Контрольная работа по "Электромеханика". 2

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА.

• Тип трансформатора – ТМ-1000/35;
• Номинальная мощность S = 1000 кВ ∙ А;
• Число фаз – 3;
• Частота 50 Гц;
• Линейное напряжение обмотки ВН  ;
• Линейное напряжение обмотки НН ;
• Группа соединений ∆/УН-11;
• Способ охлаждения – масляное;
• Характер нагрузки –
• Установка – наружная;
• Регулировка напряжения РПН ±4×1,5% или ±6×1,5%;
• Напряжение короткого замыкания %;
• Ток холостого хода %;
• Потери короткого замыкания ;
• Потери холостого хода .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ВЕЛИЧИН И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ  ОБМОТОК.

 

Расчет электрических  величин является первым этапом проектирования трансформатора. Результаты, полученные на этом этапе, определяют выбор основных размеров, электромагнитных нагрузок на последующих этапах. Ниже приводится перечень этих электрических величин  и соотношения для их расчета.

 

1.1. Мощность  на один стержень магнитопровода

 

, кВА

(1.1)

 

где m_ст - число стержней магнитопровода. Для рассматриваемого трансформаторов m=m_ст=3.

 

1.2. Номинальный  (линейный) ток обмотки низкого  напряжения (НН)

 

,А	(1.2)

 

1.3. Номинальный  (линейный) ток обмотки высокого  напряжения (ВН)

 

,А

(1.3)

 

1.4. Номинальные  фазные токи при соединении  фаз обмотки в Y/ D

 

, A

(1.4)

 

1.5. Фазные напряжения Y/ D

 

при соединении фаз обмотки  в  , кВ

(1.5)

 

1.6. Испытательные напряжения обмоток.

Испытательные напряжения ( U_{1 ИСП} , U_{2 ИСП} ) выбираются в зависимости от номинального напряжения обмоток, которое определяет класс напряжения трансформатора. Для выбора испытательного напряжения руководствуюсь данными табл. 1.1.

 

Таблица.1.1

Испытательные напряжения промышленной частоты для масляных силовых  трансформаторов

Класс напряжения,  кВ	3	6	10	15	20	35	110	150	220	330	500
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	3,6	7,2	12,0	17,5	24,0	40,5	126	172	252	363	525
Испытательное напряжение, кВ	18	25	35	45	55	85	200	230	325	460	680

 

U_1исп = 5кВ   U_2исп = 55Кв

 

1.7. Активная  составляющая напряжения короткого  замыкания

 

, %

(1.6)

 

1.8. Реактивная  составляющая напряжения короткого  замыкания

 

, %

(1.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

 

.

Рис.1. Основные размеры трансформатора

 

2.1 Изоляционные  промежутки (рис 1) между обмотками  и магнитопроводом выбираются в соответствии с номинальной мощностью трансформатора и испытательными напряжениями по табл. 2.2, 2.3. Выбранные величины изоляционных промежутков сведены в табл. 2.1.

 

Таблица.2.1

Значения изоляционных промежутков  трансформатора

Расстояние обмотки НН  от стержня мм	Расстояние между  обмотками  ВН и НН, мм	Расстояние между обмотками ВН, мм	Расстояние обмотки НН  от ярма, мм	Расстояние обмотки ВН  от ярма, мм
a01	a12	a22	l01	l02
15	27	30	15	75

Таблица.2.2

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмоток НН

Мощность трансформатора S , кВА	Испытательное напряжение  U1 исп , кВ	Расстояние от  от стержня a01 , мм	Расстояние от  от ярма, l01, мм
25 - 250	5	4	15
400 - 630	5	5	**
1000 - 2500	5	15	**
630 - 1600	18, 25, 35	15	**
2500 - 6300	18, 25, 35	17.5	**
630 и более	45	20	**
630 и более	55	23	**
Все мощности	85	30	**

примечание: ** Принимается равным l₀₂ по табл. 2.3.

 

Таблица.2.3

Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмотки ВН

Мощность трансформатора S , кВА	Испытательное напряжение  U2 исп , кВ	Между  обмотками  ВН и НН, a12 , мм	Между обмотками ВН, a22 , мм	Расстояние от  от ярма,   l02 , мм
25 - 100	18, 25, 35	9	8	20
160 - 630	18, 25, 35	9	10	30
1000 - 6300	18, 25, 35	20	18	50
630 и более	45	20	18	50
630 и более	55	20	20	50
160 - 630	85	27	20	75
1000 - 6300	85	27	30	75
10000 и более	85	30	30	80

 

2.2 Предварительное  значение приведенной ширины  обмоток НН и ВН. Приведенная  ширина обмоток НН и ВН 

 

(1.8)

 

определяется  по следующей формуле

 

, мм

(1.9)

 

где коэффициент k_a находится из табл. 2.4, S_ст (кВА).

Принимаем k_a=4.6

 

Таблица.2.4

Значения  коэффициента k_a в формуле 4.2

Мощность трансформатора Sном, кВА	Медные обмотки		Алюминиевые обмотки
	U2ном, кВ
	10 кВ	35 кВ	10 кВ	35 кВ
до 100	8.0-6.0	-	10.0-7.5	-
160-630	6.5-5.2	6.5-5.8	8.1-6.5	8.1-7.3
1000-6300	5.1-4.3	5.4-4.6	6.4-5.4	6.8-6.0
10000-80000	-	4.8-4.6	-	6.0-5.8

 

2.3. Ширина приведенного канала рассеяния

 

, мм

(2)

 

2.4 Диаметр стержня магнитопровода d определяется выражением, полученным в [4]:

 

, мм

(2.1)

 

Как видно  из (2.1) для нахождения диаметра стержня трансформатора необходимо предварительное определение двух величин :

- основного  геометрического коэффициента b;

- расчетной  индукции стержня В_р.

 

2.4.1. Значение параметра b

.

(2.2)

 

влияет на массогабаритные и стоимостные  показатели трансформатора. При выборе его можно руководствоваться рекомендациями табл. 2.5. принимаем Значение параметра b = 1.5

 

Таблица.2.5

Рекомендуемые значения b для масляных трансформаторов

Металл  обмоток	b при мощности S , кВА
	25 -630	1000 - 6300	10000 - 80000
Медь	1,2 - 3,6	1,5 - 3,6	1,2 - 3,0
Алюминий	0,9 - 3,0	1,2 - 3,0	1,2 - 3,0

 

2.4.2. Предварительное значение расчетной индукции в стержне магнитопровода

 

,

(2.3)

где В_с - индукция в стали магнитопровода;

k_З - коэффициент заполнения пакета активной сталью.

k_кр - коэффициент заполнения круга ступенчатой фигурой.

Предварительные значения коэффициентов в (2.7)

 

.

(2.4)

 

Таблица.2.6

 

Таблица.2.7

 

Индукция  в стали стержня магнитопровода определяется маркой электротехнической стали и мощностью трансформатора. В настоящее время для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяется холоднокатанные анизотропные стали, для которых рекомендуемые уровни индукций приведены в табл. 2.8

 

Таблица 2.8

Рекомендуемая индукция в стержнях силовых масляных трансформаторов

Марка стали	мощность трансформатора S, кВА
	до16	25-100	160 и более
3411,3412, 3413	1.45-1.50	1.50-1.55	1.55-1.60
3404, 3405, 3406, 3407, 3408	1.50-1.55	1.55-1.60	1.55-1.65

 

По таблице 2.8 принимаем марку стали 3411 или 3412 или 3413 и В_с=1.55.

Значит 

Получим диаметр  стержня магнитопровода

 

 

2.5 Нормализованный  диаметр стержня магнитопровода. определяется округлением рассчитанного по ( 2.1 ) диаметра стержня магнитопровода до ближайшего значения по нормализованной шкале d_Н ( табл. 2.9).

 

Таблица.2.9

Нормализованный диаметр стержня (мм)

80	85	90	95	100	105	110	115	120	125	130	140
150	160	170	180	190	200	210	220	230	240	250	260
270	280	290	300	310	320	330	340	350	360	370	380

 

Принимаем d_Н = 230 мм.

 

При этом корректируется величина b. Измененное значение

 

(2.5)

 

2.6. Предварительное  значение сечения стержня магнитопровода (мм²), определяемое диаметром (d, мм)

 

, мм2

(2.6)

 

2.7. Средний диаметр обмоток трансформатора

 

, мм

(2.7)

 

где коэффициент k_d принимаем на этом этапе для медной обмотки - k_d =1,39.

 

2.8 Высота обмоток трансформатора

 

, мм

(2.8)

 

2.9 Предварительное  значение средней плотности тока  обмоток D_ср (А/мм²)

для медной обмотки

 

, А/мм2

(2.9)

 

для алюминиевой  обмотки

 

, А/мм2

(2.10)

 

Здесь P_к (Вт) и S (кВА) - мощность короткого замыкания и полная мощность трансформатора, заданные в техническом задании;

d₁₂ – средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

k_д - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора по табл. 2.10;

u_в - ЭДС одного витка обмоток (В), определяемая соотношением

 

, В,

(2.11)

 

где B_c - индукция в стержне магнитопровода (Тл), определяемая маркой стали при расчете главных размеров;

П_с – сечение стержня магнитопровода (мм²).

 

Таблица. 2.10

Мощность трансформатора, S, кВА	До 35	35 - 110	110 - 2000	2000-5000	5000-20000
kд	0,99	0,99-0,97	0,95-0,90	0,90-0,89	0,88-0,75

 

По таблице 2.9 принимаем k_д = 0,95

Получим А/мм²

Полученное  по (2.8) значение плотности тока укладывается в следующие пределы: - для медной обмотки -1.8-4.5 А/мм²;

2.10. Сечение  витка обмотки предварительно  может быть определено следующим  образом:

 

первичной (НН)

, мм2

(2.12)

 

вторичной (ВН)

, мм2

(2.13)

 

где I_ф - ток фазы обмотки , А,

D_ср – средняя плотность тока обмоток (А/мм²).

 

Таблица.4.11

Сводная таблица

Расстояние обмотки НН от стержня	a01	мм	15
Расстояние между обмотками ВН и НН	a12	мм	27
Расстояние между обмотками ВН	a22	мм	30
Расстояние обмок от ярма	l0	мм	75
Высота обмоток	l	мм	609,25
Средний диаметр обмоток	d12	мм	313.72
Средняя плотность тока в обмотках	Dср	А/мм2	3.325
Сечение витка первичной обмотки  НН	П1	мм2	9.546
Сечение витка вторичной обмотки ВН	П2	мм2	4,96
ЭДС витка	uв	В	12.066
Диаметр стержня магнитопровода	d	мм	230
Сечение стержня магнитопровода	Пс	мм2
Индукция в стали	Вс	Тл	1,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ.

2.1. Ширина  приведенного канала рассеяния:

Где для медного провода

 

Для алюминиевого провода