Расчет и проектирование трансформатора мощностью 400 кВА. Курсовой проект Расчет силового трехфазного двухобмоточного трансформатора с естественным масляным охлаждением
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
5.Расчет обмотки ВН (пo § 6.3). Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле wн1= w2*(Uф1/ Uф2) wн1= 50*(5774/400) = 722. Число витков па одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду wр = ∆U/(uB*√3) wр = (10000 * 0,025) / (8 * √ 3) = 18,04 принемаем wр = 18 где ∆U — напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В; uB— напряжение одного витка обмотки, В. Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях На четырех ступенях: верхние ступени напряжения .... w1=wн1+2wр, wH1+wp; при номинальном напряжении: wн1 нижние ступени напряжения .... wн1 — wp, wн1—2wр. Напряжение, В число витков на ответвлениях Uн1+2*0,025* Uн1 w1=wн1+2wр Uн1+0,025* Uн1 w1=wH1+wp Uн1 w1 Uн1 - 0,025* Uн1 w1=wH1 - wp Uн1 - 2*0,025* Uн1 w1=wн1-2wр
Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков w1=wн1+2wр или w1=wн1-2wр является числом витков на один стержень. Осевой размер обмотки ВН l1 принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l2. Плотность тока, А/м2, в обмотке ВН предварительно определяется по формуле J1= 2*JCP– J2 J1= 2*3*106 – 2,9*106 = 3,5*106 А/м2. Сечение витка обмотки ВН, мм2 (П'в)вн =Iф1/ (Jcp*10-6) (П'в)вн = 23/ 3=6,7 мм2 По таблице 5,8 — выбрали цилиндрическую многослойную из кругового провода (S= 400 kBA; I1= 23 A; Uн1=10000 B; П'1 =6,7 мм2) Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода. П”1 =(П'в)вн/nв1 = 6,7/2 =3,3 — сечение одного провода, мм2. Окончательно принимаем П”1 = 3,53 мм2. По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d2 и провода в изоляции d” 2, мм. Подобранные размеры провода записываются так:
где n в1 — число параллельных проводов, Полное сечение витка, м2, П1 = nв1* П”1*10-6 П1 = 2 * 3,53* 10-6 = 7,06*10-6 м2 где П” 1— сечение одного провода, мм2. Полученная плотность тока, А/м2, J1= IФ1/П1 J1= 23/7,06 *10-6 = 3,27 *106 А/м2.  Рис. Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения. Число витков в слое wcл1= l1*103/( nв1* d''1) – 1 wcл1= 0,41*103/ (2*3,95) -1 = 52 Число слоев в обмотке nсл1 = w1/ wcл1 nсл1 = 722/ 52= 14 ( nсл1округляется до ближайшего большего числа). Рабочее напряжение двух слоев, В, Uмсл= 2*wcл1 *uв. Uмсл= 2*52* 8,02= 834,18 В. По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями § 4.5 выбираются число слоев и общая толщина δмсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки ( 2* δмсл =0,12 мм). Минимальная ширина масляного канала между катушками а22 выбирается по табл. 9.2. Радиальный размер обмотки, м: две катушки без экрана а1 = (d''1* nсл1 + δмсл *( nсл1 -1)+ а22) *10-3 а1 = (3,95*14+0,24*(14-1)+10) *10-3= 0,01314 м. В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран — незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала. При наличии экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле а2экр= а1+(δэкр + 2*δмсл)*10-3 а2экр= 0,01314+(0,5+ 2*0,12)*10-3 = 0,01412м где δэкр = 0,5 мм; δмсл но табл. 4.7. Для рабочего напряжения 35 кВ можно принять дополнительное увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 3 мм. Минимальный радиальный размер а’12, мм, осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН согласно § 4.5. (а’12= 9 мм ) а12экр=( а’12+ δэкр + 2*δмсл)*10-3 а12экр= ( 9 + 0,5+ 0,12)*10-3 = 0,00998 м. Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана — до его внутренней изоляции), м, D'1 = D”2 + 2a12 D'1 = 0,227+2*9*10-3 = 0,245 м. Наружный диаметр обмотки: с экраном D”1= D'1+2*а2экр D”1= 0,245 + 2*0,01314 = 0,273 м. Поверхность охлаждения, м2, По1 = с*n*k*π*( D'1+ D”1)*l где с — число активных стержней магнитной системы. Для двух катушек по рис. 5.22, д n= 2; k = 0,8. По1 = 3* 2* 0,8*3,14*(0,245+0,273)*0,41= 3,17 м2. Средний диаметр Dср1 = (D’1+ D’’1 )/2 Dср1 = (0,245+0,273)/2 = 0,259 м. Масса метала GM1 = 28 * 103 * с * Dcp1* wн1 * П1 где с- число активных стержней трансформатора. GM1 = 28 * 103 * 3 * 0,259 * 722 * 7,06 * 10-6 = 111 кг. Масса провода Gпр1= к* GM1 где к – коэффициент ориентировочное увеличение массы прямоугольного медного провода в процентах за счет изоляции по таблице 5.5 выбрали 1,05 Gпр1=1,1*103 = 126 кг. Основные потери короткого замыкания в НН Росн1 =2,4*10-12*J2*GM1 Росн1 =2,4*10-12*32*1012*111 = 2845 Вт. После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки q1 = (Росн1*kд1)/ П01 где kд1 = 1+0,095*108*β12*d4*n2 β1= (d*m/l)*kp β= (2,12*10-3*2/0,41)*0,95= 0,01 kд = 1+ 0,095*108*0,012*(2,12*10-3)4*82=1,000007 где n— число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; т — число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; l — общий размер обмотки в направлении, параллельном направлению линий магнитной индукции поля рассеяния; d— диаметр круглого проводника; kp— коэффициент приведения поля рассеяния (см. § 7.2). q2 = (2845*1,000007)/3,17= 853 Вт/м2. меньше допустимого (qдоп <= 1200÷1400 Вт/м2 ). 6. Расчет параметров короткого замыкания. Основные потери в отводах: отводы НН общую длину проводов для соединения в треугольник lотв2 = 14 * l lотв2 = 14*0,41= 5,8 м; масса металла проводов отводов можно Gотм2 = lотв2* П2*γ где γ – плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3 Gотм2 =5,8 * 116 * 10^(-6) * 8900 = 5,94 кг. Ротв2 = k * Gотм2 * J22 где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12 Ротв2= 2,4 * 10-12 * 5,94 *(2,88 * 106)2 = 118 Вт; отводы ВН общую длину проводов для соединения в звездой lотв1 = 7,5 * l lотв1 = 7,5 * 0,41= 3 м; масса металла проводов отводов можно Gотм1 = lотв1* П1*γ где γ – плотность металла отводов для меди 8900 кг/м3 Gотм1 = 3 * 7,06 * 10^(-6) * 8900 = 0,2 кг. Ротв1 = k * Gотм1 * J12 где k выбирается в зависимости от металла отводов для меди выбрали 2,4*10-12 Ротв1= 2,4 * 10-12 * 0,2 *(3 * 106)2 = 5 Вт; Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и К находим по табл. 7.1 принимаем для нашего расчета К = 0,015 Рб= 10 * К * S Рб=10 * 0,015* 400 = 60 Вт. Полные потери короткого замыкания Рк ном = Росн1*kд1+ Росн2*kд2 + Ротв2+ Ротв1 + Рб Рк ном = 2845 * 1,000007 + 2035 * 1,00033 + 118 + 5 +60 = 5063,32 Вт, ((Рк -Рк ном )/ Рк) * 100 ((5500 - 5063,32) / 5500 ) * 100 = 7,94 % |