Техническое описание, состав и устройство трансформатора масляного ТМ-630/10

Содержание

Введение 4

1 Технологическая часть 5

1.1 Техническое описание, состав и устройство

Трансформатора масляного ТМ-630/10 5

2 Расчетная часть 7

2.1 Расчет основных электрических величин 7

2.2 Главные размеры 9

2.3 Выбор конструкции изоляции и минимально допустимых

изоляционных расстояний 14

2.4 Расчет параметров короткого замыкания 24

2.5 Расчет потерь и тока холостого хода 27

2.6 КПД и падение напряжения при нагрузке 30

2.7 Тепловой расчет трансформатора 31

2.8 Определение веса масла и размер охладителя 37

2.9 Технико-экономические показатели 37

Заключение 38

Литература 41

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

К наиболее распространенному виду трансформаторов относится силовой трансформатор, принцип действия которого основан на преобразовании энергии одного напряжения в другое. Как правило, его используют в радиотехнике, электросети и системах автоматики. Один из видов силовых трансформаторов - масляный силовой трансформатор. У данного вида трансформатора есть свои преимущества, которые выгодно выделяют его на фоне собратьев. Особенно он востребован на многих производствах, которые требуют большого потребления электрической энергии. Современные масляные трансформаторы являются высокотехнологичными устройствами, которые достаточно просты в эксплуатации и достаточно надёжны.

В данном курсовом проекте предстоит рассчитать трансформатор марки ТМ-630/10, разработать его конструкцию и сравнить полученные результаты с фактическими параметрами электрической машины.

В расчетной части проекта определяются основные электрические величины - мощность, фазные значения тока и напряжения, обмотки низкого и высокого напряжений. Затем определяются основные размеры трансформатора, рассчитываются обмотки низкого и высокого напряжений, характеристики короткого замыкания, выполняется окончательный расчет магнитной системы - расчет размеров и активных сечений стержня и ярма, веса стали, потерь, тока холостого хода, определяется КПД трансформатора. Далее проводится тепловой расчет трансформатора и выясняются основные технико-экономические показатели спроектированного трансформатора.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Расчетная часть

Главные размеры

Главные размеры трансформатора называются диаметр стержня d, высота обмотки l (одной) и средний диаметр канала рассеяния d_f,2 (рис. 2.4).

Рисунок 2.1 - Запрессовка трехступенчатого стержня путем расклинивания с жестким цилиндром

Рисунок 2.2 - Запрессовка ярма несущими балками

Рисунок 2.3 - Четырехступенчатый стержень с двумя продольными охлаждающими каналами

2.2.12 Выбор конструкции сердечников стержневых трансформаторов

Поперечное сечение стержня обычно выполняется в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность (рис. 2.1), для наибольшего заполнения сталью поперечного сечения окружности диаметром d, а также для получения наиболее технологичных цилиндрических обмоток. Число ступеней в сечении стержня определяется в зависимости от мощности трансформатора. Число ступеней стержня считается по числу углов в одной четверти круга (рис. 2.3).

Форма поперечного сечения ярма обычно выбирается более простой, чем поперечное сечение стержня (рис. 2.2). Активное сечение ярма принимают равным сечению стержня или для уменьшения потерь и тока холостого хода берут на 5-15% больше сечения стержня.

Конструкция ярма и стержня сердечника, собранного из пластин, должна обеспечивать достаточную жесткость и отсутствие вибрации листов при работе. Эти условия удовлетворяются, если сердечник запрессовывается при напряжении сжатия между листами, равном 3-4 кг/см². Для ярма такая сила сжатия обеспечивается запрес­совкой между двумя прессующими ярмовыми балками (рис. 2.2). Для стержней различного диаметра способ запрессовки выбирается по табл. 2.8 источника [1].

Охлаждение маслом магнитопровода со стержнем, диаметр которого больше 35 см, не обеспечивается теплоотдачей с наружной поверхности стержня. При d≥35 см применяют внутренние охлаждающие каналы. Продольные по отношению к листам каналы в стержне продолжаются в ярме. Размеры и число продольных каналов выбираются из таблицы 2.7 источника [1] .

2.2.13 Выбор марки стали и вида междулистовой изоляции

Сердечник трансформатора шихтуется из листовой электротехнической стали следующих марок: горячей прокатки - Э41, Э42, Э45, холодной прокатки

1 - обмотка ВН;

2 - обмотка НН

Рисунок 2.4 - Основные размеры трансформатора

- Э310, Э320, Э330. Трансформаторная листовая сталь выпускается в основном толщиной 0,5 и 0,35 мм.

Между листовой изоляцией может служить бумага или лаковое покрытие. Односторонняя оклейка листов стали бумагой толщиной 0,33 мм обеспечивает надежную электрическую изоляцию между листами сердечника. Такая оклейка дешевле лаковой. Однако двухсторонняя лаковая изоляция механически прочнее, имеет большую теплопроводность, выдерживает более высокую температуру и имеет меньшую толщину.

2.2.14 Общий коэффициент заполнения сталью

К_С=К_КР*Кз,

где К_КР - коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры, приведенный в таблице 2.5 источника [1] ; К_З - коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью, учитывающий толщину изоляционного слоя и неплотность запрессовки листов, приведенная в таблице 2.6 источника [1].

Ккр=0,928Кз=0,89

К_С=0,928*0,89=0,826

2.2.15 Выбор индукции в стержне

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов, приведена в таблице 2.9 источника [1].

Bс=1,55 Тл

2.2.16 Диаметр стержня

Трансформатор может быть выполнен при различных соотношениях между числом витков обмотки W и диаметром стержня

Выбираем оптимальное значения коэффициента β по данным таблицы 12.1 [1].

=1,7

Определение диаметра стержня:

, см

где ;

,см (рис.2.4);

=0,9 см - ширина канала рассеяния, приведена в таблице 4.5 [1].

- ширина обмотки НН;

- ширина обмотки ВН.

Минимальная ширина канала рассеяния выбирается из условия электрической прочности изоляции по испытательному напряжению обмотки ВН.

Радиальные размеры обмоток НН и ВН могут быть предварительно рассчитаны по формуле: , но не должны быть меньше 1,2 см.

,

где значение K для S’ выше 100 КВА берем равным 0,4.

,

2.2.17 Средний диаметр канала рассеяния:

.

.-размер канала определяем по таблице 4.4 источника [1].

Ширина обмотки НН предварительно может быть рассчитана по опытной формуле:

,

где значения К для трансформатора с напряжением на высокой стороне 10 КВ принимаем равным 0,55, а а₁ принимается не менее 1,3 см.

2.2.18 Высота /осевой размер/ обмотки

где =1,7

2.2.19 Активное сечение стержня /чистое сечение стали/

2.2.20 Электродвижущая сила одного витка

2.2.21 Число витков в обмотке ВН и обмотке НН

2.2.22 Уточнение ЭДС одного витка

где - число витков обмотки НН, округленное до целого.

2.2.23 Уточнение индукции в стержне

где - уточненное значение ЭДС одного витка.

Выбор и расчет обмоток

Конструкция обмотки должна обеспечивать достаточную электрическую прочность, механическую прочность, нагревостойкость.

2.3.24 Предварительно значение средней плотности тока

где коэффициент Кд учитывает наличие добавочных потерь в обмотках, в отводах, в стенках бака и т.д. и определяется из таблицы 3.6 [1].

Кд=0,95

2.3.25 Ориентировочное сечение витка

- обмотки ВН

- обмотки НН

2.3.26 Расчет обмоток НН

Исходя из таблицы 5.8 источника [1] принимаем:

Обмотка ВН цилиндрическая из прямоугольного провода.

Обмотка НН цилиндрическая из прямоугольного провода.

Расчет обмоток НН должен сопровождаться соответствующими эскизами отдельных частей и всей обмотки.

2.3.27 Число витков в слое

- для двухслойной обмотки

W_СП2 =W₁ /2=369

2.3.28 Определим предварительный осевой размер (высота) витка

2.3.29 Размеры провода

Определяются по таблице 5.2 источника [1] и записываются в виде формулы:

Х или

Прячем , где δ - толщина изоляции на две стороны, мм.

Рисунок 2.7 - Определение высоты витка

Рисунок 2.8 - Определение размеров витка винтовой обмотки

2.3.30 Полное сечение витка, состоящего из параллельных проводов

где - сечение одного провода

2.3.31 Уточненная плотность тока обмотки НН

2.3.32 Окончательная ширина /радиальный размер/обмотки

Размеры каналов:

- между обмотками =0,5см

- между обмотками и цилиндром =0,5см

- между обмотками и стержнем =0,5см

2.3.33 Окончательная высота /осевой размер/ обмотки НН

где - высота одного витка

2.3.34 Внутренний диаметр обмотки НН

Ширина канала определяем по таблице 4.4 [1]

2.3.35 Наружный диаметр обмотки НН

2.3.36 Охлаждаемая поверхность обмотки

Однослойная обмотка и двухслойная обмотка без охлаждающего канала имеют две охлаждаемые поверхности /внутреннюю и наружную/. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН в этом случае

,

где C - число активных стержней; К - коэффициент учитывает величину закрытия поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями и принят равным 0,75.

,

2.3.37 Число витков обмотки ВН для средней ступени номинального напряжения

2.3.38 Число витков для регулирования напряжения

2.3.39 Число витков обмотки на ответвлениях

- верхняя ступень напряжения =749+37=786;

- средняя ступень напряжения =786;

- нижняя ступень напряжения =786-34=752.

2.3.40 Предварительная плотность тока в обмотке ВН

2.3.41 Предварительное сечение витков обмотки ВН

2.3.42 Подбираем провод подходящего сечения

марка провода ,

где - число параллельных проводов.

2.3.43 Полное сечение витка

,

где - сечение одного провода.

2.3.44 Уточненная плотность тока обмотки ВН

2.3.45 Число витков в слое

Как правило, обмотки НН и ВН для удобства крепления выполняются одинаковой высоты, т.е. .

2.3.46 Число слоев в обмотке

2.3.47 Число витков в слоях

749+34=773

2.3.48 По условиям охлаждения обмотка ВН в большинстве случаев выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки должно составлять не более 1/3 - 2/5 от общего числа слоев. Масляный канал образуется с помощью реек.

1 – экран, 2 – междуслойная изоляция, 3 – бортики из электрокартона,

4 – витковая изоляция

Рисунок 2.9 - Изоляция торцовой части многослойной цилиндрической обмотки

2.3.49 Рабочее напряжение между первыми витками двух соседних слоев

Полагаясь на таблицу 4.7 источника [1] выбираем:

- толщина междуслойной изоляции

=

- выступ изоляции за высоту обмотки =10мм

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов представлены на рис. 2.10

Рисунок 2.10 - Схема определения осевых размеров обмотки

2.3.50 По испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора из таблицы 4.7 источника [1] находим

а) размеры канала между обмотками ВН и НН

б) толщину цилиндра между обмотками

в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки

г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней

д) расстояние обмотки ВН от ярма

2.3.51 Радиальный размер обмотки

2.3.52 Внутренний диаметр обмотки ВН

2.3.53 Наружный диаметр обмотки ВН

2.3.54 Расстояние между осями стержней ВН

2.3.55 Поверхность охлаждения обмотки ВН

,

где К коэффициент учитывающий величину закрытия поверхности обмотки изоляционными деталями, равный 1.

2.3.56 Вес меди обмотки НН

,

где, - удельный вес проводникового материала, кг/дм³, равный 8,9;

П - сечение витка, мм²; D - диаметры обмоток, см.

2.3.57 Вес меди обмотки ВН

2.3.58 Общий вес меди обмоток

2.3.59 Коэффициент добавочных потерь

2.3.60 Электрические потери в обмотке НН с учетом добавочных потерь

2.3.61 Электрические потери в обмотке ВН с учетом добавочных потерь

2.3.62 Потери в обмотке НН, отнесенные к единице охлаждаемой поверхности /плотность теплового потока/

2.3.63 Плотность теплового потока обмотки ВН

Литература

1 Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов / под ред. П.М. Тихомирова. - 5-е изд., перераб. и доп. / Репринтное воспроизведение издания 1986 г. - М.: Альянс, 2013.-528 с.: ил.

2 Электрические машины: учебник для бакалавров / под ред. И.П. Копылова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2012. - 675 с. - Серия: Бакалавр.

3 Электротехника: учебник для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 12-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 544 с.

3 Учебное пособие по расчету силового трансформатора. Пермь, 2005.

4 ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт релестроения с опытным производством" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vniir.ru/

Содержание

Введение 4

1 Технологическая часть 5

1.1 Техническое описание, состав и устройство

Трансформатора масляного ТМ-630/10 5

2 Расчетная часть 7

2.1 Расчет основных электрических величин 7

2.2 Главные размеры 9

2.3 Выбор конструкции изоляции и минимально допустимых

изоляционных расстояний 14

2.4 Расчет параметров короткого замыкания 24

2.5 Расчет потерь и тока холостого хода 27

2.6 КПД и падение напряжения при нагрузке 30

2.7 Тепловой расчет трансформатора 31

2.8 Определение веса масла и размер охладителя 37

2.9 Технико-экономические показатели 37

Заключение 38

Литература 41

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

К наиболее распространенному виду трансформаторов относится силовой трансформатор, принцип действия которого основан на преобразовании энергии одного напряжения в другое. Как правило, его используют в радиотехнике, электросети и системах автоматики. Один из видов силовых трансформаторов - масляный силовой трансформатор. У данного вида трансформатора есть свои преимущества, которые выгодно выделяют его на фоне собратьев. Особенно он востребован на многих производствах, которые требуют большого потребления электрической энергии. Современные масляные трансформаторы являются высокотехнологичными устройствами, которые достаточно просты в эксплуатации и достаточно надёжны.

В данном курсовом проекте предстоит рассчитать трансформатор марки ТМ-630/10, разработать его конструкцию и сравнить полученные результаты с фактическими параметрами электрической машины.

В расчетной части проекта определяются основные электрические величины - мощность, фазные значения тока и напряжения, обмотки низкого и высокого напряжений. Затем определяются основные размеры трансформатора, рассчитываются обмотки низкого и высокого напряжений, характеристики короткого замыкания, выполняется окончательный расчет магнитной системы - расчет размеров и активных сечений стержня и ярма, веса стали, потерь, тока холостого хода, определяется КПД трансформатора. Далее проводится тепловой расчет трансформатора и выясняются основные технико-экономические показатели спроектированного трансформатора.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Техническое описание, состав и устройство трансформатора масляного ТМ-630/10

Трансформатор серииТМ-630-10(6)/0,4 кВ предназначены для работы в электросетях напряжением 6 или 10 кВ в открытых электроустановках в условиях умеренного климата (исполнение У1 и УХЛ1 по ГОСТ 15150-69) и служат для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления.

Трансформатор состоит из: бака с радиаторами, крышки бака, активной части. Бак снабжен пробкой для взятия пробы масла и пластиной для заземления трансформатора. Наружная поверхность бака окрашена атмосферостойкими светло-серыми порошковыми красками (возможно изменение тона окраски). Все уплотнения трансформатора выполнены из маслостойкой резины.

Бак трансформатора состоит из:

- стенок, выполненных из стального листа толщиной от 2,5 мм до 4 мм (в зависимости от мощности трансформатора);

- верхней рамы;

- радиаторов;

- дна с опорными лапами (швеллерами).

На крышке трансформаторов ТМ установлены:

- вводы ВН и НН

- привод переключателя;

- петли для подъёма трансформатора.

Активная часть трансформаторов ТМ имеет жесткое крепление с крышкой трансформатора. Активная часть состоит из магнитной системы, обмоток ВН и НН, нижних и верхних ярмовых прессующих балок, отводов ВН и НН, переключателя ответвлений обмотки ВН. Магнитная система изготавливается из пластин холоднокатаной электротехнической стали.

Обмотки многослойные цилиндрические, выполнены из провода круглого или прямоугольного сечения с эмалевой или стеклополиэфирной изоляцией. Обмотки изготавливаются из алюминиевых обмоточных проводов. Межслойная изоляция выполнена из кабельной бумаги. Нижние и верхние ярмовые балки изготавливаются из гнутых профилей специальной конструкции, обеспечивающей высокую механическую прочность. Отводы обмотки ВН выполнены из провода круглого или прямоугольного сечения, отводы обмотки НН - из прямоугольной шины.

Переключатель ответвлений обмоток (ПБВ) реечный типа ПТР-6-10/63 или ПТР-6-10/150 обеспечивает регулирование напряжения обмотки ВН четырьмя ступенями по 2.5% при отключенном от сети трансформаторе.

Вводы ВН и НН – съемные. Типы вводов:

- на стороне ВН – ВСТА – 10/250;

- на стороне НН – в зависимости от номинального тока – ВСТ–1/250, ВСТ–1/400, ВСТ–1/630, ВСТ – 1/1000.

Вводы НН трансформаторов мощностью 160 кВА и выше комплектуются контактными зажимами. Трансформаторы меньшей мощности комплектуются контактными зажимами по требованию заказчика. Материал контактного зажима - латунь. Трансформатор заполнен трансформаторным маслом, имеющим пробивное напряжение в стандартном разряднике не менее 40 кВ.

1 –подъемная пластина с отверстием;

2 – проушины для крепления

транспортных растяжек;

3 – сливной патрубок;

4 – колеса для перемещения

трансформатора;

5 – втулка с резьбовым отверстием для подключения заземления;

6 – патрубок для доливки масла;

7 – табличка;

8 – ручка переключателя;

9 – термометр;

10 – вводы ВН;

11 – вводы НН;

12 – указатель уровня масла;

13 – осушитель воздуха;

14 – реле газовое.

Расчетная часть