Проектирование трёхфазного двухобмоточного масляного трансформатора

k_тр учитывает влияние резки полосы рулона на пластины, k_тр = 1,18;

k_ту – коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах сердечника, для принятой конструкции k_ту = 38,6;

k_тпл учитывает ширину пластин в углах магнитной системы, k_тпл = 1,3.

В результате вычислений получаем

7.3.3.Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока,

. Рассчитанный ток ХХ должен быть не более 115%  i_{0 исх}.

7.3.4. Активная  составляющая тока ХХ,

.

5. Реактивная составляющая тока холостого хода в процентах номинального тока,

.

. 

 

8. Тепловой расчет  трансформатора

 

8.1. Тепловой  расчет обмоток.

8.1.1. Внутренний  перепад температуры в обмотке НН:

,

где d – толщина изоляции провода на одну сторону, d = 0,00025 м;

l_из – теплопроводность изоляции провода, l_из = 0,17 .

8.1.2. Внутренний  перепад температуры в обмотке  ВН:

 

8.1.3. Перепад  температуры на поверхности обмотки НН:

.

где k₁ = 0,9 – коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительной ширины горизонтальных масляных каналов.

8.1.4. Перепад  температуры на поверхности обмотки ВН:

,

где

Р_э2 = Р_осн2 = 3438 Вт – по п. 6.1.2; П₀₂ – по 5.9; k_д2 = 1,002 – по 6.1.4.

8.1.5. Полный  средний перепад температуры  от обмотки НН к маслу:

.

8.1.6. Полный  средний перепад температуры от обмотки ВН к маслу:

. 

8.2. Тепловой расчет бака.

1. Для заданной мощности выбираем бак с вваренными охлаждающими гнутыми трубами (трубчатый).

 

 
 

Рис. 7. Основные размеры бака

8.2.2. Минимальные  размеры бака (по рис. 7):

а) минимальная  ширина:

,

где S₁ – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки или до прессующей балки ярма, S₁ = 20 мм;

S₂ – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с до стенки бака, S₂ = 28 мм;

d₁ – диаметр изолированного отвода обмотки ВН, d₁ = 20 мм;

S₃ – изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S₃ = 20 мм;

S₄ – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака,            S₄ = 28 мм;

d₂ – диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный d₁ = 20 мм;

В результате вычислений получим

м

б) минимальная  длина бака:

 м,

где С – расстояние между осями соседних стержней (по п. 7.1.6),

B – ширина бака, м. 

в) глубина бака:

,

где Н_ач – высота активной части

,

где l_с – по 7.1.5 h_я = а₁ – по 7.1.1;

п – толщина прокладки под нижнее ярмо, п = 30 мм;

Н_як – расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака, определяется по классу напряжения обмотки ВН, для U_ВН=10кВ Н_як =160 мм.

В результате вычислений получаем

 м.

 м.

8.2.3. Периметр бака:

 м.

8.2.4. Поверхность  конвекции гладкой части бака:

 м².

5. Ориентировочная поверхность излучения:

 м²,

Где k – коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака, k = 1,3 – для бака с трубами.

6. Допустимое превышение средней температуры верхних слоев масла над воздухом:

,

где Q_м.ср – большее из двух значений Q_ом.ср1 и Q_ом.ср2.

7. Превышение температуры верхних слоев масла над воздухом:

;

полученное  значение Q_мвв должно быть меньше 60 .

8. Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:

,

где Q_мб = 5 – перепад температуры между маслом и стенкой бака.

9. Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения Q_бв:

 м².

10. Принимаем число рядов круглых труб п, шаг между рядами t_р, размеры трубы, радиус изгиба R, шаг в ряду t_т (рис. 8). Прямой участок а₁ для внутреннего ряда труб принимается равным:   а₁ = 50 мм.

 
 
 
 
 
 
 

Таблица 9

Параметры выбранной трубы

Форма трубы	Размеры сечения, мм	Поверхность 1 м   Пм, м2	Шаг, мм		Радиус  изгиба R, мм	Число рядов  труб при мощности, кВ×А
			между рядами tр	в ряду tт		250–630
Круглая	Æ51	0,16	75	70	150	2

 

 

Рис. 8. Элементы трубчатого бака. 
 
 

8.2.11. Прямые  участки для следующих длин  труб:

мм.

8.2.12. Для принятой формы сечения трубы по размеру наружного ряда труб принимаем минимально допустимые значения с и l: с_min = 75 мм, l_min = 85 мм.

8.2.13. Расстояние  между осями труб на стенке  бака:

 м, где Н – по п. 8.2.2;

 м.

8.2.14. Развернутая  длина трубы:

В первом ряду: м,

во втором ряду м.

8.2.15. Максимальное  число труб в одном ряду  на поверхности бака:

. 

8.2.16. Поверхность  крышки бака:

8.2.17. Поверхность излучения бака с трубами, м²:

где d – диаметр трубы.

8.2.18. Поверхность конвекции бака:

где k_{ф гл} = 1,0; k_{к тр} = 1,4;

П_{к гл} – по п. 8.2.4; П_{к тр} – поверхность конвекции труб::

 м².

 м².

Рассчитанная  поверхность конвекции бака П_к должна быть равной или немного больше необходимой поверхности конвекции П_к^/, определенной     в п. 8.2.9. (120,371 > 117,989).

3. Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла.

8.3.1. Среднее  превышение температуры стенки  бака над окружающим воздухом:

,

где P_к – по п. 6.1.10; P_х – по п. 7.2.5; П_и – поверхность излучения по п. 8.2.17; П_к – по п. 8.2.18.

8.3.2. Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над стенкой бака:

,

где м² – сумма поверхностей гладкой части бака, труб, крышки.

8.3.3. Превышение  температуры масла в верхних  слоях над температурой окружающего воздуха:

,

что меньше допустимого 60 .

8.3.4. Превышение  температуры обмоток над воздухом

обмотка ВН: ;

обмотка НН: .

Полученные  значения меньше допустимых 65 . Следовательно, система охлаждения трансформатора выбрана и рассчитана верно.

 

Заключение

 

    В данном курсовом проекте был рассчитан силовой трансформатор мощностью 1600 кВ×А. Все применяемые материалы, размеры и конструкции соответствуют ГОСТу. Были проведены расчет основных размеров трансформатора, расчет обмоток ВН и НН, расчет магнитопровода, определение параметров холостого хода и короткого замыкания, а также поверочный тепловой расчет.

    Материалом  обмоток была выбрана медь, так  как она имеет большую по сравнению  с алюминием термическую стойкость. Магнитопровод выполнен из холоднокатаной электротехнической рулонной стали марки 3404 толщиной 0,3 мм, что позволяет уменьшить потери на вихревые токи в магнитопроводе. Магнитопровод шихтованный, трёхстержневой плоской конструкции.

    Система охлаждения – масляная с естественной циркуляцией масла. Так как мощность трансформатора сравнительно большая  и поверхность бака недостаточна для надежного конвективного теплообмена, то бак выбран с охлаждающими вваренными гнутыми трубами (трубчатый), что позволяет значительно увеличить площадь теплообмена и предотвращению перегрева обмоток трансформатора сверх допустимых норм.

    Спроектированный  трансформатор может применяться как на районных понижающих подстанциях малой мощности, так и для собственных нужд предприятий. 

 

    

Список  литературы

 

  1. П. М.  Тихомиров. Расчет трансформаторов:  Учеб. пособие для вузов. М.: "Энергоатомиздат", 1986.

  2. А. М.  Дымков. Расчет и конструирование  трансформаторов. Учебник для  техникумов. "Высшая школа", 1971.

  3. В. Е.  Китаев. Трансформаторы. "Высшая школа", 1967.

  4. А. В.  Сапожников. Конструирование трансформаторов.  Госэнергоиздат, 1956.

  5. М. М.  Кацман. Электрические машины и  трансформаторы. "Высшая школа", 1971.

  6. М. П.  Костенко и Л. М. Пиотровский.  Электрические машины. "Энергия", 1964.

  7. А. М.  Голунов. Охлаждающие устройства  масляных трансформаторов. "Энергия", 1964.