трасформтор. ЗРОМА. Мощность трансформатора, кВА

• Название: Мощность трансформатора, кВА
• Анкор: трасформтор
• Дата: 09.03.2023
• Размер: 59.21 Kb.
• Имя файла: ЗРОМА.docx
• Тип: Документы; #976655

Мощность трансформатора, кВА	40
Напряжение холостого хода, кВ	35/0,23
Схема и группа соединения обмоток	Y/∆-11
Напряжение короткого замыкания, %	4,5
Потери короткого замыкания, Вт	900
Ток холостого хода, %	2,9
Потери холостого хода, Вт	150
Материал обмотки	Алюминий
Марка стали	3411/Э310
Тип охлаждения	Масляное

1.Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний. 2

1.1.Определение основных электрических величин. 2

1.2.Определение исходных данных расчета. 4

1.3.Определение основных размеров. 5

1.4.Определение основных размеров. 7

2.Расчет обмоток. 8

2.1. Расчет обмотки НН. 8

2.2. Расчет обмотки ВН. 10

3.Расчет параметров короткого замыкания. 13

3.1.Основные потери короткого замыкания. 13

3.2 Напряжение короткого замыкания. 14

4.Расчет магнитной системы. 16

4.1. Определение размеров магнитной системы и массы стали. 16

4.2. Определение потерь холостого хода. 18

4.3. Определение тока холостого хода. 19

Список использованной литературы 21

1. Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний.

Расчет трансформатора начинаем с определения основных электрических величин:

1. Определение основных электрических величин.

   1. 
      Мощность одной фазы трансформатора:
      

(по 3.1 стр.97[1])

2. 
   Мощность на одном стержне:
   

(по3.2 стр.97[1])

3. 
   Номинальный (линейный) токи на сторонах (стр. 97[1]):
   

(по 3.2 стр. 97 [1])

1.1.4. Тогда по формуле 1.1.:

НН:

ВН:

Фазный ток обмотки одного стержня трехфазного трансформатора (по 3.2, стр. 97[1]):

4. 
   Фазные токи обмоток ВН при соединении в звезду равны линейным токам. I_ф=I₂=0,66 А (по 3.5, стр. 97[1])
   
5. 
   Фазные токи обмоток НН при соединении в треугольник равны:
   

(по 3.6, стр. 97[1])

6. 
   Фазное напряжение обмоток ВН при соединении в звезду равно (по § 3.2, стр. 98)
   

(по 3.7, стр. 97[1])

7. 
   Фазное напряжение обмоток НН при соединении в треугольник равно: Uф=U=132,9 В (по 3.8, стр. 98, [1])
   

Испытательные напряжения обмоток (по табл. 4.1, стр. 169[1]):

для обмотки ВН Uисп= 40,5 кВ, НН Uисп=85 кВ.

Выбираем тип обмоток (по табл. 5.8, стр. 258[1]):

Обмотка НН при напряжении 0,23 кВ и токе 58,8 А цилиндрическая одно/двухслойная из прямоугольного алюминиевого провода

Обмотка ВН при напряжении 20 кВ и токе 1,4 А цилиндрическая многослойная из круглого алюминиевого провода.

Класс напряжений: ВН-25 кВ, НН-7,2 кВ по ГОСТ-1516.1-76 (от 01.01.78).

2. Определение исходных данных расчета.

Мощность обмоток одного стержня исходя из S’= 13,33 кВА.

Ширина приведенного канала рассеяния:

1. 
   (стр. 120[1])
   
2. 
   (по 3.28, стр 120, [1])
   

Где, k= 0,65 (по табл. 3.3, стр. 121[1])

3. 
   
   
4. 
   
   

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

5. 
   (по 3.9, стр. 99,[1])
   

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

6. 
   (по 3.10, стр. 99, [1])
   

Материал магнитной системы – холоднокатаная рулонная сталь марки 3411 0,35– 3,5 мм по ГОСТ 19904-90.

Индукция стержня В_с=1,5 Тл (по табл. 2.4, стр 78[1]).

В сечении стержня 5 ступени, коэффициент заполнения круга k_кр=0,890 (по таблице 2.5 стр. 83[1]);

изоляция пластин – нагревостойкое изоляционное покрытие k_з= 0,97 (по таблице 2.2, стр. 77[1]).

Коэффициент заполнения стали k_с=k_кр*k_з=0,890*0,97=0,8633 (стр. 118, 498[1]). Число ступеней ярма – 4, коэффициент усиления ярма k_я=1,025 (табл. 2.8, стр. 92, 8.6-8.7, стр. 364[1]м).

Индукция в ярме .

Индукция в зазоре на прямом стыке , на косом стыке .

Удельные потери в стали р_с=1,038 Вт/кг; р_я=0,901 Вт/кг.

Удельная намагничивающая мощность q_с= 6,75 В*А/кг; q_я= 1,45 В*А/кг;

для зазоров на прямых стыках В*А/м²;

для зазоров на косых стыках В*А/м² (по таблице 8.10, стр. 376 и табл. 8.16, стр. 389[1])

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение основных потерь в обмотках к потерям короткого замыкания:

k_д=0,97 (по табл. 3.4, стр. 123 и табл. 3.5, стр. 125[1]) – постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а=1,484, b=0,6875.

Принимаем k_p=0,95. Диапазон изменения β от 0,9 до 3 (по табл. 12, стр. 504[1]).

3. Определение основных размеров.

Находим коэффициенты:

1. 
   (по 3.30., стр. 121, [1]) (1.3.1)
   

2. 
   A1= 5,663* 104* kc* A3* a= 5,663* 104* 0,863* 0,09323*1,484=58,165 кг (по 3.35, стр. 124, [1])
   
3. 
   A2=3,605*104*kc*A2*l0, (по 3.36, стр. 124, [1])
   

где l₀:

4. 
   ( стр. 122[1]) =20 (из табл. 4.5., стр. 184[1]),
   

тогда по формуле 1.3.4

Следовательно, по 1.3.3:

5. 
   А₂= 3,605*10⁴*0,863*0,0932²*0,02=0,47 кг
   
6. 
   В1 = 2,4* 104* kc* kя* A3* (a+b+e) = 2,4* 104* 0,863* 1,025* 0,09323* (1,484+0,6875+0,405) = 44,01 кг., (по 3.43, стр. 127, [1]),
   

где е = 0, 405 (по табл. 8.1.- 8.5., стр. 335[1])

7. 
   В2= 2,4* 104* kc* kя* А2* (a12+a22), (по 3.44, стр. 127, [1])
   

где а22: а22 = а22’* 10-3 (стр. 126[1]),

а22’= 30 (по табл. 4.5., стр. 184[1]),

а22 = 30’* 10-3 = 0,03

Следовательно, по 1.3.7:

8. 
   В2 = 2,4* 104* 0, 863* 1, 025* 0, 09322* (0, 027 + 0,03) = 0, 97 кг.
   
9. 
   (по 3.52, стр. 132, [1]),
   

где К0 для алюминия 1,2*10-2,

10. 
    (по 3.65а, стр. 138, [1])
    

где ( стр. 137[1])

Тогда по формуле 1.3.6 находим М:

М = 0,152* 10^-6* 36,948²* 0,97*0,95 * = 0,857 Мпа

11. 
    d = A*x (по 3.29, стр. 121, [1])
    

Выразим из формулы 1.3.11 х:

12. 
    х = =
    
13. 
    β = х⁴ = 0,0968⁴ 0,9 следовательно принадлежит
    

диапазону 0,9> β> 3

4. Определение основных размеров.

Диаметр стержня по формуле 1.3.12. d = 0,9

Полное сечение стержня:

1. 
   (стр. 371[1])
   

Активное сечение стержня (по табл. 8.7., стр. 365[1])

2. 
   (стр. 371[1])
   

Средний диаметр обмоток ВН и НН

3. 
   (стр. 461[1])
   

Высота стержня:

4. 
   (стр. 461[1])
   

Напряжение одного витка (предварительно):

5. 
   w = (по 6.1 стр. 265, [1])
   

(по 6.2., стр. 265, [1])



Число витков в обмотке НН из формулы 1.4.6:

6. 
   w = = , принимаем 218 витков
   

Уточнение напряжения одного витка по формуле 1.4.5:



Средняя плотность тока в обмотках:

7. 
   (по 5.5., стр. 255., [1])
   

2. Расчет обмоток.

2.1. Расчет обмотки НН.

Число витков обмотки НН из выражения 1.4.6. равно 218, а напряжение одного витка uв= 1, 84 В, из выражения 1.4.6.

Сечение витка ориентировочно:

1. 
   (по 6.6., стр. 366., [1])
   

Согласно таблице 5.8 (стр. 258) по мощности трансформатора S= 25 кВА, току обмотки I=24,89 А и её напряжение U=231 В, выбираем конструкцию двухслойной и однослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ.

Высота обмотки:

2. 
   (по 6.5 стр.266, [1])
   

Число витков в одном стержне (стр.266[1]):

3. 
   
   

Выбираем виток из одного провода марки АПБ, по сегменту обмоточного провода для трансформаторов с намоткой на ребро (табл. 5.2 стр. 212[1])

а – радиальный размер провода без изоляции

b – осевой размер провода без изоляции

а’ – радиальный размер провода с изоляцией

b’ – осевой размер провода с изоляцией

nB1 – число параллельных проводов.

4. 
   
   

Сечением П = 3,94 мм² каждого провода.

Общее сечение витка:

5. 
   (по 6.7 стр.267, [1])
   

Плотность тока:

6. 
   (по 6.8 стр.267, [1]) (2.1.5)
   

Высота витка окончательно:

7. 
   (стр.268 рис. 6.2[1])
   

Осевой размер обмотки:

8. 
   (по 6.9 стр.267, [1])
   

Радиальный размер обмотки:

9. 
   (по 6.11 стр.267[1])
   

Где осевой канал (а11) между слоями обмотки имеет ширину 0 мм.

Внутренний диаметр обмотки:

10. 
    (по 6.12 стр.268, [1])
    

Наружный диаметр обмотки:

11. 
    (по 6.13 стр.268), [1]
    

Масса металла обмотки:

12. 
    (по 7.7., стр. 306, [1])
    

Масса провода:

13. 
    (по табл. 5.5, стр.216[1])
    

2.2. Расчет обмотки ВН.

Расчёт обмоток ВН начинаем с определения числа витков, необходимых для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяем по формуле.

2.2.1. , (по 6.27 стр.281, [1])

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду:

2.2.2. (по 6.28 стр.281, [1])

Для пяти ступеней напряжений:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
6500	5662+2*48=5758
6250	5662+48=5710
6000	5662
5750	5662-48=5614
5550	5662-2*48=5566

Где ∆U=250 В.

Плотность тока предварительно определим по формуле:

2.2.3. (по 6.33 стр.282[1] (2.2.3)

Сечение витка обмотки предварительно определяем:
2.2.4. (по § 6.3 стр.282, [6.34]) (2.2.4)

Выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из круглого алюминиевого провода марки АПБ.

Выбираем провод по табл. 5.2 (стр. 212-213[1])

2.2.5. АПБ =

Круглое сечение:

2.2.6.

Полное сечение витка:

2.2.7. ( по 6.36., стр.282, [1])

Плотность тока в обмотке:

2.2.8. (по 6.37., стр.282, [1])

Число витков в слое:

2.2.9. (по 6.3., стр.283, [1])

2.2.10. (по 6.39., стр.283, [1])

Осевой размер обмотки:

2.2.11. l = w_сл2*d_изол2*n_пр2*10^-3=254*1,72*1*10^-3= 0,437 м

Напряжение двух слоев обмотки:

2.2.12. (по 6.40., стр.283, [1])

Нормальная межслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках (табл. 4.7., стр. 190) 2*0,12 – число слоев кабельной бумаги на толщину листов (мм); 10 – выступ межслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону, мм).

В обмотках классов напряжения 20 кВ, в нашем случае 55 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм

Радикальный размер обмотки одна катушка:

2.2.13. (по 6.41., стр.283, [1])

Радикальный размер обмотки при наличии экрана:

2.2.14. (по 6.43., стр.283, [1])

Внутренний диаметр обмотки до его внутренней изоляции:

2.2.15. (по 6.45., стр.284, [1])

Внешний диаметр обмотки

2.2.16 (по 6.47, стр.284, [1])

3. Расчет параметров короткого замыкания.

Потери короткого замыкания определяются согласно § 7.1. стр. 303[1], основные потери [7.4].

1. Основные потери короткого замыкания.

Основные потери обмоток НН:

1. 
   180, 30 Вт (по 7.4., стр. 303, [1])
   

Основные потери обмотки ВН:

2. 
   (по 7.4., стр. 303, [1])
   

Основные потери в отводах НН:

Длина отводов обмотки определяется приближенно:

3. 
   (по 7.21., стр.315.[1])
   

Масса отводов определяется:

4. 
   (по 7.23., стр.315.,[1]), где ᵧ - плотность металла отводов, для алюминия 2700 кг/м2
   

Потери отводов определяются по формуле:

5. 
   (по 7.24., стр.315.,[1])
   

Основные потери в отводах ВН:

Длина отводов обмотки определяется приближенно:

6. 
   
   

Масса отводов определяется:

7. 
   , (по 7.23, стр.315.,[1]) (3.1.7), где ᵧ - плотность металла отводов, для алюминия 2700 кг/м2
   

Потери отводов определяются по формуле:

8. 
   (по 7.24., стр.315.,[1])
   

Потери в стенках бака и других элементах конструкции до выяснения размеров бака определяем приближенно по (7.25) и табл. 7.1:

9. 
   P_δ = 10 · k · S = 10 · 0,015 · 25 = 3,75 Вт. (3.1.9) (7.25, с.318[1])
   

Полные потери короткого замыкания:

10. 
    P_К = P_ОСН1 · k_Д1 + P_ОСН2 · k_Д2 + P_ОТВ1 + P_ОТВ2 + P_δ = 180,3 · 1,0037 + 10,47 · 1,0012 + 5,97 + 3,97 + 3,75 = 206,46 Вт.
    

Полные потери короткого замыкания для номинального напряжения обмотки ВН:

11. 
    P_{К, ном} = P_К - 0,05 · (P_ОСН2 · k_Д2) = 206,46 - 0,05 · (10,47 · 1,0012) = 205,9 Вт, или заданного значения.
    

3.2 Напряжение короткого замыкания.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

3.2.1.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания по (7.32):

3.2.2.

где (7.32, с.323)

3.2.3. k_Р = 1 - σ · (1 - e^-1/σ) = 1 - 0,05 · (1 - e^-1/0,05) ≈ 0,95;

(7.33, с.324)

3.2.4. (7.35, с.325)

Напряжение короткого замыкания:

3.2.5. (7.37, с.37[1])

Или заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН по (7.38) и табл. 7.2:

3.2.6. А (7.38,с 328)

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

3.2.7. (7.39, с329)

При по табл. 7.3,

Радиальная сила по (7.43[1]):

3.2.8. F_Р = 0,628 · (i_К.MAX · w)² · β · k_Р · 10^-6 = 0,628 · (23,05 · 5662)² · 0,967 · 0,95 · 10^-6 = 9826 Н. (7.43, с.333[1])

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН по (7.48) и (7.49):

3.2.9. (7.49, с.340[1])

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН по (7.48) и (7.49): 3.2.10. т.е. 1 % допустимого значения 21 МПа.

Осевые силы по рис. 7.11[1]:

3.2.11. (7.46, с.337[1])

3.2.12. (7.47, с.337[1])

где lX = 839,36 мм; m = 4; после установления размеров бака l'' = 0,177 м. Распределение осевых сил по рис. 3.1. Максимальные сжимающие силы в обмотках:

3.2.13. FСЖ1 = F'ОС + F''ОС = 255,95+ 12256,9= 12512,85 Н;

FСЖ2 = F''ОС - F'ОС = 12256,9 – 255,95 = 12000,95 Н;

Наибольшая сжимающая сила наблюдается в середине обмотки НН, где F_СЖ =12512,85 Н.

Температура обмотки через tК = 5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54):

3.2.13. (7.54а,с.344[1])

4.Расчет магнитной системы.

4.1. Определение размеров магнитной системы и массы стали.

Площадь сечения стержня (табл. 8.6[1]):

4.1.1. П_Ф.С = 56,7 см² = 0,00567 м².

Площадь сечения ярма:

4.1.2. П_Ф.Я = 58,2 см² = 0,00582 м².

Объем угла магнитной системы:

4.1.3. V_У = 426,8 см³ = 0,0004268 м³.

Активное сечение стержня:

4.1.4. П_C = k_З · П_Ф.С = 0,97 · 0,00567 = 0,0053 м². (8.2,с363[1])

Активное сечение ярма:

4.1.5. П_Я = k_З · П_Ф.Я = 0,97 · 0,00582 = 0,0056 м². (8.1а,с.363[1])

Объем стали угла магнитной системы:

4.1.6. V_У.СТ = k_З · V_У = 0,97 · 0,0004268 = 0,000413 м³. (8.2б,с 363[1])

Длина стержня:

4.1.7. l_С = 0,768 + 2 · 0,03 = 0,828 м.(8.3,с.364[1])

Расстояние между осями стержней:

4.1.8. С = D''₂ + a₂₂ = 1,184 + 0,03 = 1,214 м. (8.4, с.366[1])

Масса угла магнитной системы:

4.1.9. G_У = 0,97 · 0,0004268 · 7650 = 3,16 кг. (8.7, с.367[1])

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы по (8.12)

4.1.10 G'_С = с · l_С · П_С · γ_СТ = 3 · · 0,0053 · 7650 = 52,9 кг. (8.8., с.367[1])

Масса стали в местах стыка пакетов стержня и ярма по (8.13)

4.1.11. G”_C = c (П_С a_1Я γ_СТ · 10^-3 - G_У) = 3 · (0,0053 · 0,095 · 7650 – 3,16) = 2,07 кг (8.13, с.368[1])

Масса стали стержней:

4.1.12. G_С = G'_С + G''_С = 52,9 + 2,07 = 54,97.

Масса стали в ярмах (8.8) -(8.10):

4.1.13. G’_Я = 2 (c - 1) c П_Я γ_СТ = 2 · (3 - 1) · 3 · 0,0056 · 7650 = 514 кг;

4.1.14. G”_Я = 2G_У = 2 · 3,16 = 6,32 кг;(8.9, с.368[1])

4.1.15. G_Я = G’_Я + G” _Я = 514 + 6,32 = 520,32 кг. (8.8, с.368[1])

Полная масса стали:

4.1.16 G_СТ = G_C + G_Я = 54,97 + 520,32 = 575,3 кг. (8.14, с.368[1])

4.2. Определение потерь холостого хода.

4.2.1. Индукция в стержне: (8.28, с.374[1])

4.2.2. Индукция в ярме: (8.29, с.374м)

4.2.3. Индукция на косом стыке:

Площади сечения немагнитных зазоров на прямом стыке среднего стержня равны соответственно активным сечениям стержня и ярма.

Площадь сечения стержня на косом стыке:

4.2.4.

4.2.5. Удельные потери для стали стержней, ярм и стыков по табл. 8.9 для стали марки 3411 толщиной 0,35 мм:

при ВС = 1,58 Тс, рС = 2,07 Вт/кг, рЗ = 650 Вт/м2

при ВЯ = 1,5 Тс, рЯ = 1,75 Вт/кг, рЗ = 500 Вт/м2

при ВЗ = 1,11 Тс, рЗ = 175 Вт/м2

Для плоской магнитной системы с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстий для шпилек, с отжигом пластин после резки стали и удаления заусенцев для определения потерь применим выражение (8.32).

На основании §8.2 и табл. 8.12 принимаем: kП.Р = 1; kП.З = 1; kП.Я = 1;

kП.П = 1,03; kП.Ш = 1,01.

По табл. 8.13 находим коэффициент: kП.У = 8,6.

4.2.6. Тогда потери холостого хода составят:



=[1 · 1 · (2,07 · 54,97 + 1,75 · 514 – 4 · 1,75 · 3,16 + 2,07+1,75/2 · 8,6 · 3,16) + 1 · 0,0042 · 175 + 1 · 0,0058 · 500 + 2 · 0,0056 · 650] · 1 · 1,02 · 1,01 =

= [(113,78 + 102,52 – 20,3 + 45,36) + 1,376 + 2,135 + 3,72] · 1,03 = 108,5 Вт (8.32, с.381[1]) Или заданного значения.

4.3. Определение тока холостого хода.

при ВЯ = 1,5 Тс, рЯ = 1,75 Вт/кг, рЗ = 500 Вт/м2; при ВЗ = 1,11

4.3.1. По табл. 8.16 находим удельные намагничивающие мощности:

при ВС = 1,58 Тс, qС = 14,25 ВА/кг, qСЗ = 26600 ВА/м2

при ВЯ = 1,5Тс, qЯ = 6,75 ВА/кг, qЯЗ = 16700 ВА/м2

при ВЗ = 1,1 Тс, qЗ = 2220 ВА/м2

Для принятой конструкции магнитной системы и технологии ее изготовления используем (8.43), в котором по §8.3 и табл. 8.12 и 8.21 принимаем коэффициенты: kТ.Р = 1,18; kТ.З = 1; kТ.ПЛ = 1,27; kТ.Я = 1; kТ.П = 1,04; kТ.Ш = 1,01. По табл. 8.20 находим коэффициент: kТ.У = 41,7.

4.3.2. Тогда намагничивающая мощность холостого хода составит:

=[1,18 · 1 (1425 · 54,97 + 6,75 · 514 – 4 · 3,87 · 3,16+14,25+6,75/2 · 41,7 · 1,27 · 3,16) +4 · 1660 · 0,0043 + 11100 · 0,0053 + 2 · 16700 · 0,0056] · 1 · 1,04 · 1,01 = [1,18 · (320,95 + 220,65 – 55,728 + 334,01) + 28,552 + 67,71 + 110,36] ·1,05= 1397 ВА (8.43,с.393[1])

4.3.3. Ток холостого хода: (8.48а, стр.398[1])

Или заданного значения.

4.3.4. Активная составляющая тока холостого хода:

(8.49а, с.398[1])

4.3.5. Реактивная составляющая тока холостого хода:

(8.50, с.398[1])

4.3.6. Ток холостого хода (для обмотки НН):

I₀ = 1397/ (3 ·231) = 2,01 А (8.48, с.398[1])

I_0A = 108,5/ (3 · 231) = 0,16 A (8.48, с.398[1])

4.3.7. Коэффициент полезного действия:

Список использованной литературы

1. 
   П. М. Тихомиров. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов. 5-е издание.М.: "Энергоатомиздат", 1986
   
2. 
   Иванов В.В. Расчет трансформатора при ремонте.