Розрахунок і конструювання силових трансформаторів

 

Θ_O1 =

= 1,267 ^о С,

 

6.1.2 Перепад температури на поверхні  обмотки НН:

 

Θ_О.М1 = 0,285· = 0,285·821,266^0,6 = 16,441 ^о С.

 

6.1.3 Середнє підвищення температури  обмотки НН під температурою  олії:

Θ_М.СР1 = Θ_O1 + Θ_О.М1 = 1,267+16,441 = 17,708 ^оС.

 

6.1.4 Внутрішній перепад температури  в обмотці ВН (для циліндричної  обмотки з прямокутного алюмінієвого проводу):

Θ_ПРО2 =

,

де р = , де К^´_Р = 3,44 – для алюмінієвого  проводу;

 

λ_СР =

, де λ =  Вт/м∙^оС.

 

λ_СР =

= 1,239 Вт/м∙^оС,

 

 де λ_МС = λ_ИЗ = 0,17 Вт/(м·^оС);

 

δ_МС = 0,48 мм;

 

р =

 

Θ_ПРО2 = ^оС.

 

 

6.1.5 Перепад температури над поверхнею обмотки ВН:

 

Θ_ОМ2 = 0,285·

= 0,285·811,809^0,6 =15,868 ^о С.

 

6.1.6 Перепад температури обмотки ВН під температурою олії:

 

Θ_ОМСР2 = Θ_О2.СР + Θ_ОМ2 = 1,207 +15,868 =17,075 ^о С,

Де Θ_О2.СР=2/3* Θ_ПРО2=2/3*1,804=1,207 ^о С .

 

6.1.7 Припустиме перевищення температури  олії під повітрям:

 

Θ_МВ = 65 - Θ_ОМСР2 = 65 – 17,07 = 47,925 ^о С.

 

 

6.1.8 Припустиме перевищення температури стінки бака під температурою повітря:

Θ_БВ = Θ_МВ – Θ_Мδ = 47,925 – 6 = 41,925 ^о С.

 

6.1.9 Температура олії у верхніх  шарах:

Θ_МБВ = 1,2· Θ_БВ = 1,2·41,925 = 49,4088 ^о С < 55 ^о С.

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  6.2 Тепловий розрахунок бака

 

 Рисунок 6.1 – До визначення основних розмірів бака

 

У зв'язку з тим, що втрати в трансформаторі зв'язані з його потужністю, то при  виборі конструкції бака варто орієнтуватися на потужність трансформатора (табл. 9.4, [2]. Вибираємо бак з начіпними радіаторами з прямими трубами з масляним охолодженням обмоток. По рис. 6.1 робимо визначення ізоляційних проміжків від відводів обмотки ВН і стінки бака.

 

S₁ = 22 мм – ізоляційна відстань від відводу обмотки ВН до власної обмотки (по табл. 4.11, [2])

S₂ = 17 мм – ізоляційна відстань до стінки бака (по табл. 4.11, [2])

d₁ = 20 мм – діаметр ізольованого відводу обмотки ВН

S₃ = 25 мм – відстань від відводу обмотки НН до обмотки ВН по табл. 4.12, [2].

S₄ = 25 мм – відстань від відводу обмотки НН до стінки бака (по табл. 4.11, [2].

d₂ = 10 мм – діаметр ізольованого відводу від обмотки НН рівний d₁.

 

6.2.1 Мінімальна ширина бака:

 

B = D^´´₂ +(S₁+S₂+d₁+ S₃ + S₄ + d₂)·10^-3=0,464+(22+17+20+25+25+10)·10^-3=0,583                     

Приймаємо В=0,600 м

6.2.2 Мінімальна довжина бака:

 

А = 2·С + В ,

 

А = 2·0,482+0,600 = 1,565 м,

 

         6.2.3 Висота активної частини трансформатора:

 

H_а.ч = l_с + 2·h_Я + n·10^-3;

 

де n = 50 мм – товщина підкладки під нижнє ярмо.

h_Я =0.23м

H_а.ч = 0,924+ 2·0,23+50·10^-3 = 1,434 м,

 

6.2.4 Загальна глибина бака:

 

Н_Б = Н_А.Ч. + Н_Я..К. = 1,434 +300·10^-3 =1,734м,

Де Н_Я..К – відстань від верхнього ярма до кришки баку при горизонтальному розміщені над ярмом перемикача відводів обмотки ВН знаходимо за табл.6.5[1]: Н_Я..К=300*10^-3м.

 

Обираємо бак з начіпними радіаторами із прямими трубами.

 

6.2.5 Габаритний розмір радіатора:

 

A_P ≤ Н_Б – 0,34 = 1,734 – 0,34 = 1,394 м.

 

По табл. 6.9, [1] вибираємо радіатори з відстанню між осями фланців A_P = 1800 мм, з поверхнею конвекції труб П_ТР = 5,613м² і колекторів П_КК = 0,34м².

 

Для установки цих радіаторів глибина  бака повинна бути :

 

Н_Б = А_Р + С₁ + С₂ ,

 

де С₁ = 0,085 м і С₂ = 0,10 м – відстані осей фланців від нижнього і верхнього зрізів стінки бака (по табл. 9.9, [2]).

 

Н_Б = 1,8 + 0,085 + 0,10 = 1,985 м.

6.2.6 Поверхня конвекції гладкої стінки бака:

 

П_К.ГЛ = Н_Б·[2·(А – В) + π·В] = 1,985·[2·(1,565– 0,6) + π·0,6] = 7,572 м².

 

6.2.7 Орієнтовна поверхня випромінювання  бака з радіаторами:

 

П_И = К·П_К..ГЛ ,

 

де К = 1,5– коефіцієнт, що враховує оснащення бака.

 

П_И = 1,5·7,572 =11,358 м²,

 

6.2.8 Орієнтована необхідна поверхня  конвекції для заданого значення Θ_БВ:

 

П^´_К =

= 45,919 м².

         

     Поверхня конвекції  складається:

• з поверхні гладкого бака П_К.ГЛ;
• поверхні кришки бака.

П_К.КР = 0,5·[(A – B)·(B + 0,16) +

] =

= 0,5·

= 1,089 м².

 

6.2.9 Поверхня конвекції радіаторів:

 

ΣП_К.Р = П^´_К - П_К.ГЛ – П_К.КР = 45,919 –7,572 – 1,089= 37,258м².

 

6.2.10 Поверхня конвекції радіатора,  приведена до поверхні гладкої  стінки:

П_К.Р = П_КТР·К_Ф + П_КК ,

 

де  П_КТР =5,613 м², П_КК = 0,34 м² – по табл. 9.9,[2];

К_Ф = 1,26 – по табл. 9.6, [2].

 

П_К.Р = 5,613·1,26 + 0,34 = 7,413 м²,

 

6.2.11 Необхідне число радіаторів:

n_Р = = 5,026;

 

приймаємо 5 радіаторів з розташуванням по рис. 6.2.

 

6.2.12 Поверхня конвекції бака:

П_К = ΣП_КР + П_КГЛ + П_К.КР,

де ΣП_КР = n_Р·П_КР – сумарна поверхня конвекції радіаторів.

 

П_К =5·7,412+ 7,572 +1,089= 45,727 м²,

6.2.13 Поверхня випромінювання визначаємо  після виконання ескізу розташування радіаторів на стінках бака (рис.6.2):

 

П^´_И = Р_иН_б,

Где Р_и – периметр бака з урахуванням розмірів бака:

 Р_и=2(А+В)=2(1878+1226)= 6208мм;

П^´_И = 6208*1985=12323 мм²=12,323м²,

 

Рисунок 6.2 – Ескіз розміщення радіаторів на стінках бака

 

6.3 Розрахунок перевищень температури обмоток і олії трансформатора

 

6.3.1 Середнє перевищення температури  стінки бака в порівнянні з  температурою навколишнього повітря:

 

Θ_δВ = = =40,881^оС,

 

де  К = 1,05÷1,10, приймаємо К = 1,05.

 

 

 

Середнє перевищення температури  олії поблизу стінки бака:

 

Θ_Мδ = 0,165·К₁· ,

 

де  К₁ = 1,0 – для природного охолодження;

ΣП_Р = 5*5,953 м² – поверхня конвекції радіаторів без обліку К_Ф, тобто К_Ф = 1.

 

Θ_Мδ = 0,165·1,0·

= 6,010 ^оС.

 

6.3.3 Перевищення середньої температури олії в порівнянні з температурою повітря:

 

Θ_М.В = Θ_Мδ + Θ_δВ = 6,010 + 40,881 =46,891 С.

 

6.3.4 Перевищення температури олії  у верхніх шарах у порівнянні  з температурою повітря:

 

Θ_М.В.В = 1,2· Θ_М.В = 1,2·46,891 = 56,269 ^оС < 60 ^оС.

 

6.3.5 Перевищення середньої температури  обмоток у порівнянні з температурою повітря:

• обмотка НН:

 

Θ_О.В1 = Θ_О1 + Θ_ОМ1+ Θ_М.В = 1,267+16,441 + 46,891=64,599 ^оС < 65 ^оС.

 

• обмотка ВН:

 

Θ_О.В2 = Θ_ОМ2 + Θ_ПРО+ Θ_М.В = 1,804+15,868+46,891 =64,563 ^оС < 65 ^оС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ КОНСТРУКЦІЙНИХ  МАТЕРІАЛІВ 

І ОЛІЇ ТРАНСФОРМАТОРА

 

 

7.1 Маса активної частини трансформатора:

 

G_А.Ч = 1,2·(G_ПР + G_СТ),

 

де G_ПР – маса проводів обмоток з відводами; G_CT – маса стали магнитопровода – по п. 5.1.16.

G_ПР= G_М1 + G_М2+ G_ОТВ1 + G_ОТВ2 =94,581+139,163+6,788+6,056=246,588кг

 

G_А.Ч = 1,2·(246,588+1657,047) = 1903,635 кг,

 

7.2 Маса бака трансформатора:

 

G_Б = γ_СТ·П_Б·δ;

 

де  П_Б = [2·(А – В) + π·В]·Н + 2·В·(2·С + 0,25·π·В) = [2·(1,565 – 0,600) +

+ π·0,6]×1,615+ 2·0,6·(2·0,482 + 0,25·π·0,6) = 7,883 м² – повна поверхня бака, кришки і дна трансформатора; δ=0,006 м – товщина стінки бака ( по табл.. 7.1)

 

G_Б= 7650·7,883·0,006=361,829 кг;

 

7.3 Маса труб системи охолодження  (для бака з радіаторами):

 

G_TPУБ = n·G_CT.P,

 

де G_CT.P = 61,54 кг – маса сталі радіаторів (по табл. 9.9,[2]).

 

G_TPУБ = 6·61,54 = 369,24 кг;

 

7.4 Об'єм активної частини трансформатора:

 

V_А.Ч =

,

 

де  γ_А.Ч – середня щільність активної частини, яка дорівнює 5,3·10³ кг/м³.

 

V_А.Ч =

=0,359м³,

 

 

 

7.5 Об'єм бака трансформатора:

 

V_Б = (2·С + 0,25·π·В)·В·Н_Б = (2·0,482 + 0,25·π·0,6)·0,6·1,985=1,881 м³.

 

7.6 Маса олії в баці:

 

G_М.Б = 0,9·(V_Б – V_А.Ч)·10³ = 0,9·(1,881 – 0,359)·10³ = 1369,800 кг.

 

7.7 Маса олії в трубах(для бака  з радіаторами):

 

G_М.ТР = N·G_M.P,

 

де G_M.P = 50 кг – маса олії в одному радіаторі (по табл. 9.9, [2]).

 

G_М.ТР = N·G_M.P =6·50 =300 кг;

 

7.8 Загальна маса олії в трансформаторі:

 

G_M = 1,05·(G_МБ + G_М.ТР) = 1,05·(1369,8 + 300) = 1753,290 кг.

 

7.9 Маса ізоляційного картону:

 

G_K = K·G_ПР,

 

де K = 0,35 – коефіцієнт використання картону.

 

G_K = 0,35·246,588=86,305 кг,

 

 

7.10 Загальна маса трансформатора:

 

G_TP=1,2·(G_А.Ч+G_Б+G_M+G_K+ G_ТР)

=1,2·(1903,635+361,829+1753,290+86,305+369,24) = 5369,158 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 ЗВЕДЕНІ ДАНІ РОЗРАХУНКУ ТРАНСФОРМАТОРА

 

8.1 Номінальні дані:

 

S_НОМ = 1000 кВА;  U_1Н = 0,4 кВ;   U_2Н = 10 кВ.

 

8.2 Схема і група з’єднання: Y/ -11.

 

8.3 Основні геометричні дані і співвідношення:

 

d_Н = 0,24 м;    l₁ = 0,754м;   l₂ = 0,807 м;  β_Н = 1,492; 

         d₁₂ = 0,358 м;

 

a₁ = 0,029 м;  a₂ = 0,028 м; a₁₂ = 40·10^-3 м; С = 0,482 м.

 

8.4 Дані обмоток:

 

U_В = 14,286 В;      W₁ = 28 витків;       W₂ =424 витків;

 

П₁ = 444,6·10^-6 м²;  П₂ = 29,6·10^-6 м².

8.5 Тип обмоток:

а) обмотка низької напруги –  циліндрична з прямокутного проводу;

б) обмотка високої напруги –  циліндрична  з прямокутного проводу.

8.6 Електромагнітні навантаження:

 

В_С = 1,582 Тл;  В_Я = 1,554 Тл;  Δ₁ = 1,896·10⁶  А/м²;  Δ₂=1,951·10^-6  А/м².

 

8.7 Параметри неробочого ходу і короткого замикання:

 

Р_О =2383 Вт; I_О = 1,191%;     Р_К = 11960 Вт;  U_К = 5,738 %.

 

8.8 Габаритні розміри:

А = 1,565 м;  В = 0,600 м;  Н_Б = 1,985 м.

 

8.9 Дані теплового розрахунку:

          q₁ = 861,266 Вт/м²;                q₂ = 811,809 Вт/м²; 

         Θ_О.В1 = 64,599^оС;                         Θ_О.В2= 64,563 ^оС.

 

8.10 Результати економічної оцінки трансформатора:

 

G_СТ = 1657,047 кг;    G_ПР = 246,588 кг;  G_М = 1289,295 кг; G_ТР =5369,158 кг 

 

 

ВИСНОВКИ

 

Завданням до курсового проекту  було конструювання силового трансформатора з заданими параметрами:

S_НОМ = 1000 кВА; U_ВН =10 кВ; U_НН = 0,4 кВ; 

Схема з'єднання обмоток – Y/Δ-11; Р₀ = 2,450 кВт; Р_КЗ =12,200 кВт; 

     U_КЗ = 5,5 %; I₀ = 1,4 %.

 

У курсовому проекті були проведені  розрахунки по проектуванню силового трансформатора з заданими параметрами  з алюмінієвими обмотками й проведені розрахунки відповідно до загальноприйнятої методики, викладеної в [1] і [2]. При розрахунку враховувалися і нові розробки по даній проблемі.