Перший курсовий проект. Трансформатор струму

• Название: Трансформатор струму
• Дата: 05.12.2021
• Размер: 0.61 Mb.
• Имя файла: Перший курсовий проект.doc
• Тип: Документы; #292647
• страница: 2 из 3

Конструкція первинної обмотки повинна забезпечувати можливість машинного намотування ізоляції та бути технологічною у виготовленні.

2.2 Розрахунок електротермічної стійкості
Електротермічна стійкість апарату – це його властивість витримувати короткочасні теплові дії струму короткого замикання, який характеризується номінальним струмом електротермічної стійкості при заданих значеннях часу його дії. При цьому температура струмопровідних частин апарату в кінці короткого замикання при цих величинах струму та часу може бути вище допустимої температури номінального режиму роботи.

Згідно вихідних даних для проектування (1.3) величина струму електротермічної стійкості становить (І_т.с.) 24000 А, а час його дії (t_т.с) 3 с.

Для спрощення розрахунків при короткому замиканні побудовані криві адіабатного нагріву для різних матеріалів. По осі ординат відкладається температура нагріву шини первинної обмотки, а по осі абсцис – величина теплового імпульсу, А_к.з, А²∙с/мм⁴, яка визначається за формулою:
(3)

де j_т.с – густина струму електротермічної стійкості, А/мм²;

t_т.с – час дії струму короткого замикання.

Густину струму знаходиться з виразу:
j_т.с. = І_т.с./ q₁ , (4)
j_т.с. = 22 ∙ 10³/ 1250=17,6

Визначається тепловий імпульс при дії струму короткого замикання:

А_к.з. = 17,6 ² ∙ 3=929,28

За початкову умову згідно 1 приймається допустима температура тривалого режиму роботи 90С. Тепловий імпульс для цієї температури (А_п) складає за кривими адіабатного нагріву для міді 1,7  10⁴ А²с /мм⁴.

Для знаходження температури первинної обмотки ТС в режимі короткого замикання знаходиться сумарний тепловий імпульс А, (А²с /мм⁴):
А = А_п + А_к.з , (5)

А = 1,7 ∙ 104 + 929,28=17929,28

Користуючись графіком згідно1 визначається відповідна температура, яка становить 110^оС. Температура первинної обмотки ТС в кінці режиму короткого замикання не повинна перевищувати для міді 250С. Так як, знайдена температура менше допустимої температури: 110 < 250, то в режимі короткого замикання перегріву не відбувається, а первинна обмотка є електротермічностійкою.
2.3 Розрахунок ізоляції між обмотками
Електрична міцність – одна із основних характеристик ТС, яка визначає його придатність до роботи. Розміри ізоляції суттєво впливають на масу та габарити трансформатора. Ось чому створення раціональної ізоляції в конструкції має таке важливе значення. В проектуємому маслозаповненому ТС використовується паперово-масляна ізоляція. Вона забезпечує найбільшу електричну міцність і проста у виконанні в порівнянні з другими видами ізоляції при збереженні порівняно відповідних габаритів.

Розміщення ізоляції виконують в одну ступіть або декілька. При ступінчатому розміщенні ізоляції частина її наноситься на первинну обмотку, а друга частина на вторинну.

За величиною номінальної напруги трансформатора знаходиться найбільша робоча напруга, за ГОСТ 1516-76, що становить U_p = 40,5 кВ.

Задається число ступенів ізоляції ТС. Для трансформатора струму напругою до 220 кВ включно, це як правило дві ступені. Знаходиться напруга, на яку повинна бути розрахована одна ступінь ізоляції:
(6)
де U_ст – напруга, на яку розрахована ступінь ізоляції, кВ;

U_p – найбільша робоча напруга, кВ;

к – коефіцієнт запасу, який враховує виробничі відхилення в якості ізоляції (к = 1,05  1,15), приймається 1,15;

n – кількість ступенів ізоляції, у даному випадку два.



При розрахунку паперово-масляної ізоляції робиться припущення, що електроди мають циліндричну форму. Внутрішній електрод (первинна обмотка) знаходиться під потенціалом мережі, а зовнішній (поверхня ізоляції) має потенціал землі.

Користуючись виразом для знаходження напруженості електричного поля між двома коаксіальними циліндрами, знаходиться товщина ізоляції між ними:




, (7)
де R – радіус зовнішнього циліндру, мм;

E_мак – умовний робочий максимальний градієнт напруги, кВ/мм; згідно 1 для простої паперово-масляної ізоляції, враховуючи присутність випрямляючих електричне поле факторів, що не підлягають розрахунку, а також зволоження та старіння ізоляції Е_мак=(24)кВ/мм, приймається 2 кВ/мм;

r – радіус внутрішнього циліндру (знаходиться за перерізом первинної обмотки), мм.

Для обраного поперечного перерізу первинної обмотки визначається за теоремою Піфагора радіус описаного кола (рисунок 2) тобто:
, (8)
де а; b – сторони обмотки, мм (за рисунком 2);



Приймається 26 мм.


r – радіус внутрішнього циліндру, мм;

R – радіус зовнішнього циліндру, мм.
Рисунок 2 – Умовне зображення перерізу первинної обмотки
Визначається зовнішній радіус після намотування ізоляції:



Приймається 34 мм.

За внутрішнім радіусом r і зовнішнім R, знаходиться товщина ізоляції первинної обмотки для однієї ступені:

1 = R – r , (9)

де ₁ – товщина ізоляції первинної обмотки, мм.

1= 33,7-26=7,7

Ізоляція рівномірно розподіляється між первинною та вторинною обмотками, тому на вторинній обмотці буде ізоляція такої ж товщини.

За товщиною ізоляції перевіряється співвідношення між зовнішнім діаметром первинної (з ізоляцією) та діаметром вікна вторинної обмотки (після ізоляції). Діаметр вікна вторинної обмотки повинен бути більше діаметра первинної обмотки не менше ніж на 5 мм. Це необхідно для вільного переміщення первинної обмотки в вікні вторинної під час технологічних операцій при виготовленні ТС.
2.4 Вибір магнітопроводу та розрахунок вторинної обмотки
Для розрахунку похибок ТС необхідно попередньо визначити параметри вторинної обмотки: кількість витків, переріз магнітопроводу, середню довжину магнітного шляху, активну та індуктивну напруги та інше.

На підставі заданого коефіцієнта трансформації знаходиться номінальна кількість витків вторинної обмотки, w_{2 ном}:
w_2ном = І_1ном w_1ном / І_2ном, (10)
де I_2ном – номінальний вторинний струм, А;

w2ном = 1500 ∙ 1/1=1500

Знаходиться поперечний переріз проводу вторинної обмотки, q₂, мм²:
q₂ = І_2ном /j₂ , (11)
де j₂ – густина струму для вторинної обмотки ТС, А/ мм²; для мідного проводу знаходиться в межах 1,2÷1,95 А/ мм²; приймається 1,95А/мм².

q₂ = 1/1,95 = 0,51

Для знайденого поперечного перерізу за ГОСТ 16507-80 вибирається з запасом провід ПЕЛО діаметром 0,83 мм по міді, з ізоляцією d_пр = 0,98 мм, перетином q₂ = 0,54  10^-6 м².

Вторинні обмотки ТС розміщуються на магнітопроводах кільцеподібної (спіральної) форми. Спіральні магнітопроводи одержують шляхом намотування рулону електротехнічної сталі на оправу, яка визначає форму магнітопроводу (круглий) та його внутрішній діаметр, який для попередніх розрахунків визначається за формулою:

dв = dш + 21 + 16 ∙ dпр + 2 hіз м + 2 , (12)

де d_в – внутрішній діаметр магнітопроводу, м;

d_ш – діаметр шини первинної обмотки (струмопровідна частина), м;

h_{із м} – товщина ізоляції магнітопроводу, м, приймається 1  10^-3м;

 – технологічний зазор між первинною та вторинною обмотками, м; згідно 1 знаходиться в межах (1020)  10^-3м, приймається 1010^-3 м.

dв = 52+2∙2∙5+16∙0,98+2∙1+2∙10=109,68

Конструктивно приймається 0,122 м.

Висота магнітопроводу задається виходячи із конструктивних міркувань і приймається 50 мм.

Визначається поперечний переріз магнітопроводу, Q, м²:

Q = 0,225  I 2ном  Z2ном / f  w2ном  Вмак  , (13)

де Z_2ном – номінальне вторинне навантаження, Ом;

f – номінальна частота, Гц;

В_мак – амплітудна величина індукції, Тл, згідно 1 знаходиться в межах від 0,04 до 0,1 Тл, приймається 0,07 Тл;

 – коефіцієнт заповнення перерізу сталлю, згідно 1 знаходиться в межах від 0,85 до 0,97, приймається 0,9.

Визначається номінальне навантаження в Ом, (згідно 1.3 – 50 ВА):
Z_Ом = Z_ВА / І₂² (14)
Z_Ом = 50/1=50

Q = 0,225∙1∙50/50∙1500∙0,06∙0,85=0,00294

За поперечним перерізом магнітопроводу, знаходиться його зовнішній діаметр:

dз = ( 2 Q / hм) + dв + в , (15)

де d_з – зовнішній діаметр магнітопроводу, м;

h_м – висота магнітопроводу, м;

_в – допуск на внутрішній діаметр магнітопроводу, мм, згідно 1 складає (1,5  3,5)  10^-3 м, приймається 2,0  10^-3 м

d3 = (2 ∙ 2,9 / 50) +110 +0,002=0,22

Середня довжина магнітного шляху магнітопроводу кільцевої форми знаходиться за формулою:

ℓм =   (dв + d3) / 2, (16)

де ℓ_м – довжина магнітного шляху, м.

ℓм = 3,14(0,22 + 0,11) / 2=051

Маса сталі, яка необхідна для виготовлення магнітопроводу, М, кг:

М = Q  ℓм  γ   , (17)

де γ – густина матеріалу магнітопроводу, кг/м³, для електротехнічної сталі 7650 кг/м³;

 – коефіцієнт заповнення перерізу сталлю, приймається 0,9.

М = 2,94 ∙ 10-3 ∙0,51 ∙ 7650 ∙ 0,85=9,75

На ізольований магнітопровід намотується вторинна обмотка. Ізоляція магнітопроводу виконується складеним трансформаторним папером ТВ-120 з перекриттям смуги не менш як навпіл.

Намотуючи вторинну обмотку намагаються розмістити її витки рівномірно за периметром магнітопроводу. Якщо це вдається, то довжина намотування по магнітопроводу знаходиться за формулою:

ℓ =   (dв – 2 hіз.м.) , (18)

де ℓ – довжина намотування, м;

h_із.м – товщина ізоляції магнітопроводу, м; становить 1,0 10^-3м.

ℓ = 3,14 ∙ (0,11- 2 ∙ 0,002)=0,33

Знаючи довжину магнітопроводу, на якій буде розміщений провід вторинної обмотки та діаметр проводу з ізоляцією, знаходиться кількість витків, які можливо розмістити на цій довжині:

w21 = ℓ  Kу / dпр, (19)

де w₂¹ – можлива кількість витків вторинної обмотки;

K_у – коефіцієнт якості укладання проводу вторинної обмотки, згідно 1 знаходиться в межах (0,9  0,95) приймається 0,9;

d_пр – діаметр проводу з ізоляцією, м.

w21 = 0,33 ∙ 0,9 / 0,98 ∙ 10-3 =303

Якщо w₂¹  w₂, то провід вторинної обмотки розміщується на магнітопроводі в декілька шарів, число яких знаходиться так:
m = w_2ном / w₂¹, (20)
де m – кількість шарів обмотки.

m = 1500/303=4,95

Приймаються п’ять шарів витків обмотки, останній шар проводу розміщується рівномірно по магнітопроводу.

Середня довжина проводу витка вторинної обмотки може бути знайдена в відповідності з розмірами перерізу магнітопроводу, або за формулою:

ℓ2 = d3 – dв + 2 hм + 4 K dпр + 0,012, (21)

де ℓ₂ – середня довжина витка проводу обмотки, м;

K – коефіцієнт, який згідно 1 для пятишарової обмотки становить 3,25.

ℓ2 = 0,22-0,11+2 ∙ 50 ∙ 10-3 +4 ∙2,25 ∙ 0,98 ∙ 10-3 + 0,012=0,23

Після цього знаходиться активний та індуктивний опір вторинної обмотки.

Визначається активний опір вторинної обмотки з урахуванням нагріву:

r2 = t ℓ2 w2ном/q2, (22)

де r₂ – величина активного опору, Ом;

_t – питомий електричний опір проводу вторинної обмотки з урахуванням нагріву, Ом  м, приймається 2,0  10^-8 Ом  м.

r2 =2 ∙ 10-8 ∙0,23 ∙ 1500 / 0,51 ∙ 10-6=13,5

Індуктивний опір вторинної обмотки при її рівномірному розміщенні по магнітопроводу дорівнює нулю.

Активний опір навантаження вторинної обмотки знаходиться:

r2н = Z2ном  cos2, (23)

де r_2н – активний опір навантаження вторинної обмотки, Ом;

cos₂ – коефіцієнт потужності навантаження.

r2н = 50 ∙ 0,8=40

Аналогічно, індуктивний опір навантаження, Ом:

х2н = Z2ном  sin  z , (24) х2н = 50 ∙ 0,6=30