Материал: Проектирование силового масляного трансформатора ТМН-11000/110

Проектирование силового масляного трансформатора ТМН-11000/110

Аннотация

трансформатор масляный магнитопровод напряжение

В данном курсовом проекте спроектирован силовой масляный трансформатор ТМН-11000/110. В процессе проектирования трансформатора было осуществлёно технико-экономическое обоснование оптимального варианта, отвечающего условиям минимума приведённых затрат. Это позволило выявить основные размеры и параметры данного трансформатора, а именно диаметр стержня, высоту окна магнитопровода, потери холостого хода и короткого замыкания, минимальную цену трансформатора. При проектировании выполнено построение и расчёт активного сечения стержня магнитопровода, произведён выбор типа и расчёт параметров обмоток трансформатора, определены потери и напряжение короткого замыкания, потери и ток холостого хода. Кроме того, произведена компоновка активной части трансформатора в баке, выбор размеров бака, произведён тепловой расчёт, целью которого было определение числа и типа радиаторов. Помимо этого пояснительная записка включает в себя расчёт динамической стойкости трансформатора при коротком замыкании, выбор вспомогательного оборудования. Курсовой проект состоит из пояснительной записки объёмом 43 листа и графической части, выполненной на двух листах формата А1.

Содержание

Введение

. Технико-экономический расчёт оптимального варианта

. Построение и расчёт сечения стержня магнитопровода

. Расчёт напряжения одного витка, количества витков, напряжений и токов на всех ответвлениях обмотки РО

. Выбор типа и расчёт параметров обмоток трансформатора

.1 Выбор типа и параметров обмотки НН

.2 Выбор типа и параметров обмотки ВН

4.3 Проверка уровня отклонения расчетного значения UКЗР% от заданного (UКЗ=10,5%)

4.4 Расчёт параметров регулировочной обмотки

. Расчёт потерь короткого замыкания и напряжения короткого замыкания

.1 Расчёт сопротивлений обмоток НН и ВН постоянному току и масс обмоточного провода

.2 Расчёт основных потерь в обмотках НН и ВН

.3 Расчёт составляющих добавочных потерь в обмотках НН и ВН

.4 Расчёт добавочных потерь в металлоконструкциях

.5 Общие потери короткого замыкания

. Расчёт напряжения короткого замыкания

. Расчёт потерь и тока холостого хода

. Тепловой расчёт трансформатора

. Расчёт динамической стойкости трансформатора при коротком замыкании

. Компоновка активной части трансформатора в баке

. Выбор вспомогательного оборудования силовых масляных трансформаторов

. Описание конструкции

Заключение

Литература

Введение

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Трансформаторы различного назначения в диапазоне мощностей от долей вольт-ампера до 1 млн кВА широко используются в народном хозяйстве.

Назначение силовых трансформаторов - преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на трансформаторы общего назначения, которые предназначены для включения в сеть, не отличающиеся особыми условиями работы, характером нагрузки и режимом работы, и трансформаторы специального назначения, которые предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приёмников электрической энергии.

Силовой трансформатор является одним из важнейших элементов современной электрической сети, и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, энергетики страны.

Особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии производства, экономия материалов при их изготовлении и возможно низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная часть материалов и возникает существенная часть потерь энергии всего трансформаторного парка.

Хотя КПД трансформаторов очень велик и для большинства составляет 98-99%, общие потери во всём трансформаторном парке достигают существенных значений ввиду многократной трансформации энергии. Поэтому одной из главных задач в настоящее время является задача существенного уменьшения потерь в трансформаторах, то есть потерь холостого хода и потерь короткого замыкания.

Уменьшение потерь холостого хода достигается, главным образом, путём всё более широкого применения холоднокатаной рулонной электрической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью.

Применение этой стали, обладающей анизотропией магнитных свойств и очень чувствительной к механическим воздействиям при обработке - продольной и поперечной резке рулона на пластины, сочетаются с существенным изменением конструкции магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки и обработки пластин, сборки магнитной системы.

Новые конструкции магнитных систем характеризуются применением косых стыков, стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек. Эти новые конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода. Существенное уменьшение потерь короткого замыкания достигается понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотке.

Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформаторного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения трансформаторов, может быть достигнуто путём снижения испытательных напряжений и уменьшением изоляционных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции.

1. Технико-экономический расчёт оптимального варианта

Целью технико-экономического расчета является выбор нескольких технически возможных вариантов такого, который имеет оптимальное соотношение между уровнем затрат на изготовление трансформатора и уровнем затрат при эксплуатации. Критерием при выборе оптимального варианта является минимум проведённых затрат для различных значений β - коэффициента, определяющего соотношение основных размеров в трансформаторе.

,

где ДН-В - средний диаметр канала между обмотками НН и ВН

НОБМ - высота обмоток

Коэффициент β в трансформаторах изменяется в пределах 0,5…4 . Определение минимума приведенных затрат проводится в результате расчета нескольких вариантов с различными значениями β, результаты расчетов сводятся в таблицу 1. Расчетные формулы и коэффициенты взяты из .

Предварительная ширина обмотки НН:

= 0,14·0,4·(11·106·10-6) 0,0577=0,064 м ,

где КВ1, КВ2, - коэффициенты, определяемые на основе анализа геометрических соотношений в изготавливаемых трансформаторах и могут быть приняты равными следующими значениями: КВ1=0,14, КВ2=0,4,=0,0577

Предварительная ширина обмотки ВН:

= 0,14·(11·106·10-6)0,0577-0,064=0,096 м

Приведенная ширина главного канала рассеяния (между обмотками ВН и НН):

= м,

где ВН-В=0,045м, ширина канала между обмотками ВН и НН

Диаметр стержня магнитопровода:

= м,

где КЗАП.КР = 0,885 - коэффициент заполнения площади круга стержня магнитопровода активной сталью;

Кос = 0,95 - коэффициент осевого поля рассеяния;

Вст = 1,6 Тл - индукция в стержне.

Средний диаметр канала между обмотками:

=(1+2·0,015)·0,40+2·(0,018 +0,064)+0,05=0,626 м ,

где Кст-о = 0,015 - коэффициент, учитывающий толщину бандажей, прессующих стержень магнитопровода;

во-н = 0,018 - изоляционное расстояние от стержня до обмотки НН

.6. Межосевое расстояние между центрами разных фаз:

Lмо = Дн-в+ вн-в+2× (вв+ вв-р+ вр)+ вм-ф= 0,626+0,05+2·(0,096+0,05+0,032)+0,04==1,072 м,

где вр =0,5вн=0,5·0,064=0,032 м - ширина регулировочной обмотки, м;

вм-ф =0,045 м - межфазное расстояние

вв-р = 0,055 м - ширина канала между ВН и РО

Высота обмотки

== 1,695 м

Высота окна магнитопровода

Нокн= Нобм+ hЕК +hобм-в.я+ hобм-н.я+ hпрес=1,695+0,03+0,09+0,08+0,07=1,965 м,

где hЕК = 0,03 м - высота емкостного кольца обмотки ВН совместно с прилегающим к обмотке каналом;

hобм-в.я =0,09м; hобм-н.я =0,08 м - изоляционный промежуток от обмотки до верхнего и нижнего ярма магнитопроводапрес = 0,07 м - высота, необходимая для размещения устройств, прессующих обмотки.

Масса электротехнической стали магнитопровода:

ст= (3Нокн+2ДСТ +4× Кус.яр.×Lмо)× gст× КЗАП.КР× p× Д2СТ /4 = =(3·1,965+2·0,400+4·1,02·1,072)·7,65·103·0,885·3,14·0,400 2 / 4=9417 кг

где gст = 7,65×103 кг/м³ - плотность электротехнической стали;

Кус.яр. = 1,02 - коэффициент увеличения площади сечения ярма по сравнению с площадью сечения стержня.

Удельные потери в стали магнитопровода

=0,296·1,52,64=0,863 ,

где Кр = 0,296 , Квр = 2,64 - коэффициенты, определенные для стали марки 3407 толщиной 0,3 мм для диапазона индукции в стали Вст = 1,5…1,7 Тл.

Активные потери холостого хода трансформатора (полные потери в стали магнитопровода)

Рхх = рхх × Кув.р.× Gст = 0,863·1,4·9417=11377,6 Вт,

где Кув.р=1,4 - коэффициент, учитывающий увеличение активных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода.

Удельная намагничивающая мощность в стали

=0,137·1,55,06=1,066 ВАР / кг,

где Кq=0,137, Квq=5,06

Удельная намагничивающая мощность в стыках

=2620·1,55=19895,6 ВАР/м²,

где Кстык = 2620; Кв.стык = 5

Реактивные потери холостого хода трансформатора (полная намагничивающая мощность)

Qхх= Кув.Q × qхх× Gст+ 1,414·nстык× qстык× Кзап.КР.×p × Д2СТ /4=1,2·1,066·9417+1,414·8·19895,6 ·0,885·3,14·0,402 / 4 = 37079,4 ВАР,

где Кув.Q = 1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение реактивных потерь в стали в зависимости от конструкции и технологии изготовления магнитопровода;

nстык = 8 - количество стыков в схеме шихтовки трехфазных трансформаторов плоской стержневой конструкции с косым стыком.

Ток холостого хода трансформатора

%=

Средняя плотность тока в обмотках

== 1317188 А/м²,

где rпр = 3,65×10-8 Ом×м - удельное сопротивление медного провода при 75 0 C;

Кдоб = 1,25 - коэффициент, учитывающий добавочные потери короткого замыкания, создаваемые магнитным полем рассеяния трансформатора.

Масса обмоточного провода

= кг,

где gпр = 2,7×103 кг/м³ - плотность аллюминевого обмоточного провода

Крег = 1,05 - коэффициент, учитывающий увеличение массы обмоточного провода за счет регулировочной обмотки (РО).

Экономически приведенная к стали масса активных материалов

=кг,

где Цпр =66руб / кг - оптовая цена аллюминевого провода

Цст=21руб / кг - оптовая цена электротехнической стали

Киз = 1,21- коэффициент увеличения массы обмоточного провода за счет изоляции для аллюминевого провода

Удельная оптовая цена трансформатора

=6,03·(11·106·10-6)-0,284=3,05 руб./кг,

где кC1 = 6,03; кС2 = 0,284

Цена трансформатора

Цтр= С0 × Gприв=3,05·18950,7=57799,635 руб.

Приведенные затраты:

Зприв = (eн+атр)×Цтр + уэ×Твкл×Рхх + уэ·Твкл×·Sном =

=(0,15+ 0,063)·57799+0,0183·10-3·8600·11377,6+

+0,0183·10-3·8600··11·106=19987,94 руб. / год ,

где атр= 0,063 1/год - норма амортизационных отчислений от стоимости трансформатора;

Цтр - оптовая цена трансформатора, руб.;

уэ = 0,0183×10-3 руб/Вт×час - стоимость электроэнергии, рассчитанная для двухставочного тарифа при средней продолжительности максимальной нагрузки для понижающих трансформаторов 5300 час/год,;

Твкл = 8600 час/год. - продолжительность включения трансформатора,

Рисунок 1. Нахождение βОПТ.

Таблица 1.Результаты расчетных Зприв=f(b)