расчет и конструктивная разработка трансформатора со следующими данными:

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания с учётом сопротивления питающей сети для основного ответвления обмотки определяется по выражению (согласно ГОСТ 11677-85)где Iф – номинальный фазный ток соответствующей обмотки;Sн – номинальная мощность трансформатора, МВ·А;Sк = 500 - мощность короткого замыкания электрической сети, МВ·А;Действующее значение наибольшего установившегося тока короткого замыкания для трансформаторов мощностью менее 1МВ·А 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.где кMAX – коэффициент, учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания.Кмах = 1 + е –πUА/Uр = 0,82При 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 (линии его индукции направлены параллельно оси обмоток) вызывает радиальные силы. Суммарная радиальная сила, действующая на наружную:где iKMAX – 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 (обмотке НН) и напряжения растяжения в наружной обмотке (обмотке ВН), возникающие под воздействием радиальных сил.Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки ННСреднее растягивающее напряжение в проводе обмотки ВНПоперечное поле рассеяния (линии его индукции расходятся радиально) 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.где кОС – коэффициент осевой силы ( 1 определяется из таблицы 4.3).Мощность трансформатора, кВ·АТип обмотки НН1 , %25-100двуслойная и многослойная цилиндрическая160-1000Таблица 4.3 Значения 1к02 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 напряжениегде 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 обмотокгде 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 стержняАктивное сечение ярмаОбъем стали угла магнитной системыДлина стержнягде l0 и l0 - расстояния от обмотки соответственно до верхнего и нижнего ярма;Расстояние между осями соседних стержнейм Масса стали угла при многоступенчатой форме сеченияПлотность холоднокатаной стали CТ 7650 кг/м3 .Масса стали ярм770,2 кг Масса стали стержнейгдегде а1Я – ширина пластин среднего пакета ярма. Полная масса стали магнитной системы6 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И РАСЧЁТ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯВследствие потерь в обмотках и в стали магнитной системы эти элементы нагреваются и передают тепло через трансформаторное масло стенкам бака и радиаторов, с наружных поверхностей которых через излучение и конвекцию идёт отдача тепла окружающему воздуху. В установленном режиме все выделяющееся тепло передаётся в окружающую среду. Тепловой растёт трансформатора проводится после завершения электромагнитного и механического расчётов его обмоток и магнитной системы. При правильном выборе электромагнитных нагрузок, распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние температуры обмоток и магнитной системы оказываются не выше допустимых значений. Поэтому тепловой растёт сводится к определению перепадов температур внутри обмоток и на их поверхностях6.1 Поверочный тепловой расчёт обмотокПолный внутренний перепад температуры в многослойных обмотках из круглого провода без горизонтальных охлаждающих каналов.Вт/(м*0С)где р – потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объёма обмотки: для обмотки из медного проводаВт/м3В этих формулах d , d и MC выражены в м, J - в А/м2; ai – радиальный размер соответствующей обмотки, м; при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала размер ai равен ширине наиболее широкой из катушек обмотки; CP – средняя теплопроводность обмоткиВт/(м*0С)Вт/(м*0С) – средняя условная теплопроводность обмотки без учёта межслойной изоляцииВт/(м*0С) ИЗ – теплопроводность материала изоляции витков (таблица 6.1);МС – теплопроводность междуслойной изоляции (таблица 6.1). Удельные теплопроводности изоляционных материалов приведены в таблице 6.1.Таблица 6.1 Удельные теплопроводности изоляционных и других материаловМатериалыλ, Вт/(м·°С)Бумага кабельная сухая0,12Бумага кабельная в масле0,17Электроизоляционный картон0,17Лакоткани электроизоляционные0,25Гетинакс0,17-0,175Текстолит0,146-0,162Стеклотекстолит0,178-0,182Масло при отсутствии ковекции0,1Медь390Алюминий226Если обмотка из круглого провода намотана непосредственно на изоляционном цилиндре и имеет только одну открытую поверхность охлаждения, то полный внутренний перепад температуры в ней определяется по выражению.0С Среднее значение внутреннего перепада температуры в обмотке.0С Внутренний перепад температуры в многослойных обмотках из прямоугольного провода.Вт/м3Вт/м3 Вт/(м*0С) Вт/(м*0С)Вт/(м*0С) 0С 0С где a и a – размеры провода без изоляции и с изоляцией в направлении движения тепла (м); b и b – то же, но в направлении перпендикулярном движению тепла (м).Перепад температуры на поверхности цилиндрических обмоток из круглого или прямоугольного провода.0СВт/м20С Вт/м2Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла.0С 0С 6.2 Тепловой расчёт бакаБак трансформатора должен иметь хорошую теплоотдачу, быть механически прочным, простым в изготовлении, иметь малые габариты. Тип бака выбирается по мощности трансформатора (таблица 6.2).Таблица 6.2 Типы баков силовых масляных трансформаторовТип бакаВид охлажденияПределы применения по мощности, кВ∙АБак с навесными радиаторами с прямыми трубамимот 100 до 6300Рис. 6.1. Основные размеры бакамS1 – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки (по таблице 6.4); S2 – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до стенки бака (по таблице 6.3);d2 – диаметр изолированного отвода обмотки ВН: при классах напряжения 10 и 35 кВ при мощности трансформатора до 10000 кВ∙Аd2=20мм;S3 – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН (таблица 6.4);S4 – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака (по таблице 6.3); d1 – диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный d1, или размер неизолированного отвода НН (шины), равный 10-15 мм.Минимальная длина бака ммм Таблица 6.3 Минимально допустимые расстояния от отводов до заземлённых частейИспытательное напряжение отвода, кВТолщина изоляции на одну сторону, ммДиаметр отвода, ммРасстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки, мм35002˂6˃6-332820Глубина бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма до крышки бака, необходимым для размещения внутренних частей проходных изоляторов, отводов и переключателей.где НАЧ. – высота активной частимгде hП – толщина подкладки под нижнее ярмо; hП3050 мм; HЯ.К – расстояние от верхнего ярма магнитопровода до крышки бака; выбирается из таблицы 6.5.Таблица 6.4 Минимально допустимые изоляционные расстояния от отводов до обмоткиИспытательное напряжение, кВТолщина изоляции на одну сторону, ммМинимальное расчётное расстояние до основных катушек, ммобмоткиотвода35До 35023320Таблица 6.5 Минимальное расстояние от ярма до крышки бакаКласс напряжения трансформатора, кВМинимальное расстояние, м6,1020350,160,300,40Глубина бака м где АР – расстояние между осями патрубков радиатора (таблица 6.6); С1 и С2 – расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака: С1 0,085 м; С2 0,10 м.Таблица 6.6 Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубамиРазмер Aр, ммПоверхность Пк.тр, м2Масса, кгРазмер Aр, ммПоверхность Пк.тр, м 2Масса, кгСталимаслаСталимаслаС одним рядом труб1400 1615 1800 2000 2200 24004,3334,9615,6136,2536,8937,53353,94 67,14 73,94 81,98 89,18 95,684653576472787109000,7460,95812,9 15,358,510,9С двумя рядами труб710900 11502,1352,7333,53334,14 41,14 50,14243038Превышение средней температуры масла0С где О.В.ДОП – длительное допустимое среднее превышение температуры обмоток О.В.ДОП 65 ОС.Максимальное превышение температуры стенки бака.где γ – коэффициент, равный отношению максимального и среднего превышений температуры масла; можно применять γ=1,2;Б В. – среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:Поверхность гладких стенок бака мПоверхность излучения бака с навесными радиаторамим где кИ – коэффициент, учитывающий отношение поверхности: кИ1,5÷2.Необходимая поверхность конвекции мСистема охлаждения масляного трансформаторагде ПК KР . – поверхность конвекции крышки бакам0,16 – удвоенная ширина верхней рамы бака; nP – число навесных радиаторов; ПК.Р ПРИВ – приведенная поверхность конвекции радиатора м где кФ Р– коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией навесного радиатора: кФ.Р 1,26.Необходимое число радиаторовУтонённое значение поверхности конвекции бака мСреднее превышение температуры стенки бака0Сгде П1.05 1,10 .Среднее превышение температуры масла вблизи стенки0С м Превышение температуры масла в верхних слоях0С Превышение температуры обмоток0С7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВМасса металла проводов обмоток НН и ВНгде G01 , G02 – масса провода обмоток НН и ВНку – коэффициент увеличения массы изолированного провода.Масса конструктивной сталиМасса картона в изоляции обмотоккгМасса активной частикгМасса бака335,4 кг кггде 1,1 – коэффициент, учитывающий массу усиливающих элементов; CТ – толщина стенки бака, м;КР – толщина крышки, м,; ПДН – поверхность дна;ДН – толщина дна, м; GP - масса стали радиатора.Объем масла в баке м3где VБ – объем бака м3где VАЧ. – объем, занимаемый активной частью. м3Масса масла в бакегде МАСЛ 900 кг/м3 плотность трансформаторного масла.Масса масла в радиаторах кг Объем расширителякг где 1,05 – коэффициент, учитывающий массу масла в расширителе.Полная масса трансформатора, залитого масломкг ЗАКЛЮЧЕНИЕВ курсовом проекте произведен расчет силового трансформатора типа ТМ-250. Разработанный трансформатор имеет магнитопровод стержневой конструкции, набранный из листов холоднокатаной электротехнической стали марки.В качестве проводникового материала в обмотках использованалюминий. Конструктивное исполнение обмоток: ОНН - цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода; ОВН –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 такой же, что и в задании, 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