Расчет трехфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО Ж/Д ТРАНСПОРТА УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра: электрические машины КУРСОВОЙ ПРОЭКТ по дисциплине: электрические машины

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО Ж/Д ТРАНСПОРТА

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра: электрические машины

КУРСОВОЙ ПРОЭКТ

по дисциплине: электрические машины

на тему:РАСЧЁТ ТРЁХФАЗНОГО СИЛОВОГО МАСЛЯНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

проверил: выполнил:

студент

Монгилёва А.А Субхангулов В.Р.

шифр:01/05-В-922

Екатеринбург

2006

РЕФЕРАТ

В курсовом проекте содержится:

Страниц

Рисунков

Таблиц

В данном курсовом проекте приведён расчёт трехфазного трансформатора,

определены основные, выбрана изоляция, произведён расчет обмоток низкого и высокого напряжения, определены потери, выполнен тепловой расчёт.

Ключевые слова: трёхфазный силовой масляный трансформатор, мощность, ток, ярмо, стержень, отвод, сердечник, электрические потери, канал рассеивания.

Содержание

1. Расчет основных электрических величин трансформатора
2. Определение основных раземров трансформатора
3. Изоляция
4. Расчет обмотк ВН и НН
5. Определение потерь короткого замыкания
6
7.
8. Определение напряжения короткого замыкания
9. Определение механических сил в обмотках
10. Определение размеров магнитной системы
11. Расчет массы магнитной системы
12. Потери холостого хода трансформатора
13. Определение тока холостого хода
14. Тепловой расчет трансформатора
15. Проверочный тепловой расчет обмоток
16. Тепловой расчет бака
17. Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла
18. Приблизительное определение массы конструктивных материалов и масла трансформатора
19. Список литературы

Задание на курсовой проект

Необходимо спроектировать трёхфазный силовой масляный двухобмоточный трансформатор с параметрами, удовлетворяющие ГОСТ 11677 – 85 и ГОСТ 11920 – 73, которые должны быть получены с заданной точностью.

Исходные данные:

Номинальная мощность: S = 63 кв∙А

Номинальное напряжение обмотки ВН: U = 10 кв

Номинальное напряжение обмотки НН: U = 6,3 кв

Потери холостого хода: P0 = 1,28 квт

Потери короткого замыкания: Pк = 1,28 квт

Напряжение короткого замыкания: uк = 4,5%

Ток холостого хода: I0 = 2.8%

Материал – алюминий

Схема включения – У/Д – 11

1.Расчёт основных электрических величин трансформатора.

1.Мощность одной фазы, кВ∙А

;

где m = c = 3 – число активных стержней трансформатора.

2.Мощность на один стержень, кВ∙А

;

3.Номинальный ток высокого напряжения (ВН), А

;

4.Номинальный ток низкого напряжения (НН), А

;

5.Номинальный фазный ток ВН, А :

Для соединения обмоток в звезду

6. Номинальный фазный ток НН, А :

Для соединения обмоток в треугольник

;

7.Фазное напряжение ВН , В :

Для соединения в звезду

;

8. .Фазное напряжение НН , В :

Для соединения в треугольник

9. Испытательное напряжение обмоток, кВ

По таблице на стр.5 (Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год)

а) для обмотки ВН -

б) для обмотки НН -

10. Заданная величина активной составляющей напряжения короткого замыкания, %,

;

11. Заданное значение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания, %,

;

Полученные значения заносим в таблицу 1

Таблица №1

Sф , кв∙А

S',

кв∙А

I1 ,

А

I2 ,

А

I1 ф ,

А

I ,

А

U1 ф ,

кв

U ,

кв

U1 исп ,

кв

U2исп ,

кв

uр ,

%

21 21 5,77 3,63 3,33 3,63 6,3 5,8 25 35 4

2. Главные размеры


a12 = 1,2

Рисунок 1 - Основные размеры трансформатора

1.Диаметр описанной окружности стержня магнитопровода , см,

,

Принимаем d = 14 см (Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год, таб.1 с 6), число ступеней – 6

2.Коэффициент заполнения сталью

,

Где kкр – коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры,

kз – коэффициент заполнения площади ступенчатой фигуры сталью

Значения выбираем из таб. 2,3 (Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год, с7)

kкр = 0,915

kз = 0,95

3. Активное сечение стержня, см2 ,

,

4. Средний диаметр канала рассеяния, см,

Размер каналов a01 , a12 определяем по табл. 5,6 3 (Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год, с11)

a01 = 1,5 см

a12 = 1,2 см

Ширина обмоток НН и ВН предварительно рассчитываем по формуле, см,

, 1,3

5. Высота обмотки, см,

,,

6.Индукция в стержне:

7.Электродвижущая сила ЭДС одного витка, В/вит,

,

8.Число витков в обмотке НН

,

9.Уточнение ЭДС одного витка, В/Вит,

,

10.Уточнение индукции в стержне, Гс,

,

Полученные размеры заносим в таблицу 2

d,

см

d12 ,см

а01 ,

см

а1 ,

см

а12 ,

см

а2 ,

см

l,

см

lc ,

см

l01 ,

см

l02 ,

см

hя ,

см

14 20,8 1,5 1,3 1,2 1,3 43,5 44,5 5 5 14,5

3. Изоляция

Главными задачами при проектировании изоляции трансформатора яв­ляются выбор принципиальной конструкции изоляции, выбор изоляционных материалов, заполняющих изоляционные промежутки, и размеров изоляци­онных промежутков.

Изоляция в трансформаторе разделяет части, находящиеся под напря­жением между собой, и отделяет их от заземленных частей. В силовых трансформаторах изоляция выполняется в виде конструкций из твердых ди­электриков - электроизоляционного картона, кабельной бумаги, лакотканей, дерева, текстолита, бумажно-бакелитовых изделий, фарфора и других мате­риалов. Части изоляционных промежутков, не заполненных твердым диэлек­триком, заполняются жидким диэлектриком - трансформаторным маслом.

Для упрощения расчета и стандартизации требований, предъявляемых к электрической прочности изоляции готового трансформатора, электрический расчет изоляции производится так, чтобы она могла выдержать приемосда­точные и типовые испытания, предусмотренные соответствующими нормами. Нормы испытаний составлены с учетом возможных в практике значений, длительности и характера электрических воздействий, содержат необходи­мые запасы прочности и закреплены в ГОСТ.

Испытательное напряжение обмоток в зависимости от класса изоляции и рабочего напряжения выбираются по таблице.

При этом в трансформаторах можно использовать материалы класса нагревостойкости А, допускающего температуру до 105° С.

3.1 Главная изоляция обмоток (изоляция от заземленных частей и между обмотками)

Главная изоляция обмоток определяется в основном электрической прочностью при частоте 50 Гц и соответствующими испытательнымн на­пряжениями, определяемыми по справочнику.

Основные размеры изоляционных деталей с учетом производственных допусков и минимально допустимые изоляционные расстояния такой конст­рукции могут быть выбраны по справочнику.

Рисунок 2 - Главная изоляция обмоток


3.2 Витковая изоляция

Изоляцией между витками обычно служит собственная изоляция обмо­точного провода. Выбор толщины изоляции провода для различных значе­ний Uисп может быть сделан по справочнику. В этой таблице дана изоляция провода (витковая) для большей части катушек с нормальной изоляцией. Дополнительная изоляция между витками применяется обычно только на входных катушках.

3.3 Междуслойная изоляция

Выбор междуслойной изоляции зависит от принятой конструкции обмотки. В двухслойной цилиндрической обмотке из прямоугольног 'провода при суммарном рабочем напряжении двух слоев не более 1 кВ достаточной междуслойной изоляцией служит масляный канал шириной не менее 4 мм или прокладка из одного или двух сяоев электроизоляционного картона толщиной по 0,5 мм каждый. При рабочем напряжении более 1 кВ и до 6кВ-масляный канал 6-8 мм или два слоя картона по 1 мм.

Для образования в обмотках, между обмотками и изоляционными ци­линдрами осевых каналов чаще всего применяются рейки, склеенные из по­лос электроизоляционного картона или изготовленные из дерева твердой по­роды, например белого или красного бука. При намотке рейки укладываются по образующим цилиндра и плотно прижимаются проводами к цилиндру или ранее намотанной катушке. Толщина рейки при этом определяет ширину -радиальный размер осевого канала.

Число реек по окружности для трансформаторов до 630 кВ-А выбира­ют обычно исходя из условий удобства намотки, для более мощных транс­форматоров - из условий механической прочности. Число реек ориентиро­вочно принимается равным для трансформаторов мощностью до 100 кВ-А -6;100-560кВ-А-8;750-1350кВ-А-8-10; 1800-5600 кВ-А-10, 12.

Для трансформаторов мощностью 7500 кВ-А и выше число реек выби­рается таким, чтобы ра стояние между их осями по среднему диаметру внешней обмотки было 15 - 18 см.

3.4 Между катушечная изоляция

Изоляцией между катушками в винтовых и непрерывных спиральных обмотках могут служить угловые шайбы (рис. 3.2, а), простые шайбы (рие.З.2, в) или радиальные масляные каналы (рис. 3.2, б и в).

Рисунок 3.2 – Варианты конструкции междукатушечной изоляции .

Для образования радиальных масляных каналов применяют междука­тушечные прокладки из электроизоляционного картона. Ширина прокладок обычно выбирается в пределах 4-6 см. Длина прокладки определяется ра­диальной шириной обмотки. Прокладка высотой hk , набирается из несколь­ких слоев электрокартона толщиной 0,5 - 3 мм. Ввиду того, что стандартные толщины листов электроизоляционного картона кратна 0,5мм, расчетная толщина прокладок (и размеры каналов) должна быть также 0,5 мм. Число прокладок по окружности равно числу реек.

Если регулировочные витки обмотки ВН располагаются по ее середине (рис.3.3), то в месте разрыва обмотки напряжение между двумя половинами обмотки ВН значительно больше напряжения между двумя соседними по­следовательными катушками. Поэтому в месте разрыва обмотки высота ра­диального канала hkp должна быть увеличена. Допустимые размеры hkp в за­висимости от напряжения обмотки ВН и от схемы регулирования следую­щие:

U ном , ВН 6 6 10 10 35 35 35
Схема а б а б в г а
Выс. рад. канала h кр 8 12 10 18 12 12 25

Рисунок 3.3 – Схемы регулирования напряжения

4. Выбор и расчет обмоток

4.1 Выбор конструкции обмотки

1.Предварительное значение средней плотности тока, А/мм2

,

2. Предварительное сечение витка,мм2 :

а) обмотки НН

,

б) обмотки ВН

,

По таблице 13(Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год, с19) производим выбор обмотки ВН и НН.

4.2 Расчет обмоток ВН и НН

Обмотку для ВН и НН выбираем многослойную цилиндрическую из круглого провода.

Число слоёв обмотки принимаем равное двум.

Рис.4 Многослойная целиндрическая обмотка из круглого провода

1) По предварительному сечению П1 из сортамента круглого обмоточного провода для трансформаторов (таб.16, с 29 Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год).

d1 = 1 мм – диаметр провода без изоляции,

d = ,

где - толщина изоляции на две стороны, мм (таб.16, с 29 Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год).

d = мм

Размеры выбранного провода:

АПБ = 2

2) Полное сечение витка, мм2 ,

,

где - число параллельных выходов, = 2,

- сечение одного провода, = 0,785 мм2 (таб.16, с 29 Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год).

мм2

3) Уточняем плотность тока обмотки:

А/мм2

4) Число витков в слое:

5) Число слоев в обмотке:

6) Рабочее напряжение между первыми витками двух соседних слоёв, В

По полученному значению напряжения двух слоёв обмоток определяем:

(таб.8, рис.15, Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год).

a) Толщина междуслойной изоляции

б) Выступ изоляции за высоту обмотки (на сторону) = 1 см.

7) По испытательному напряжению Uисп обмотки ВН и мощности трансформатора S из таб. 6 ( Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год) определяем:

а) размеры канала между обмотками ВН и НН а12 = 1,2 см;

б) толщину цилиндра между обмотками 12 = 0,3 см;

в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки lц2 = 1,6 см;

г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних

стержней а22 = 1,4 см;

д) толщину междуфазной перегородки 22 = 0,2 см;

е) расстояние обмотки ВН от ярма l02 = 5 см.

8) Радиальный размер обмотки, для одной катушки, без масляного

канала см:

см

9) Внутренний диаметр обмотки, см,

см

10) Наружный диаметр обмотки, см

см

11) Поверхность охлаждения обмотки, м2 :

5. Расчет параметров короткого замыкания

5.1 Определение потерь короткого замыкания

5.1.1 Электрические потери в обмотках

1) Масса алюминия обмотки НН, кг,

2) Масса алюминия в обмотке ВН равна массе алюминия в обмотке НН,

кг

3) Общая масса алюминия обмоток:

кг

4) Коэффициент добавочных потерь kд :

где

,

где

,

,

5) Электрические потери в обмотке НН с учётом добавочных потерь, Вт,

6) Электрические потери в обмотке ВН равны потерям в обмотке НН,

Вт

7) Потери в обмотке НН, отнесённые к единице охлаждаемой поверхности, Вт/м2 ,

8) Потери в обмотке ВН, равны потерям в обмотке НН, отнесённые к единице охлаждаемой поверхности, g = 1,15 Вт/м2 .

5.1.2 Электрические потери в отводах

1) Общая длина отводов для соединения по рис 20, Г (стр.39 Расчет конструирование трансформаторов под ред.Н.С. Сиунова, Свердловск 1979 год).

2) Масса алюминия отводов НН, кг,

3) Масса алюминия отводов ВН равна массе алюминия отводов НН, кг

4) Потери в обмотках ВН и НН, Вт:

Полные потери короткого замыкания:

Вт

5.2 Напряжение короткого замыкания uк