Курсовая работа (т): Проект трёхфазного масляного трансформатора

Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН:

Длина отводов обмоток НН и ВН:

Масса отводов НН:

где П_отв1 = П₁ - площадь сечения отвода НН, м²;

γ = 8900 кг / м³ - плотность металла отводов.

Потери отводов НН:

Масса отводов ВН:

где П_отв2 = П₂ - площадь сечения отвода ВН,

Потери отводов ВН:

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака:

где k = 0,015 - коэффициент,

Полные потери короткого замыкания:

Полные потери короткого замыкания для номинального напряжения обмотки ВН:

или  заданного значения.

.2 Расчёт напряжений короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Средний диаметр канала между обмотками, м:

Уточнение конструкционного коэффициента β :

Ширина приведенного канала рассеяния по (1.7):

Находим коэффициент σ:

Находим коэффициент k_р, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального параллельного поля (коэффициент Роговского):

Принимаем коэффициент  _, так как обмотки ВН равна высоте обмотке НН.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания , %:

Напряжение короткого замыкания, %:

 (3.26)

.

или  заданного значения.

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

Установившийся ток короткого замыкания в обмотке ВН:

где S_к = 500 МВ·А - мощность короткого замыкания электрической сети, I_н = I₁ - номинальный ток в обмотке ВН,

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

где при u_р / u_a = 1,99; то k_max·√2 = 1,75;

Радиальная сила:

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН:

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН:

т.е. 36,92% допустимого значения 60 МПа.

Осевые силы:

Осевые силы действуют на обе обмотки по рисунку 1.

Рисунок 1 - Распределение сжимающих осевых сил

Максимальные сжимающие силы в обмотках: F_сж1 = F’_ос = 18984 Н.

Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН, где F_сж = 18984 Н.

Напряжение сжатия на междувитковых прокладка:

где n - число прокладок по окружности обмоток,

b = 0,04 м - ширина прокладки,

т.е. 40,915 % допустимого значения 20 МПа;

Температура обмотки, через четыре секунды, после возникновения короткого замыкания:

где t_к = 4с - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора;

θ_н = 90° С - начальная температура обмотки;

4. Расчет магнитной системы

.1 Определение размеров магнитной системы и массы стали

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной анизотропной рулонной стали марки 3404 0,35 мм по рисунку 2. Сечение стержня представлено на рисунке 3 и сечение ярма на рисунке 4.

Рисунок 2 - Основные размеры магнитопровода

Рисунок 3 - Сечение стержня

Рисунок 4 - Сечение ярма

Принимаем конструкцию плоской трёхфазной шихтованной магнитной системы с четырьмя косыми и тремя прямыми стыками на среднем стержне. Прессовка стержня - путём забивания деревянных стержней и палок между стержнем и обмоткой НН. Прессовка ярма - прессующими балками и шпильками.

Диаметр стержня d = 0,170 м. В сечении стержня 6 ступеней без прессующей пластины. В сечении ярма 5 ступени. Ширина крайнего наружного пакета 85 мм. Размеры пакетов в сечения стержня и ярма заносим в таблицу 3.

Таблица 3

Размеры пакетов в сечении стержня и ярма

Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня

Площадь сечения стержня: П_фс = 0,02085 м².

Площадь сечения ярма: П_фя = 0,02141 м².

Объем магнитной системы: V_у = 0,002908 м³.

Активное сечение стержня по (1.39):

Активное сечение ярма:

Объем стали угла магнитной системы:

Длина стержня:

Расстояние между осями стержней:

 (4.3)

Массы стали в стержнях и ярмах магнитной системы.

Масса стали угла магнитной системы:

где γ_ст = 7650 кг / м³,

Массы стали частей ярм, заключенных между осями крайних стержней:

Массы стали в местах стыка пакетов стержня и ярма:

Полная масса двух ярм:

Массы стали стержней в пределах окна магнитной системы:

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма:

где a_1я = 0,160 м - ширина стыкуемых пакетов стержня и ярма,

Масса стали стержней:

Общая масса стали:

.2 Расчет потерь холостого хода

Индукция в стержне:

Индукция в ярме:

 (4.13)

Индукция на косом стыке:

 (4.14)

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

(4.15)

где П_кос - площадь сечения стержня на косом стыке,

Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм:

при B_с = 1,64 Тл p_с = 1,411 Вт / кг p_з.с = 1044 Вт / м²;

при B_я = 1,58 Тл p_я = 1,295 Вт / кг p_з.я = 990 Вт / м²;

при B_кос = 1,16 Тл p_кос = 515 Вт / м².

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение.

Принимаем:_пр = 1,04 - коэффициент, учитывающий способ резки полосы рулона на пластины;_пз = 1 - коэффициент, учитывающий срезание заусенцев;_пя = 1 - коэффициент увеличения потерь, зависящий от формы сечения ярма;_пп = 1,03 - коэффициент, влияния прессовки на потери х.х.;_пш = 1- коэффициент перешихтовки верхнего ярма;_пу = 10,18 - коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы.

Тогда потери холостого хода составят:

Что составляет  от заданного значения.

.3 Расчет тока холостого хода

Находим удельные намагничивающие мощности:

при B_с = 1,64 Тл q_с =2,131 В·А/кг q_сз =26700 В·А/м²;

при B_я = 1,6 Тл q_я =1,775 В·А/кг q_ся =23500 В·А/м²;

при B_кос = 1,16 Тл q_кос = 4000 В·А/м².

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления принимаем коэффициенты:_тр = 1,18 - коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины;_тз = 1 - коэффициент, учитывающий срезание заусенцев;_т.пл = 1,19 - коэффициент учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы;_тя = 1 - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма;_тп = 1,045 - коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы;_тш = 1,01 - коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма;_ту = 42,45 - коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы.

Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит:

Ток холостого хода:

 (4.18)