Проектирование трёхфазного двухобмоточного масляного трансформатора

Марийский Государственный Университет

Электроэнергетический факультет

Кафедра электромеханики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому  проекту по электромеханике

« Проектирование трёхфазного двухобмоточного масляного  трансформатора» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент ЭС – 31

Коновалов Д.И.

Проверил: Орлов А.И. 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола

2012 г.

 

     Содержание 

1. Исходные  данные для проектирования трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора ……………………………………………..    3

 

2. Расчет  основных электрических величин  и выбор главной изоляции…..4

 

3. Определение основных размеров………………………………………….6

 

4. Расчет  обмоток НН………………………………………………………….9

 

5. Расчет  обмоток ВН………………………………………...........................12

 

6. Расчет  характеристик короткого замыкания…………………………….17

 

7. Расчет  магнитной системы, потерь и тока холостого хода……………..20

 

8. Тепловой  расчет трансформатора………………………………………...24

 

 Заключение……………………………………………...………………….....30 

 Список использованной  литературы…………………………………..…   31

 

1. Исходные данные  для проектирования  трехфазного

двухобмоточного масляного трансформатора 

- Полная мощность  трансформатора S = 1600 кВА.

- Номинальное  линейное напряжение обмотки  ВН U_ВН = 10 кВ.

- Обмотка ВН  выполняется с двумя ступенями  регулирования -5% и +5%.

- Номинальное  линейное напряжение обмотки  НН U_НН = 0.4 кВ.

- Потери холостого  хода Р_xx = 5740.0 Вт.

- Потери короткого  замыкания Р_кз = 20100.0 Вт.

- Ток холостого  хода i_xx = 1.7 %.

- Напряжение  короткого замыкания u_кз = 5.4 %.

- Схема и группа  соединения обмоток D/Yn-11

- Материал магнитопровода  – рулонная холоднокатанная электротехническая сталь марки 3404, толщина листа 0.3 мм.

- Материал обмоток  – медь.

- Конструктивная  схема трансформатора – трехстержневой  с концентрическими обмотками.

- Частота f = 50 Гц.

- Нагрузка - длительная. 
2.  Расчет основных электрических величин и выбор главной изоляции 

1. Мощность  одной фазы трансформатора, кВА

= .

2. Мощность на одном стержне, кВА

.

3. Номинальный линейный ток обмотки НН, А

.

2.4.   Номинальный линейный ток обмотки ВН, А

5. Фазный  ток обмотки НН, А

.

6. Фазный ток обмотки ВН, А

.

7. Фазное напряжение обмотки НН, кВ

.

8. Фазное напряжение обмотки ВН, кВ

. 

Выбираем  испытательное напряжение по табл. 2.1:

2.9. Для заданного  U₂ испытательное напряжение обмотки ВН U_исп2 = 35 кВ.

10. Для заданного U₁ испытательное напряжение обмотки НН U_исп1 = 5 кВ.

 

11. Выбираем  изоляционные расстояния обмоток ВН и НН.

 

     

     рис 1. Главная изоляция обмоток

Таблица 1

Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН, мм. 

Мощность  трансформа-тора S, кВА Uисп для ВН, кВ ВН от ярма Между ВН и НН Выступ  цилиндра  lц2 Между ВН и НН l02 dш a12 d12 a22 d22 1000-6300 35 50 - 20 4 20 18 -

 
 
 
 
 

Таблица 2

Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН, мм. 

Мощность  трансформатора S, кВА	Uисп для НН, кВ	НН от ярма l01	НН от стержня
			d01	ац1	а01	lц1
1000 –  2500	5	50	4	6	15	18

 

 

3. Определение основных размеров

 

Основными размерами  трансформатора являются:

• диаметр стержня d,
• средний диаметр канала между обмотками d₁₂,
• высота обмотки l.

     

     рис. 2. Основные размеры трансформатора 

Основные размеры  связаны между собой коэффициентом b, представляющим собой отношение средней длины окружности канала между обмотками  к высоте обмотки. Величина b определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора, между весом стали и меди, оказывает влияние на стоимость трансформатора, а также на такие его технические характеристики, как потери и ток холостого хода, механическая прочность и нагревостойкость обмоток. 

3.1. Выбор оптимального b. Для трансформатора по заданной мощности 1600 кВА с медными обмотками и напряжением ВН 20 кВ принимаем в соответствии с табл. 3.1  b=2,0.

3.2. Ширина приведенного  канала рассеяния, м

                                                

Здесь а₁₂ – размер канала между обмотками ВН и НН, изоляционный промежуток – принимаем по таб.1. а₁₂=20 мм.

Приведенная ширина двух обмоток  в предварительном расчете определяется по формуле

       

Значение  вычислено в п. 2.2, значение к выбираем по таблице 3.2 в соответствии с полной мощностью трансформатора и напряжением ВН: к=0,43 Вычисляем приближённое значение :

      (м),

Находим значение а_р:

(м).

3.3. Коэффициент  приведения идеального поля рассеяния  к реальному полю  приближено  принимается в предварительном  расчете 

     К_р» 0,95.

3.4. Реактивная  составляющая напряжения короткого замыкания, %

      ,

где U_a – активная составляющая напряжения, определяемая по формуле

      %.

Вычисляем U_р:

    %.

3.5. Индукция  в стержне В_с=1,55 Тл для материала магнитопровода стали 3404 и мощности трансформатора S=1600 кВА.

3.6. Коэффициент  заполнения активным сечением  стали площади круга, описанного  около сечения стержня, к_с зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения определится

     

Коэффициент заполнения площади круга с диаметром  d площадью ступенчатой фигуры к_кр определяется из таб. 3. 

Таблица 3.

Способ  прессовки	Мощность, кВА	Ориентировочный диаметр	Число ступеней	Коэффициент ккр
Прессовка стержня бандажами	1000 – 1600	0,28 – 0,30	8	0,928

 

Коэффициент заполнения стержня (или ярма) сталью, равный отношению площади чистой стали в сечении – активного сечения n_c к площади ступенчатой фигуры определяем по табл. 3.5 в методическом указании [1]: 
 
 
 

Марка стали	толщина, мм	Вид изоляционного  покрытия	кз
3404	0,35	нагревостойкое	0,96

 

 Вычисляем К_с:

      .

3.7. Диаметр стержня,  м

      ,

полученный диаметр  округляем до ближайшего по нормализованной шкале, в результате получаем значение:

       d_н=0,28 м.

3.8. Определение b_н :

      .

3.9. Средний диаметр  канала между обмотками d₁₂  в предварительном расчете приближенно определяется по формуле

      ,

где по табл.2  а₀₁ = 15 мм, по табл.1 а₁₂ = 20 мм, радиальный размер обмотки НН а₁, м

      ,

где – из п. 3.2., для S = 1000 – 6300  кВА.

Вычисляем значение d₁₂:

      (м).

3.10. Высота обмотки,  м

      .

11. Активное сечение стержня, м²

      ,

где П_фс – по таб.4.; к_з – по п. 3.6.

Таблица 4

Площади сечения  стержня П_фс и ярма П_фя

Диаметр стержня, м	Сечение стержня Пфс, см2	Сечение ярма Пфя, см2
0,28	570,9	591,1

Вычисляем П_с: