД. Мідні дроти по механічній стійкості переважають алюмінієві, але використання алюмінію дозволяє зекономити на матеріалі обмоток. При розробці трансформаторів неможливо передбачити всі особливості, які буде мати майбутній трансформатор. Вони визначаються тільки при перевірці підчас випробувань.

1 Попередній оптимізаційний розрахунок трансформатора

1.1 Попереднє визначення розрахункових коефіцієнтів і техніко-економічних показників

Обираємо

Питома вартість приведеної маси трансформатора

- коефіцієнт, визначаючий відношення прейскурантної вартості всього трансформатора до вартості магніто проводу з обмотками в зібраному виді

- коефіцієнт, вказуючий, на скільки вартість виготовленого магніто проводу вища вартості його електротехнічної сталі

- вартість обмоткового дроту

Обираємо величину індукціі в стержні

По таблиці для сталі марки 3407 товщиною при цій індукції питомі втрати

Питома намагнічуюча потужність

Питомі втрати в стику

Тоді середні питомі втрати в сталі магнітопроводу

середня питома намагнічуюча потужність магніто проводу

коефіцієнт компенсації намагнічуючої потужності трансформатора

- річна вартість однієї години реактивної енергії, виробляємої статичними конденсаторами

- питомі витрати на один втрат неробочого ходу і короткого замикання за рік

Економічні відносини втрат

Приймаємо початкове значення активної складової напруги короткого замикання

Попередні значення втрат в обмотках і магнітопроводі

Маса сталі магніто проводу і металу обмоток

- відношення вартості обмотки і магнітопроводу

- коефіцієнт, для алюмінію, вказуючий наскільки вартість виготовленої обмотки вище вартості провідникового матеріалу, з якого вона виготовлена

- вартість обмоткового проводу

- коефіцієнт збільшення маси обмоткових проводів за рахунок їх ізоляції, для алюмінію

- коефіцієнт, враховуючий відходи сталі при розкрої

0аркушів 5 11.2 Попередній розрахунок основних розмірів і конструктивних показників трансформатору

Середня густина струму в обмотках

- для міді

Густина струму в обмотках

- відношення густини струмів обмоток НН і ВН прийняте з метою економії обмоткового дроту

Фазні напруги і струми обмоток для схеми

Попередні значення площини витків обмоток

Оскільки , то для визначення обмотки НН попередньо можна вибрати по таблиці («Номінальні розміри, площини перерізу і ізоляція прямокутного мідного і алюмінієвого обмоткового проводів марок ПБ и АПБ») мідний прямокутний марки АПБ з перерізом і скласти переріз витка з 7-х проводів ( ) з товщиною ізоляції на дві сторони і розмірами: висота , а ширина . Величина .

Тоді попереднє значення

Обираємо провід круглого перерізу по таблиці («Номінальні розміри площини перерізу і ізоляція круглого мідного та алюмінієвого обмоткового проводів марок ПБ и АПБ») з та перерізом і складаємо переріз витка з двох проводів . Для цього проводу ,

Розрахунковий діаметр ізольованного проводу

Тоді попереднє значення

- кількість елементарних провідників, з яких складено переріз витка

- товщина міжслойної ізоляції

Обираємо

Попереднє значення середнього коефіціента заповнення провідниковим матеріалом

Це значення не відрізняються від приведенного в таблиці «Значення коефіцієнта серійних трансформаторів».

Ширина обмоток у вікні трансформатора

Допустимі изоляційні проміжки вибираются по таблицям:

Мінімально допустимі ізоляційні промежутки для обмоток НН

Мінімально допустимі ізоляційні відстані для обмоток ВН

НН від ярма

ВН відярма

НН від стрижня

Між ВН і НН

Між ВН і НН

Ширина вертикальних охолоджуючих каналів

Для трансформатора потужністю 160 кВ∙А обирається розміщення обмоток у вікні по схемі 2

Тоді в обмотках ВН і НН

Реактивна складова напруги короткого замикання

k_R – коэфіцієнт Роговського приймається рівним 0,95

- густина провідникового матеріалу для міді

Загальна ширина обмоток у вікні трансформатора

Уточнюємо значення

- для трансформаторів потужністю 250

- середнє питоме теплове навантаження обмоток

Значення близьке до , тому схема 2 вибрана обґрунтовано.

Попередня ширина кожної з обмоток у вікні і ширина вікна F

- для трьохфазних трансформаторів

Попереднє значення визначається через значення коефіцієнтів и

Коефіцієнт визначається досить точно по таблиці «Коефіцієнт заповнення пакетів для ручної холоднокатаної сталі з нагрівостійким покриттям » і для заданої сталі марки 3407 при товщині

Коефіцієнт визначать наближено за формулою

де - наближене значення діаметра стержня

Діметр стержня магнітопроводу

де

Приймаємо для більш точного розрахунку

Число витків обмотки ВН

Висота обмоток

де

- ширина приведеного каналу розсіювання

- відношення середнього діаметру каналу розсіювання до діаметру стержня

- для схеми 2

Висота вікна магніто проводу

Маса магнітопроводу

Оскільки відрізняється від на 2.118 %, то уточнення не виконується.

2 Детальний розрахунок трансформатора

2.1 Визначення фазних напруг та струмів

Фазні напруги і струми в обмотках ВН і НН

2.2 Визначення конструктивних параметрів магнітопровода і розмірів ізоляції у вікні

Коефіцієнт заповнення сталлю перерізу стержня

- для заданої марки електротехнічної сталі товщиною

Число сходів в перерізі стержня

Ширина вікна

Висота обмоток

Ізоляційні відстані для трансформатора класу напруги 6 кВ з розміщенням обмоток по схемі 2 вибираються по таблицям :

1. Мінімально допустимі ізоляційні відстані для обмоток НН

2. Мінімально допустимі ізоляційні відстані для обмоток ВН

Сума ізоляційних відстаней у вікні в радиальному напрямку

Сумарний розмір обмоток поперек вікна

2.3. Визначення числа витків обмоток

Число витків обмотки НН

Уточнена величина магнітної індукціі у стержні

Число витків обмотки ВН на одну фазу для середньої сходинки напруги

Перевірка коефіцієнта трансформації

Число витків для регулювання напруги (ПБВ)

витка, округляемо витка

Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.

2.4 Розрахунок середнього значення густини струму в обмотках. Визначення густини струму в обмотках НН і ВН

Середня густина струму в обмотках

Густина струму в обмотці ВН

Густина струму в обмотці НН

Середнє теплове навантаження обмоток (попередньо)

- для трансформаторів потужністю від 25 до 630 кВА

2.5.Розрахунок обмотки НН

Попереднє значення площі витка

Число витків у слої обмотки

- кількість слоїв обмотки

Вісьовий розмір витка з ізоляцією

Розрахунковий розмір ізоляції приймається рівним на 0.1мм більше дійсного розміру для забезпечення хорошого розміщення обмоток у вікні

Вісьовий розмір без ізоляції

Радіальний розмір прямокутного проводу без ізоляції

Таким чином, потрібно вибрати провід з вісьовим розміром і радіальним розміром . Такого проводу в таблиці сортамента немає, тому складаємо переріз витка з 4-х паралельних проводів. По висоті витка знаходяться 2 провідника (рис.2).

По таблиці сортамента прямокутного провода вибираємо провід з наступними параметрами

Провід наматується плашмя

9.1

4 4.55

7.5

16.1

8.05

Рисунок 2.1 - Переріз витка обмотки НН

Марка проводу

АПБ

По обраному перерізу витка перевіряємо дійсну висоту обмотки

що задовільняє умовам.

Повний радіальний розмір обмотки дорівнює товщі усіх слоїв з радіальним розміром кожного слою плюс ширина вертикального охолоджуючого каналу.

В нашому випадку обмотка складається з двох слоїв і каналом між ними

Радіальний розмір обмотки без каналу

Уточнюємо дійсну густину струму в обмотці

2.6 Розрахунок обмотки ВН

Попереднє значення площі перерізу витка

По таблиці сортамента круглого проводу вибираємо найближчий переріз проводу і діаметр неізольованого проводу

Розміри і марка провода

Марка проводу

В розрахунку приймаємо

Діаметр ізольованого проводу

По вибраному повному перерізу витка уточнюємо дійсну густину струму в обмотці

Размістимо провідники по слоях обмоток

Число витків у слою

Число слоїв обмотки

Розділяємо обмотку ВН в кожній фазі на дві котушки Г і Д. Кількість слоїв в частинах обмотки, відокремлених каналом, вибирають пропорційно кількості охолоджуючих поверхонь цих котушок. У нашому випадку котушка Г має 2 поверхні охолодження, а котушка Д – 4 поверхні, тому котушка Г виконується з 3-х слоїв, а котушка Д – з 5-и слоїв.

Рисунок 2.2 - Розділення обмотки ВН на катушки Г і Д

Товщина ізоляції між слоями обирається по сумарній робочій напрузі 2-х слоїв

В якості міжслойної ізоляції приймаємо два слої кабельної бумаги товщиною по . Товщина міжслойної ізоляції .

Радіальний розмір обмотки (з каналом між слоями)

Радіальний розмір катушки Г

Радіальний розмір катушки Д

Радіальний розмір обмотки без каналу

Радіальні розміри і розміщення обмоток у вікні

Відстань між осями обмоток –

Величина відрізняється від заданої на

2.7 Визначення площі поверхні охолодження обмоток

Для обмотки НН

Площа охолоджуваної поверхні обмотки НН

Поверхня, закрита рейками

- число рейок по окружності обмотки при потужності

- ширина рейок

- число поверхонь обмотки НН закрити рейками для схеми 2

Ефективна поверхня охолодження обмотки НН

Для обмотки ВН

Площа охолоджуваної поверхні обмотки ВН

Поверхня, закрита рейками

- число поверхонь обмотки ВН закритих рейками для схеми 2

Ефективна поверхя охолодження обмотки НН

Рисунок 2.3 - Радіальні розміри і розміщення обмоток у вікні

2.8 Визначення маси обмоток, розрахунок основних і додатковихних втрат в обмотках, відводах і баку, перевірка величини напруги короткого замикання

Середній діаметр обмотки НН

Середній діаметр обмотки ВН

Середній діаметр канала розсіювання

Маса обмотки НН

- густина провідникового матеріала

Маса обмотки ВН

Загальна маса обмоток

Основні втрати в обмотках ВН і НН

Коефіцієнт Роговського

Індукція потоку розсіювання

Додаткові втрати в обмотці НН

- для мідгного проводу прямокутного перерізу

Додаткові втрати в обмотці ВН

Втрати у відводах НН

Втратами у відводах ВН можна знехтувати через їх мале значення

Втрати у баку ( наближено )

Сумарні втрати короткого замикання

Активна складова напруги короткого замикання

Ширина приведеного каналу розсіювання для обмотки ВН з экраном

Реактивна складова напруги короткого замикання

Збільшення реактивної складової за рахунок поперечного поля розсіювання

Напруга короткого замикання

Відхилення від заданого значення

2.9 Визначення маси сталі магнітопроводу . Визначення втрат в сталі струму холостого ходу

Маса 9 Визначення маси магніто-цію.розкроїрахунок їх ізоляції, для алюмінію

сталі магнітопроводу трансформатора

Маса стержнів

Маса ярм

Питомі втрати у магнітопроводі для індукції

Маса кутів магнітопровода

Питомі втрати з урахуванням додаткових втрат

Втрати в сталі магнітопровода з урахуванням додаткових втрат

Активна складова струму холостого ходу

Реактивна складова струму холостого ходу

- для

- для

- для

Струм холостого ходу

Питома намагнічуюча потужність з урахуванням збільшення її за рахунок не магнітних зазорів

2.10 Розрахунок механічних напруг в обмотках

Ударне значення струму раптового короткого замикання

Радіальна сила, діюча на обмотки при короткому замиканні

Напруга на розрив у провіднику обмотки

2.11 Тепловий розрахунок обмоток

Густина теплового потоку по поверхні обмотки НН

Те ж саме для обмотки ВН

Середнє теплове навантаження обмоток

Перегрів обмотки НН над температурою олії

Перегрів обмотки ВН над температурої олії

Внутрішній перепад температури в обмотці НН

- теплопровідність паперової пропитаної лаком ізоляції проводу, зануреної у масло

- товща ізоляції проводу на одну сторону

Втрати, які виділяються в загального об’єму обмотки ВН

Умовна теплопровідність обмотки ВН

Середня теплопровідність обмотки

Внутрішній перепад температури в обмотці ВН

Середній температурний перепад в обмотці ВН

Перевищєння температури обмотки ВН над середньою температурою олії

Перевищення температури обмотки ВН над середньою температурою олії

2.12 Розрахунок вартосеі трансформатора і визначення приведених затрат на трансформацію електроенергії

З таблиці «Орієнтована вартість обмоточних проводів марок ПБ і АПБ» вартість 1кг проводу марки АПБ обмотки НН перерізом більше

Для проводу АПБ обмотки ВН діаметром

Маса обмоток трансформатора з ізоляцією

Вартість обмотки НН з ізоляцією

Вартість обмотки ВН з ізоляцією

Вартість трансформатору

Коефіцієнт враховуючий вартість компенсації реактивної енергії холостого ходу

Приведені витрати на трансформацію електроенергії

Питома вартість приведеної маси трансформатора

Відношення вартості обмотки і магнітопроводу

Де середня вартість намоточного проводу в трансформаторі

Умовна приведена маса активних матеріалів

Приведені витрати на трансформацію

Список використаних джерел

1. Балашов К.К.; Пуйло Г.В. Проектирование трансформаторов: Учеб. Пособие для студентов электротехнических специальностей.- Одесса: ОПИ, 1975.143с.

2. Бородулин Ю.Б., Гусев В.А., Попов Г.В. Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов.- М.: Энергоатомиздат,1987.-264с.

3. Голунов А. М., Сещенко Н.С. Охлаждающие устройства масляных трансформаторов.- М.: Энергия, 1967.-216с.

4. Гончарук А.И. Расчет и конструктирование трансформаторов.- М.: Энегроатомиздат,1990.-256с.