Курсова робота
Проектування масляного трансформатора типу ТМН 2500/35
Завдання
Спроектувати силовий трифазний трансформатор такими технічними даними:
1. Тип трансформатора 2500/35
2. Номінальна потужність S н = 2500кВА
3. Число фаз m = 3
4. Частота мережі F = 50 Гц
5. Висока напруга , КВ
6. Матеріал обмотки ВН - Алюміній
7. Низька напруга 6,3 кВ
8. Матеріал обмотки НН - Алюміній
9. Схема і група з'єднань обмоток Y / Y -0
10. Спосіб охолодження - масляне
11. Встановлення - зовнішня
12. Напруга короткого замикання U к = 6.5%
13. Втрати короткого замикання P к = 23.5 кВт
14. Струм холостого ходу i о = 1%
15. Втрати холостого ходу P х = 3.9 кВт
16. Спосіб регулювання напруги - РПН
17. Клас ізоляції - У
18. Характер навантаження - тривала
Зміст
Введення
Пристрій силових трансформаторів
Розрахунок вихідних даних
Розрахунок основних коефіцієнтів
Визначення основних розмірів
Розрахунок обмоток НН
Розрахунок обмоток ВН
Розрахунок параметрів короткого замикання
Розрахунок магнітної системи трансформатора
Розрахунок втрат холостого ходу
Розрахунок струму холостого ходу
Тепловий розрахунок обмоток
Тепловий розрахунок бака
Визначення маси олії
Опис конструкції трансформатора
Висновок
Література
Специфікація
Введення
Трансформатори - це найбільш поширені пристрої в сучасній електротехніці. Трансформатори великої потужності складають основу систем передачі електроенергії від електростанцій в лінії електропередачі. Вони підвищують напругу змінного струму, що необхідно для економного передачі електроенергії на значні відстані. У місцях розподілу енергії між споживачами застосовують трансформатори, знижують напругу до необхідних для споживачів значень. Поряд з цим, трансформатори є елементами електроустановок, де вони здійснюють перетворення напруги живильної мережі до значень необхідних для роботи останніх.
Трансформатором називається статичне електромагнітний пристрій, що має дві або більше обмоток пов'язаних індуктивно, і призначені для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або декількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму. Обмотку, приєднану до джерела живлення, називають первинною, а обмотку, до якої приєднується навантаження-вторинною. Зазвичай всі величини, пов'язані з первинної обмотці трансформатора позначають індексом 1, а пов'язані з вторинної-індексом 2.
Первинну обмотку трансформатора приєднують до мережі живлення змінного струму. Струм первинної обмотки I 1 має активну і індуктивну складові. При розімкнутому вторинної обмотці (холостий хід), внаслідок дії індуктивної складової струму I Ом, виникає магнітний потік, який намагнічує сердечник. Активна складова струму I визначається втратами, що виникають, в місцях сталі, при перемагничивании сердечника. Найбільша частина потоку Ф 1 зчепленого з первинною обмоткою, зчеплена також з усіма обмотками фази і є потоком взаємоіндукції між обмотками, або головним робочим потоком Ф. Інша частина повного потоку Ф 1 зчеплена не з усіма витками первинної і вторинної обмоток. Її називають потоком розсіювання.
ЕРС обмотки пропорційна числу її витків. Ставлення ЕРС первинної і вторинної обмоток називається коефіцієнтом трансформації, який пропорційний відношенню чисел витків первинної і вторинної обмоток.
Пристрій силових трансформаторів
Трансформатори мають магнітопроводящіе сердечники і струмопровідні обмотки. Для кращого охолодження сердечники і обмотки потужних трансформаторів занурюються в бак, наповнений олією. Сердечники трансформаторів складаються зі стрижнів, на яких розміщуються обмотки, і ярем, які служать для проведення потоку між стрижнями. Розрізняють два види сердечників: стрижневою і броньової.
Бронєвой сердечник має розгалужену магнітну систему, внаслідок цього потік в ярмі становить половину від потоку стрижня, на якому розташовані обмотки.
Трифазні трансформатори виконуються зазвичай стрижневими. Їх сердечники складаються з розташованих в одній площині трьох стержнів, з'єднаних ярмамі. Магнітна система таких трансформаторів кілька несиметрична, оскільки магнітна провідність потоку крайніх стрижнів і середнього - є неоднаковою.
Внаслідок зміни потоку, в контурах стали сердечника індукується ЕРС, що викликає вихрові струми, які прагнуть замкнутись по контуру стали, розташованому в поперечному перерізі стержня. Для зменшення вихрових струмів, сердечники трансформатора набираються (шихти) з ізольованих прямокутних пластин електротехнічної сталі товщиною 0.5мм або 0.35мм. Для зменшення зазорів в місцях стиків, шари сердечника, набрані різними способами, чергуються через один. Після складання, листи верхнього ярма виймаються і на стрижнях встановлюються обмотки, після чого ярмо знову зашіхтовивается. Листи сердечника ізолюються лаком або папером, що має товщину 0.03мм, і стягуються за допомогою ізольованих шпильок.
У більшості випадків у трансформаторах електропередач застосовуються так звані концентричні обмотки, що мають вигляд розміщених концентрично (одна в іншій) порожнистих циліндрів. Зазвичай ближче до сердечника розміщується обмотка нижчої напруги, що вимагає меншої товщини ізоляції сердечника.
За способом охолоджування трансформатори поділяються на масляні, обмотки яких занурені в масло і сухе, охолоджувані повітрям. Потужні силові трансформатори мають масляне охолоджування. Трансформатор в більшості випадків не є повністю твердим тілом, а містить велику кількість рідкого масла, яке надає значний вплив на теплопередачу.
У більшості випадків у трансформаторах електропередач застосовуються так звані концентричні обмотки, які мають вигляд розміщених концентрично порожнистих циліндрів (одна в іншій). Зазвичай ближче до сердечника розміщується обмотка нижчої напруги, що вимагає меншої товщини ізоляції сердечника.
У трансформаторах потужністю до 560 кВА концентрична обмотка виконується за типом циліндричної обмотки, в більшості випадків має два шари. Шари обмотки виконуються із проведення круглого або прямокутного перерізу. Провід намотується впритул по гвинтовій лінії вздовж твірної циліндра.
У трансформаторах великих потужностей концентрична обмотка нижчої напруги виконується за типом гвинтовий, у якій між двома сусідніми по висоті витками залишається канал.
У трансформаторах на напругу 35 кВ і більше застосовують концентричну обмотку, виконану за типом безперервної, в якій, на відміну від гвинтових, кожен виток складається з декількох концентрично намотаних витків обмотки. Котушки цієї обмотки намотуються безперервно одним проводом без пайки. При дії осьових стискаючих зусиль, що виникають при раптових коротких замиканнях, найбільш надійними є безперервні обмотки.
2. Розрахунок вихідних даних
Розрахунок проводимо для трифазного трансформатора стрижневого типу з концентричними обмотками.
Потужність однієї фази і одного стержня:
S ф = S / m = 2500 / 3 = 833.3 кВА
S '= S / c = 2500 / 3 = 833.3 кВА
Де: m - число фаз,
с - число активних стрижнів трансформатора.
Номінальні (лінійні) струми на сторонах:
ВН: I 2 = =
= 41.2 А
НН: I 1 = =
= 229А
Фазні струми обмоток (звезда/звезда-0):
ВН: I ф2 = I 2 = 41.2 А
НН: I ф1 = I 1 = 229 А
Фазні напруги обмоток:
ВН: U ф2 = U н2 / = 35000 /
= 20207 У
НН: U ф1 = U Н1 / = 6300 /
= 3637 В
Випробувальна напруга обмоток дивимося по таблиці 4.1:
ВН: U исп.2 = 85 кВ
НН: U исп.1 = 25 кВ
По таблиці 5.8 вибираємо тип обмоток:
Обмотка ВН при напрузі 35 кВ і струмі 41.2 А - циліндрична багатошарова з прямокутного проводу.
Обмотка ПН при напрузі 6.3 кВ і струмі 229 А - циліндрична багатошарова з прямокутного проводу.
Визначення вихідних даних розрахунку:
Потужність обмоток одного стержня:
S '= 833,3 кВА
Для випробувальної напруги обмотки ВН, U исп.2 = 85 кВ за таблицею 4.5 знаходимо ізоляційні відстані:
a 12 = 2,7 см; l 02 = 7,5 см; a 22 = 3,0 см
l Ц2 = 5,0 см; δ 12 = 0.5 см δ 22 = 0.3 см δ ш = 0.2 см
Для обмотки НН, U исп.1 = 25 кВ
a 01 = 15 мм; a Ц1 = 0,6 см;
l Ц1 = 2,5 см; δ 01 = 0.4 см
Ширина наведеного каналу розсіювання:
a p = a 12 + (a 1 + a 2) / 3
(A 1 + a 2) / 3 = K , Де K = 1.25 (з табл. 3.3),
(A 1 + a 2) / 3 = 1.25 = 3.4 см
а р = а 12 + (a 1 + a 2) / 3 = 3 + 3.4 = 6.4 см
Коефіцієнт приведення реального поля розсіювання до ідеального приймаємо:
K р = 0.95
Частота: f = 50 Гц
Активна складова напруги короткого замикання (по 3-9):
U а = P к / 10S = 23500/10 х 2500 = 0.94%
Реактивна складова:
U р = =
= 6,43%
Згідно з параграфом 2.2 вибираємо плоску трифазну стрижневу шіхтованную магнітну систему з косими стиками на крайніх стержнях і прямими стиками на середньому стрижні по рис.1.
Рис. 1 Схема плоскою магнітної системи трансформатора.
За таб.2.1 вибираємо оріентіровачно діаметр стрижня d = 26-28 см.
Пресовка стрижнів бандажами з стеклоленти і ярем сталевими балками. Матеріал магнітної системи - холоднакатанная текстурованим рулонна сталь марки 3404толщіной 0.35 мм.
Індукція в стержні В з = 1.63Тл. У перетині стрижня 8 ступенів, коефіцієнт заповнення кола До кр = 0.929, ізоляція пластин - жаростійкої ізоляційне покриття плюс одноразова лакування, К з = 0.97 (за таб.2.6), коефіцієнт заповнення сталлю
k c = К кр 'К з = 0.929' 0.97 = 0.9.
Ярмо багатоступінчасте, число ступенів 6, коефіцієнт посилення ярма k я = 1.03 індукція в ярмі:
У я = У с / До я = 1.63/1.03 = 1.57 Тл
Число зазорів магнітної системи на косому стику = 4, на прямому = 3.
Індукція в зазорі
на прямому стику:
У з `` = В с = 1.63 Тл
на косому стику:
У з `= В с / = 1.63 /
= 1.14 Тл
Питомі втрати в сталі р з = 1.353 Вт / кг; р я = 1.242 Вт / кг.
Питома намагнічує потужність q c = 1.956 ВА / кг, q я = 1.66 ВА / кг,
Для зазорів прямих стиків q `` з = 2.5 ВА / см 2,
для зазору косих стиків q `p = 0.32 ВА / см 2.
По таблиці 3.6 знаходимо коефіцієнт враховує ставлення основних втрат в обмотках до втрат короткого замикання, до д = 0.9 і по таблиці 3.4 та 3.5 знаходимо постійні коефіцієнти для алюмінієвих обмоток
a = 1.40 '1.06 = 1.484
b = 0.28 '1.25 = 0.36
Приймаються К р £ 0.95.
Діапазон зміни b від 1.2 до3.0 (за таб.12.1)
3. Розрахунок основних коефіцієнтів
По (3-30) знаходимо:
А = 16 = 16
= 0.259
По (3-35):
A 1 = кг
По (3-36):
A 2 = кг
По (3-43):
кг
l = 0.411 для ярма з багатоступінчатою формою поперечного перерізу.
По (3-44):
кг
По (3-52) для частоти 50 Гц:
K 0 = 1.2 '10 лютого
З 1 = K 0 =
= 538 кг
По (3-65):
МПа
Мінімальна вартість активної частини трансформатора має місце за умов, визначених рівнянням (3-55):
за таблицею (3-7) - K oc = 2.65; K пр = 1.13 (для алюмінієвого проводу)
Отримаємо:
X 5 + BX 4 - CX - D = 0; X 5 +0.194 X 4 -0.5 X -1.1 = 0
Рішенням цього рівняння є: β = 134
Знаходимо граничні значення β по допустимих значень щільності струму Δ і розтягуючим механічним напруженням σ р:
По (3-61 1):
По (3-66):
Маса одного кута магнітної системи:
По (3-45 1):
Активне перетин стрижня:
По (3-59):
Площа зазору на прямому стику:
на косому стику:
Втрати холостого ходу за формулою (8-32):
де: К пд = 1.15 (для пластин з відпалом та ярма з багатоступінчатою формою перетину)
До уп = 10.18 (за таблицею 8-6)
К ф = 2 (с-1) = 2 (3-1) = 4 (для трифазного трансформатора)
Намагнічує потужність за формулою (8-44):
де: k тд 'k тд "= 1.2 (для пластин з відпалом та ярма з багатоступінчатою формою перетину)
k тд '= 1.07
k у = 42.45
Попередній розрахунок трансформатора ТМ-2500/35 з плоскою шіхтованной магнітною системою і алюмінієвими обмотками.
β | 1.34 | 1.2 | 1.8 | 2.4 | 3.0 |
| 1.076 | 1.047 | 1.16 | 1.245 | 1.31 |
| 1.157 | 1.096 | 1.342 | 1.55 | 1.734 |
| 1.246 | 1.147 | 1.55 | 1.93 | 2.29 |
A 1 / x = 1303 / x | 1211 | 1243 | 1123 | 1047 | 987.1 |
A 2 x 2 = 163x 2 | 188.6 | 179 | 219 | 252 | 283 |
G c = A 1 / x + A 2 x 2 | 1399.6 | 1422 | 1342 | 1299 | 1270 |
B 1 x 3 = 865.8x 3 | 1078.78 | 994 | 1350 | 1671 | 1983 |
B 2 x 2 = 89.5x 2 | 103.3 | 98 |