Расчёт трёхфазного двухобмоточного трансформатора ТМН-6300/110

В диапазоне мощностей задания при многослойных цилиндрических обмотках используются схемы рисунка 3.2.Рис. 3.2. Схемы выполнения ответвлений в обмотках ВН.Намотка регулировочных витков производится тем же проводом и с тем же направлением намотки, что и основных витков обмотки. В цилиндрических обмотках регулировочные витки располагаются в наружном слое обмоток.Обмотка ВН располагается по отношению к стержню после обмотки НН. Поэтому обмотку ВН считают второй и все параметры этой обмотки и еѐ элементов обозначают индексом «2»: UФВНUФ2 ;IФВН= IФ2.1) Определяется число витков, (48)2) Рассчитывается число витков на одной ступени регулирования напряжения: (49)где U – напряжение на одной ступени регулирования (разность напряжений двух соседних ответвлений). Если ступень регулирования составляет 2,5%, то (49)3) Определяются числа витков обмотки на ответвлениях: - на верхних ступенях регулирования(50)(51)- на основной ступени напряжения(52)- на нижних ступенях регулирования(53)(54)4) Ориентировочная плотность тока, МА/м2(55)5) Ориентировочное сечение витка, м2 (мм2)(56)3.3.1 Растёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого проводаМногослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения показана на рисунке 3.3.Рис. 3.3. Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения.Подобранные размеры провода витка:где nB2 – число параллельных проводов; d2 – диаметр провода без изоляции; d 2– диаметр изолированного провода: d2 d22 ; 2 – размер двухсторонней изоляции; для провода круглого сечения при UИСП 5 85 кВ 2 0,300,40 мм.7) Полное сечение витка, м2мм2(57)где П1– сечение одного провода, мм28) Полученная плотность тока, МА/м2МА/м2 (58)9) Осевой размер виткамм (59)10) Число витков в слое(60)11) Число слоев в обмотке(61)12) Рабочее напряжение двух слоёв(62)13) Общий радиальный размер металла обмотки, м м (63)14) Допустимый по плотности теплового потока радиальный размер металла обмотки, м(64)15) Радиальный размер обмотки(65) м16) Внутренний диаметр обмотким(66)17) Наружный диаметр обмотки м (67)18) Поверхность охлаждения обмоток трансформатора (68) м219) Масса металла обмоткикг (69)4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯДля определения параметров трансформатора искусственно создаётся режим короткого замыкания – режим, когда обмотка НН замкнута накоротко, а к обмотке ВН подводится такое пониженное напряжение UKH, при котором токи в обмотках имеют номинальные значения.4.1 Определение потерь короткого замыканияПотери в режиме искусственного короткого замыкания PKH имеют следующие составляющие: 1) PОСН1 и PОСН2 – основные потери соответственно в обмотках НН и ВН, вызванные номинальным рабочим током в этих обмотках; 2) PД1 и PД2 – добавочные потери в обмотках НН и ВН, т.е. потери от вихревых токов, наведённых полем рассеяния обмоток; 3) PОТВ1 и PОТВ2 – основные потери в отводах от обмоток; 4) PОТВ. Д1 и PОТВ.Д2 – добавочные потери в отводах, вызванные полями рассеяния отводов; 5) Pб – потери в стенках бака и других металлических элементах трансформатора, вызванные полями рассеянии обмоток и отводов; Основные потерив обмотке из медного провода(70)где J – плотность тока в проводах обмотки;GO – масса металла обмотки.Средний коэффициент учета добавочных потерь при частоте 50Гц для обмоток:из медного прямоугольного провода(71)из медного круглого проводагде a – размер металла прямоугольного проводника в направлении, перпендикулярном линиям магнитной индукции поля рассеяния (в направлении радиуса обмотки);n – число проводников обмотки в том же направлении n=nсл;(72)(73)b – размер металла проводника в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния (по оси обмотки); m – число проводников обмотки в том же направлении; d – диаметр круглого проводника (без изоляции); l – общий размер в направлении, параллельном линиям магнитной индукции поля рассеяния (высота обмотки).Размеры a, b, d и l в вышеприведенных формулах должны быть выражены в метрах.Растёт основных потерь в отводах сводится к определению длины отводов и массы металла в них.Обычно сечение отвода принимается равным сечению витка обмотки, и поэтому плотность тока в проводниках отвода равна плотности тока в проводах обмотки.Основные потери в отводах, выполненных медным проводом(74)(75)где GОТВ – масса металла проводов отводов соответствующей обмотки5,16*0,034*8900= 1,56(76)9,63*1,49*8900= 1,19(77)где lОТВ – общая длина проводов отводов обмотки: при соединении фазных обмоток в звезду lОТВ 7,5l , в треугольник –lОТВ14l ;ПОТВ – сечение отвода, м2 ; – плотность металла отвода (для меди М 8900 кг/м3 , для алюминия а 2700 кг/м3).При рациональной конструкции трансформатора потери в его ферримагнитных конструктивных элементах составляют незначительную долю PKH, и их можно определить по приближенной формуле (Вт)(78)где кп – коэффициент, значение которого принимается по таблице 4.1Таблица 4.1 Значение коэффициента кПМощность трансформатора, кВ·А16000320000,015-0,020,025-0,04Полные потери короткого замыкания(79)Вт4.2 Растёт номинального напряжения короткого замыканияРасчетная активная составляющая номинального напряжения короткого замыкания в процентах от номинального напряжения определяется по выражению(80)Расчетная реактивная составляющая номинального напряжения короткого замыкания в процентах номинального напряжения%(81)где aP – утонённые значения ширины приведенного канала рассеяния(82)где a1, a2, a12 – реальные размеры рассчитанных обмоток трансформатора;(83)(84)Расчётное номинальное напряжение короткого замыкания (85)4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыканииКороткое замыкание трансформатора при рабочих напряжениях является аварийным режимом, так как сопровождается многократным увеличением токов в обмотках по сравнению с их номинальными значениями, повышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки и их части.4.3.1 Проверка обмоток на механическую прочность при коротком замыканииЭта проверка включает: 1) определение наибольшего установившегося и наибольшего ударного тока короткого замыкания; 2) определение механических сил между обмотками и их частями; 3) определение механических напряжений в изоляционных опорных и межкатушечных конструкциях и в проводах обмоток. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания с учётом сопротивления питающей сети для основного ответвления обмотки определяется по выражению (согласно ГОСТ 11677-85)(86)(87)где Iф – номинальный фазный ток соответствующей обмотки;Sн – номинальная мощность трансформатора, МВ·А;Sк – мощность короткого замыкания электрической сети, МВ·А;Действующее значение наибольшего установившегося тока короткого замыкания для трансформаторов мощностью менее 1МВ·А можно определить также по упрощенной формуле(88)(89)В начальный момент вследствие наличия апериодической составляющей ток короткого замыкания может значительно превысить установившийся ток. Это наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания – ударный ток короткого замыкания.(90)где кMAX – коэффициент, учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания.Кмах = 1 + е –πUА/Uр = 0,94(91)При расчёте и конструировании трансформаторов необходимо учитывать электромагнитные силы, возникающие между обмотками и их частями при коротком замыкании трансформатора. Эти силы могут вызвать разрушение обмотки, деформацию или обрыв витков, разрушение опорных конструкций. Продольное поле рассеяния обмоток вызывает радиальные силы. Суммарная радиальная сила, действующая на наружную обмотку и стремящая растянуть ее.(92)где iKMAX 2 – ударный ток короткого замыкания в обмотке ВН; w2H – число витков обмотки ВН на основной ступени.Для оценки механической прочности обмотки определяются напряжения сжатия во внутренней обмотке и напряжения растяжения в наружной обмотке, возникающие под воздействием радиальных сил.Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН(93)Среднее растягивающее напряжение в проводе обмотки ВН(94)Поперечное поле рассеяния вызывают осевые силы, сжимающие обмотки в осевом направлении. Для обмоток с плотным прилеганием витков (многослойные цилиндрические или из алюминиевой ленты) осевая сила может быть рассчитана по формуле. (95)где кОС – коэффициент осевой силы ( 1 определяется из таблицы 4.3).(96)(97)(98)Мощность трансформатора, кВ·АТип обмотки НН1 , %25-100двуслойная и многослойная цилиндрическая160-1000Таблица 4.3 Значения 1(99)к02 определяется из таблицы 4.4 Таблица 4.4 Значения к02а12 , м0,010,020,03 – 0,06Медь0,0340,0300,026 – 0,025Алюминий0,060,050,04 – 0,03Осевые силы действуют на обе обмотки: в верхней половине обмотки они направлены вниз, а в нижней – вверх. Наибольшее значение осевой силы в середине высоты обмотки НН.Сжимающее напряжение(100)где a1 – суммарный радиальный размер металла обмотки НН;Растёт температуры обмоток при коротком замыкании проводится для установившегося тока короткого замыкания, предполагая, что вследствие быстротечности процесса все выделяющееся тепло идёт на нагрев обмоток. Температура обмоток через время tк после возникновения короткого замыкания: для медных обмоток(101)где tК – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора; при коротком замыкании на сторонах с номинальным напряжением 35 кВ и ниже принимается tК 4 c ;H – начальная температура обмотки; принимается H 90 0C.Предельно допустимые температуры обмоток при коротком замыкании масляных трансформаторов 250 0С.5 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫАктивное сечение стержня(102)Активное сечение ярма(103)Объем стали угла магнитной системы(104)Длина стержня(105)где l0 и l0 - расстояния от обмотки соответственно до верхнего и нижнего ярма;Расстояние между осями соседних стержнейм (106)Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения(107)Плотность холоднокатаной стали CТ 7650 кг/м3 .Масса стали ярм1826,8 кг (108)(109)Масса стали стержней(110)где(112)где а1Я – ширина пластин среднего пакета ярма. Полная масса стали магнитной системы(113)ЗАКЛЮЧЕНИЕВ курсовом проекте произведен расчет силового трансформатора типа ТМН-6300. Разработанный трансформатор имеет магнитопровод стержневой конструкции, набранный из листов холоднокатаной электротехнической стали марки.В качестве проводникового материала в обмотках использованмедный провод. Конструктивное исполнение обмоток: НН - цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода; ВН –цилиндрическая многослойнаяиз круглого провода. Расчетное значение потерь короткого замыканиеРк меньше требуемого ГОСТом. Расчетное значение потерь холостого хода Рх больше заданного значения, что не превышает допустимого отклонения 5 %. Полученныевеличины потерь можно считать удовлетворительными, так как зависящие от них параметры трансформатора находятся в допустимых пределах.Расчетный ток холостого хода Iх в расчетах получился практически такой же, как и в задании. В связи с этим, трансформатор будет более эффективен в процессе эксплуатации. Расчетное значение напряжения короткого замыкания Uк получился, что не превышает 5%.Библиографический списокМонюшко, Н.Д. Расчёт трансформаторов: Учебное пособие по курсу « Электрические машины» для студентов-заочников Н.Д. Монюшко, Э.А. Сигалов, А.С. Важенин.- Челябинск: ЧПИ, 1986. – 86 с.Дополнительная литература:2. Тихомиров, П.М. Расчёт трансформаторов: Учеб. пособие для электротехн. и электромех. спец. вузов. – М.: Энергоатомиздат , 1986. (можно любой год издания).3. Проектирование трансформаторов. Методические указания к курсовому проектированию, ч.1 и ч.2. Под. ред. Монюшко Н.Д. Челябинск, ЧПИ. 1984