Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения
Введение
Трансформатор представляет
собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для
преобразования (синусоидального) тока одного напряжения в переменный ток
другого напряжения той же частоты.
Трансформаторы широко
применяются в разных областях электротехники, радиотехники, электроники, в
устройствах измерения, автоматического управления и регулирования.
По особенностям конструкции и
применению трансформаторы можно разделить на силовые, сварочные, измерительные
и специальные. Наибольшее применение в народном хозяйстве получили силовые
трансформаторы, которые являются необходимым элементом промышленной
электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния при
относительно низких напряжениях, которые вырабатывают электростанции,
экономически невыгодна из - за больших потерь в линии. Действительно, при
низких напряжениях U та же
мощность (P=UIcosф)
получается при большем токе I,
следовательно, увеличивается мощность потерь в проводах RI2,
т. е. необходимо увеличивать сечения проводов. Поэтому на электрических
станциях устанавливаются силовые трансформаторы, повышающие напряжения до 110,
220, 750 и 1150 кВ. У потребителей напряжения при помощи трансформаторов
понижается несколькими ступенями до 380/220 В.
По числу фаз трансформаторы
подразделяются на однофазные и трёхфазные. Каждая фаза трансформатора имеет
первичную и вторичную обмотки.
Проектирование силового
трансформатора является сложной задачей, связанной с большим количеством
расчетов различных вариантов, зависящих как от исходных данных, так и от
выбираемых самим проектировщиком на базе опыта работы и эксплуатации
трансформатора.
В данной работе проводится
расчёт трансформатора типа ТРДН. Это трансформатор с расщепленной обмоткой
низшего напряжения (Р), масляный с дутьём и естественной циркуляцией масла (Д)
и с выполнением одной из обмоток с переключением ответвлений под нагрузкой (Н).
|
Тип
трансформатора
|
ТРДН
|
|
Номинальная
мощность S,кВА
|
40000
|
|
Номинальные
напряжения обмоток
|
|
|
1.Высокого
напряжения ВН Uвн, кВ
|
115
|
|
2.Низкого
напряжения НН Uнн,кВ
|
6,3/6,3
|
|
Напряжение
короткого замыкания  10,5
|
|
|
Ток
холостого хода  0,65
|
|
|
Потери:
|
|
|
1.Короткого
замыкания  160
|
|
|
2.Холостого
хода  42
|
|
|
Материал
обмоток
|
Медь
|
|
Вид
переключения обмоток
|
РПН
|
|
Схема
и группа соеденений
|
 /∆ -
∆ - 11 -11
|
1.
Определение основных электрических величин
Мощность одной фазы
Мощность на одном стержне
где m - число
фаз; в трехфазном трансформаторе m=3; С - число активных стержней: S -
номинальная мощность в кВА.
Номинальный линейный ток обмоток
высокого (ВН) и низкого (НН) напряжений, кВ
Высокого напряжения соединена в 
Низкого напряжения соединена в ∆
где S - мощность
трансформатора в кВА; Uл - номинальное линейное напряжение
в В.
Фазный ток обмотки одного стержня
ф = Iл = 201 А,
при соединении в
Iф = Iл /
= 3670/ = 2121 А,
при соединении в ∆
Номинальные фазные напряжения
кВ, при соединении в
кВ, при соединении в ∆
Активная и реактивная составляющие
напряжения короткого замыкания:
Испытательные напряжения:
2.Выбор главной и продольной
изоляции
Размер прессующих колец, склеенных
из древесно - слоистого материала
Hk = 80 мм
Расстояние между обмотками ВН и НН:
а12 = 50мм;
а22 = 50мм.
Выбор нормальной витковой изоляции
|
Испытательное
напряжение обмотки, кВ
|
Марка
провода
|
Толщина
изоляции на две стороны, мм
|
Назначение
|
|
200
|
ПБ
и АПБ
|
1,20
(1,35)
|
Для
масляных трансформаторов
|
Дополнительная изоляция между витками на входных
катушках обмоток фаз.
Испыта-
тельное напря- жение, кВ
|
Первая
катушка
|
Вторая
катушка
|
Третья
и четвертая катушки
|
|
|
Витков
|
Всей
катушки
|
Витков
|
Всей
катушки
|
Витков
|
Всей
катушки
|
|
Ввод
линейного конца в середину высоты обмотки
|
|
110
|
200
|
1,20
(1,35)
|
1,0
|
1,20
(1,35)
|
3,0
|
1,20
(1,35)
|
1,5
|
Нормальная междуслойная
изоляция в многослойных цилиндрических обмотках.
|
Суммарное
рабочее напряжение двух слоев обмотки, В
|
Число
слоев кабельной бумаги на толщину листов, мм
|
Выступ
междуслойной изоляции на торцах обмотки(на одну сторону), мм
|
|
От
5001 до 5500
|
9х0,12
|
22
|
Нормальная междуслойная
изоляция в многослойных цилиндрических катушках обмотки.
|
Рабочее
напряжение двух слоев обмотки, кВ
|
Толщина
изоляции, мм
|
Материал
изоляции
|
|
От
201 до 300
|
2х0,2
|
Электроизоляционный
картон
|
Междукатушечная изоляция
Осевой размер масляного канала.
Минимальная ширина охлаждающих
каналов в обмотках.
Масляные трансформаторы.
|
Вертикальные
каналы
|
Горизонтальные
каналы
|
|
Длина
канала, мм
|
Обмотка
- обмотка, мм
|
Обмотка
- цилиндр, мм
|
Обмотка
- стержень, мм
|
Длина
канала, мм
|
Обмотка
- обмотка, мм
|
|
1500
|
10
|
8
|
10
|
80
|
7
|
Минимальные размеры канала hкр
в месте расположения регулировочных витков обмотки ВН.
|
Класс
напряжений ВН, кВ
|
Изоляция
в месте разрыва
|
|
Способ
изоляции
|
Размер
канала, мм
|
|
110
|
Масляный
канал с барьером из шайб
|
30
(в том числе шайба 5мм)
|
Принципиальные схемы
регулирования напряжения обмотки ВН.
Конструкция изоляции в месте
разрыва обмотки ВН.
.Выбор конструкции
магнитопровода
Для трехфазных силовых
трансформаторов мощностью до 100000 кВА применяется плоская шихтованная стержневая
система со сборкой в переплет.
План шихтовки магнитной
системы:
Сочетание косых стыков с
комбинированными.
Способы прессовки ярма ярмовыми
балками:
стальными полубанджами и
внешними шпильками;
Прессовки стержня:- бандажами
из стеклоленты.
Число ступеней в сечении
стержня современных трехфазных масляных трансформаторов.
Ориентировочный диаметр стержня
d = 0, 67 м
С прессующей пластиной:
число ступеней: 15,
Коэффициент заполнения круга kkp
= 0, 918
В стержнях трансформаторов
такой мощности делаются охлаждающие каналы.
трансформатор
напряжение изоляция магнитопровод
Ориентировочное число
продольных по отношению к листам и поперечных охлаждающих каналов: 3
Ширина продольного канала: 6мм
поперечного: 10 мм
Выбираем холоднокатаную сталь
марки 3405 толщиной 0,35мм.
Коэффициент заполнения: Кз =
0,965
При определении активного
сечения стержня в предварительном расчете обычно пользуются коэффициентом
заполнения сталью: kс = kкрkз
= 0,918*0,965 = 0,886.
Вид изоляционного покрытия:
нагревостойкое плюс однократная лакировка.
Индукция в стержне 
.
Коэффициента усиления ярма для
современных масляных трансформаторов:
kя = 1,025
Индукция в ярме
,
Индукция в зазоре на прямом стыке
,
на косых стыках
.Основные размеры трансформатора
Предварительно рассчитывается
величина β,
соответствующая минимальной стоимости активной части трансформатора СА,Ч Затем,
изменяя β в
рекомендуемых пределах, определяются параметры холостого хода, плотность тока и
растягивающее механическое напряжение 
, которые не должны превышать
допустимые величины. На основании анализа полученных величин выбираются
основные размеры трансформатора. Сначала составляется уравнение для определения
минимальной СА,Ч .
Постоянные коэффициенты
трансформатора а = 1,45-отношение среднего диаметра витка двух обмоток к
диаметру стержня d;
b = 0,61-
отношение удвоенного радиального размера внешней обмотки к диаметру стержня d;
е = 0,41 - для определения
равновеликой площади угла магнитной системы. Коэффициент, учитывающий отношение
основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания 
,
коэффициент Роговского, учитывающий приведение идеализированного поля рассеяния
к реальному 
.
Приведенная ширина двух обмоток:
Ширина приведенного канала
рассеяния:
Изоляционное расстояние от обмоток
до ярма
,
Коэффициент для определения массы
металла обмоток 
, коэффициент
отношения цены 1 кг стали к цене 1 кг обмоточного провода k0С = 1,97;
коэффициент, учитывающий увеличение массы провода на изоляцию и регулирования
напряжения 
.
Основные коэффициенты уравнения для
определения минимальной стоимости активной части трансформатора.
Уравнение 
принимает
вид х5 + 0,19х4 - 0,45х -1,5 = 0. Решение этого уравнения дает x = 1,115 и β = 1,75 ,
соответствующее минимальному САЧ. Диаметр стержня d=A∙x=0,55535∙1,115=0,62
м.
Выбор того или иного значения β определяет
также параметры холостого хода трансформатора. Диапазон изменения β принимается
β = 1,5-1,8.
при β = 1.5;
при β = 1.6;
при β = 1.7;
при β = 1.8.
- коэффициент, учитывающий
добавочные потери вызванные резкой стали, снятием заусенцев, прессовкой
магнитной системы и перешихтовкой верхнего ярма, а также потери в зоне зазора.
Пластины отожжены.
- коэффициент увеличения потерь в
углах.
рс = 1,238 Вт/кг - удельные потери в
стали стержня для индукции Вс=1,65Тл.
ря= 1,150 Вт/кг (табл.29) - удельные
потери в стали ярма для индукции Вя= 1,61Тл.
Потери холостого хода:
|
 
|
|
|
44927
|
1,11
|
|
45499
|
1,12
|
1,14
|
|
47951
|
1,16
|
Масса стали стержня:
|
 ,кг
|
|
|
13714
|
1,11
|
|
13659
|
1,12
|
|
13555
|
1,14
|
|
13459
|
1,16
|
Масса стали ярма:
|
 х
|
|
|
13439
|
1,11
|
|
13798
|
1,12
|
|
14535
|
1,14
|
|
15297
|
1,16
|
Масса одного угла магнитной
системы для мощности 1000 кВА и выше:
|
 х
|
|
|
1047
|
1,11
|
|
1075
|
1,12
|
|
1134
|
1,14
|
|
1195
|
1,16
|
Намагничивающая мощность:
|
 х
|
|
|
171845
|
1,11
|
|
175344
|
1,12
|
|
182684
|
1,14
|
|
190292
|
1,16
|
=1,2 - коэффициент, учитывающий
влияние резки полосы рулона на пластины и влияние среза заусенцев.
=1,09 - коэффициент, учитывающий
форму ярма, прессовку магнитной системы и перешихтовку верхнего ярма.
а2 = dAx = 
, отсюда
а2 = 0,19
=1,25 - коэффициент, учитывающий
ширину пластин в углах магнитной системы. Для индукции В = 1,3 - 1,7 Тл и
ширине пластины второго пакета
а2 = 0,19 м.
=38,5 - коэффициент, учитывающий
форму стыков в крайних и средних стержнях магнитной системы для индукции 1,4 Тл
и комбинированных 4 косых и 2 прямых стыке.
=1,775 ВА/кг - удельная
намагничивающая мощность для индукции в стержне Вс = 1,65 Тл.
=1,602 ВА/кг - удельная
намагничивающая мощность для индукции в ярме Вя = 1,61 Тл.
общее число зазоров: косых '= 4 и
прямых " =2
стыков.
=900 ВА/м - удельная намагничивающая
мощность для зазоров косого стыка с индукцией В3' = 1,01 Тл.
=20480 ВА/м - удельная
намагничивающая мощность для одного прямого стыка с индукцией В3" =1,61
Тл.
Полный ток холостого хода:
|
 х
|
|
|
0,53
|
1,11
|
|
0,54
|
1,12
|
|
0,56
|
1,14
|
|
0,58
|
1,16
|
 х
|
|
|
0,264
|
1,11
|
|
0,269
|
1,12
|
|
0,279
|
1,14
|
|
0,289
|
1,16
|
Активное сечение ярма:
|
 х
|
|
|
0,271
|
1,11
|
|
0,276
|
1,12
|
|
0,286
|
1,14
|
|
0,296
|
1,16
|
Для магнитной системы площадь
зазора на прямом стыке:
|
 х
|
|
|
0,271
|
1,11
|
|
0,276
|
1,12
|
|
0,286
|
1,14
|
|
0,296
|
1,16
|
Площадь зазора на косом стыке:
|
 х
|
|
|
0,373
|
1,11
|
|
0,38
|
1,12
|
|
0,394
|
1,14
|
|
0,408
|
1,16
|
Стоимость активной части в
условных единицах:
|
 х
|
|
|
42643
|
1,11
|
|
42671
|
1,12
|
|
42776
|
1,14
|
|
42940
|
1,16
|
Масса чистого металла обмоток:
|
 х
|
|
|
27153
|
1,11
|
|
27457
|
1,12
|
|
28090
|
1,14
|
|
28756
|
1,16
|
Масса чистого металла обмоток:
|
 х
|
|
|
7863
|
1,11
|
1,12
|
|
7455
|
1,14
|
|
7200
|
1,16
|
Действительная масса провода
для обмоток из алюминия:
|
 х
|
|
|
8335
|
1,11
|
|
8186
|
1,12
|
|
7902
|
1,14
|
|
7632
|
1,16
|
Плотность тока в медных
обмотках:
|
 х
|
|
|
2,62
|
1,11
|
|
2,64
|
1,12
|
|
2,67
|
1,14
|
|
2,69
|
1,16
|
К= - для алюминия -постоянный
коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления плотности
металла обмоток.
Механическое растягивающее
напряжение:
|
 х
|
|
|
32,82
|
1,11
|
|
33,72
|
1,12
|
|
35,56
|
1,14
|
|
37,46
|
1,16
|
Диаметр стержня:
|
 х
|
|
|
0,616
|
1,11
|
|
0,622
|
1,12
|
|
0,633
|
1,14
|
|
0,644
|
1,16
|
Средний диаметр витка двух
обмоток:
|
 х
|
|
|
0,894
|
1,11
|
|
0,902
|
1,12
|
|
0,918
|
1,14
|
|
0,934
|
1,16
|
Высота обмотки:
|
 х
|
|
|
1,85
|
1,11
|
|
1,8
|
1,12
|
|
1,71
|
1,14
|
1,16
|
Удвоенный радиальный размер
внешней обмотки:
|
 х
|
|
|
0,376
|
1,11
|
|
0,38
|
1,12
|
|
0,386
|
1,14
|
|
0,393
|
1,16
|
Расстояние между осями соседних
стержней:
|
 х
|
|
|
1,37
|
1,11
|
|
1,381
|
1,12
|
|
1,404
|
1,14
|
|
1,427
|
1,16
|
Весь расчет сводится в таблицу:
|
х
|
1,11
|
1,12
|
1,14
|
1,16
|
|
13714136591355513459
|
|
|
|
|
|
13439137981453515297
|
|
|
|
|
|
27153274572809028756
|
|
|
|
|
|
1047107511341195
|
|
|
|
|
|
44927454994669647951
|
|
|
|
|
|
0,2640,2690,2790,289
|
|
|
|
|
|
171845175344182684190292
|
|
|
|
|
|
%0,530,540,560,58
|
|
|
|
|
|
7863772374557200
|
|
|
|
|
|
42643426714277642940
|
|
|
|
|
|
2,622,642,672,69
|
|
|
|
|
|
32,8233,7235,5637,46
|
|
|
|
|
|
0,6160,6220,6330,644
|
|
|
|
|
|
0,8940,9020,9180,934
|
|
|
|
|
|
1,851,81,711,62
|
|
|
|
|
|
0,3760,380,3860,393
|
|
|
|
|
|
1,371,3811,4041,427
|
|
|
|
|
.Графики изменения основных
расчетных величин трансформатора
Изменение масс стали Gс,
Gя, Gcт
и металлообмоток Go.
Изменение относительной
стоимости активной части трансформатора.
Изменение полного тока
холостого хода.
Изменение потерь холостого
хода.
Изменение плотности тока в
медных обмотках.
Изменение механического
растягивающегося напряжения.
Заключение
В данной работе мы провели
проектирование силового трансформатора.
В итоге мы определили:
основные размеры
трансформатора;
конструкцию и произвели расчет
обмоток низшего и высшего напряжения;
параметры короткого замыкания;
произвели расчёт магнитной
системы, определили параметры холостого хода;
произвели тепловой расчет и
расчет охладительной системы;
определили массу и стоимость
трансформатора.
Полученные значения величин
отличаются от заданных в пределах допустимого интервала.
Похожие работы на - Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения
|