Курсовая работа (т): Проект трёхфазного масляного трансформатора

Проект трёхфазного масляного трансформатора

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Спроектировать трёхфазный масляный трансформатор с плоской шихтованной магнитной системой, с медными обмотками и со следующими номинальными данными:

мощность трансформатора S = 250 кВА;

номинальная частота сети f = 50 Гц;

номинальные напряжения обмоток:

ВН U1 = 10000±(2×2.5%) В;

НН U2 = 230 В;

схема и группа соединения Y⁄Y_н -0;

напряжение короткого замыкания uк = 4,5%;

потери короткого замыкания Pк = 3700Вт;

ток холостого хода i0 = 2.3%;

потери холостого хода P0 = 740Вт;

режим работы трансформатора продолжительный;

установка наружная;

Трансформатор должен удовлетворять требованиям ГОСТ 11677-85

Разработать чертеж общего вида масляного трансформатора.

Дата выдачи задания «14» февраля 2014 г.

Руководитель Падеев А.С.

Исполнитель студент группы 12ЭЭ(б)ЭМ Баев В.В.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Анализ изменения параметров трансформатора с изменением β

.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

. Расчет обмоток

.1 Расчет обмотки НН

.2 Расчет обмотки ВН

. Расчет параметров короткого замыкания

.1 Расчёт потерь короткого замыкания

.2 Расчет напряжений короткого замыкания

.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

. Расчет магнитной системы

.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

.2 Расчет потерь холостого хода

.3 Расчет тока холостого хода

5. Тепловой расчет трансформатора

.1 Тепловой расчет обмоток

.2 Тепловой расчет бака

. Характеристики трансформатора

.1 Внешняя характеристика трансформатора

.2 Коэффициент полезного действия трансформатора

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых или гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50Гц. Напряжения генераторов, установленных на электростанциях, стандартизованы и могут иметь значения 6600, 11000, 13800, 15750, 18 000 или 20000 в (ГОСТ 721-62). Для передачи электроэнергии на большие расстояния это напряжение необходимо повышать до 110, 220, 330 или 500кВ в зависимости от расстояния и передаваемой мощности. Далее, на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10кВ (в городах и промышленных объектах) или до 35кВ (в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей). Наконец, для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 или 127В. В некоторых случаях, например, для освещения котельных или механических цехов и сырых помещений, напряжение должно быть понижено до безопасной для жизни величины - 12,24 или 36В.

Повышение и понижение напряжения переменного тока и выполняют силовые трансформаторы. Трансформаторы сами электрическую энергию не производят, а только ее трансформируют, т.е. изменяют величину электрического напряжения. При этом трансформаторы могут быть повышающими, если они предназначены для повышения напряжения, и понижающими, если они предназначены для понижения напряжения. Но принципиально каждый трансформатор может быть использован либо как повышающий, либо как понижающий в зависимости от его назначения, т.е. он является обратимым аппаратом. Силовые трансформаторы обладают весьма высоким коэффициентом полезного действия (к.п.д.), значение которого составляет от 95 до 99.5%, в зависимости от мощности. Трансформатор большей мощности имеет соответственно и более высокий к.п.д.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную), имеющую другие характеристики. Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом английским физиком Фарадеем в 1831 г. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что если внутри замкнутого проводникового контура изменяется во времени магнитный поток, то в самом контуре наводится (индуктируется) электродвижущая сила (э.д.с.) и возникает индукционный ток. Чтобы уменьшить сопротивление по пути прохождения магнитного потока и тем самым усилить магнитную связь между первичной и вторичной катушками или, как их более принято называть, обмотками, последние должны быть расположены на замкнутом железном (стальном) сердечнике (магнитопроводе). Применение замкнутого стального магнитопровода значительно снижает относительную величину потока рассеяния, так как проницаемость применяемой для магнитопроводов стали в 800-1000 раз выше, чем у воздуха (или вообще у диамагнитных материалов).

Трансформатор состоит из магнитопровода и насаженных на него обмоток. Кроме того, трансформатор состоит из целого ряда чисто конструкционных узлов и элементов, представляющих собой конструктивную его часть. Элементы конструкции служат главным образом для удобства применения и эксплуатации трансформатора. К ним относятся изоляционные конструкции, предназначенные для обеспечения изоляции токоведущих частей, отводы и вводы - для присоединения обмоток к линии электропередачи, переключатели - для регулирования напряжения трансформатора, баки - для заполнения их трансформаторным маслом, трубы и радиаторы - для охлаждения трансформатора и др.

Магнитопровод и обмотки вместе с крепежными деталями образуют активную часть силового трансформатора.

Трансформатор во время своей работы вследствие возникающих в нем потерь нагревается. Чтобы температура нагрева трансформатора (в основном его изоляции) не превышала допустимого значения, необходимо обеспечить достаточное охлаждение обмоток и магнитопровода. Для этого в большинстве случаев трансформатор (активную часть) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. При нагревании масло начинает циркулировать и отдает тепло стенкам бака, а от последних тепло рассеивается в окружающем воздухе.

1. Анализ изменения параметров трансформатора с изменением β

.1 Расчет основных электрических величин и изоляционных расстояний

Расчет проводим для трехфазного трансформатора стержневого типа с концентрическими обмотками.

Мощность одной фазы и одного стержня [1]:

Номинальные (линейные) токи на сторонах:

где I₂ - ток в обмотке высокого напряжения;

где I₁ - ток в обмотке низкого напряжения;

Фазные токи обмоток высокого напряжения (ВН) и низкого напряжения (НН) (схема соединения - звезда-звезда) равны линейным токам.

Фазные напряжения обмоток ВН и НН равны:

Испытательные напряжения обмоток:

для обмотки ВН U_ИСП = 35 кВ;

для обмотки НН U_ИСП = 5 кВ.

Выбираем тип обмоток. Обмотка НН при напряжении 132,791 В и токе  А цилиндрическая двухслойная из прямоугольного медного провода. Обмотка ВН при напряжении 5773,5 В и токе 14,434 А цилиндрическая многослойная из круглого медного провода.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_ИСП = 35 кВ находим изоляционные расстояния: a’₁₂ = 0,009 м - промежуток между обмотками НН и ВН; l₀₂ = 0,03 м - расстояние от обмотки ВН до верхнего и нижнего ярм; a’₂₂ =0,01 м - расстояние между обмотками ВН соседних стержней; для U_ИСП = 5 кВ находим a’₀₁ = 4 мм - расстояние между стержнем и обмоткой НН.

где a₁ - радиальный размер обмотки НН, м;

a₂ - радиальный размер обмотки ВН, м;

k = 0,63.

Приведенный канал рассеяния, м:

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

Согласно указаниям выбираем трехфазную стержневую плоскую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне. Соединение верхних и нижних ярмовых балок - вертикальные шпильки. Прессовка стержней путем забивания деревянных стержней и палок между стержнем и обмоткой.

Материал магнитной системы - холоднокатаная анизотропная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм.

Индукция в стержне В_с = 1,64 Тл;

Число ступеней 6 в сечении стержня.

Коэффициент заполнения круга: k_кр = 0,913.

Изоляция пластин - нагревостойкое изоляционное покрытие;

Коэффициент заполнения с изоляцией: k_з = 0,97.

Коэффициент заполнения сталью:

Ярмо многоступенчатое, число ступеней 5;

Коэффициент усиления ярма: k_я = 1,025.

Индукция в ярме:

Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 4 на прямом 3.

Индукция в зазоре: на прямом стыке В’’_з = 1,64 Тл.;

на косом:

Удельные потери в стали р_с = 1,411 Вт/кг, р_я = 1,295 Вт/кг.

Удельная намагничивающая мощность q_c = 2,131 В·А/кг, q_я = 1,775 В·А/кг.

Для зазоров на прямых стыках q’’_з = 26700В·А/м²

Для зазоров на косых стыках q’_з = 4000 В·А/м²

Коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям к.з. (короткого замыкания): k_д = 0,945;

Постоянные коэффициенты для медных обмоток: a = 1,36 b = 0,4;

Коэффициент Роговского: k_р = 0,95

Диапазон изменения β от 1,2 до 3,6.

Расчет основных коэффициентов:

где e = 0,405 - коэффициент;

где K₀ = 2,46·10^-2 - коэффициент;

Масса одного угла магнитной системы, кг:

Активное сечение стержня, м²:

Площадь зазора на прямом стыке: П’’_з = П_с =0,0125·x²;

Площадь зазора на косом стыке: П’_з = П_с·√2 = 0,0177·x².

Потери холостого хода, Вт:

где k_пд = 1,12 - коэффициент добавочных потерь;

k_пу = 10,18 - коэффициент;

Намагничивающая мощность, В·А:

где k’_тд = 1,2 - коэффициент;

k’’_тд = 1,06- коэффициент;

k_ту = 42,45 - коэффициент;

k_т.пл = 1,25 - коэффициент, учитывающий намагничивающей мощности углах магнитной системы;

Далее определяются основные размеры трансформатора.

Диаметр стержня, м:

Средний диаметр канала между обмотками, м:

Высота обмоток, м:

где β - конструкционный коэффициент.

Расстояние между осями стержней, м:

Дальнейший расчёт проводим в форме таблицы и заносим результаты вычислений в таблицу 1.

Данные таблицы рассчитаны на основе вышеупомянутых и следующих формул:

где G_с - масса стержней, кг:

где G_я - масса ярм, кг:

где G_ст - общая масса стали магнитной системы, кг:

где J - плотность тока, А/м²:

где σ_р - механическое напряжение в обмотках, МПа;

где i₀ - ток холостого хода (х.х.), %;

где G₀ - масса металла обмоток, кг;

где G_пр - масса провода, кг;

где G_ач - масса ярм, кг;

k_ос = 2,36

Таблица 1

Предварительный расчёт трансформатора ТМ-250/35-0,4 с плоской шихтованной магнитной системой и медными обмотками