Расчёт масляного трансформатора ТМН-10000/10

Содержание
1Расчет основных электрических величин
2Расчет для обмоток из алюминиевого провода. Главные размеры
3Конструкция изоляции и минимально допустимые изоляционные расстояния
4Выбор конструкции обмотки
5Расчет обмоток НН
6Расчет обмотки ВН
7Определение потерь короткого замыкания
7.1.Электрические потери в обмотках
7.2.Электрические потери в отводах
7.3.Потери в стенках бака и других стальных деталях
7.4.Полные потери короткого замыкания (Вт):
7.5.Напряжение короткого замыкания
8Определение механических сил в обмотках
9Расчет потерь и тока холостого хода
9.1.Уточнение геометрических размеров
9.2.Потери холостого хода
9.3.Ток холостого хода
10Поверочный тепловой расчет обмоток
10.1.Превышения температуры активных частей
10.2.Тепловой расчет бака и охладительной системы
10.3.Определение фактических перегревов
10.4.Определение массы охлаждающей жидкости
11Технико – экономические показатели
12Расчет трансформатора с обмотками из медного провода Главные размеры
13Выбор конструкции обмотки
14Расчет обмоток НН
15Расчет обмотки ВН
16Определение потерь короткого замыкания
16.1.Электрические потери в обмотках
16.2.Электрические потери в отводах
16.3.Потери в стенках бака и других стальных деталях
16.4.Полные потери короткого замыкания (Вт):
16.5.Напряжение короткого замыкания
17Определение механических сил в обмотках
18Расчет потерь и тока холостого хода
18.1.Уточнение геометрических размеров
18.2.Потери холостого хода
18.3.Ток холостого хода
19Поверочный тепловой расчет обмоток
19.1.Превышения температуры активных частей
19.2.Тепловой расчет бака и охладительной системы
19.3.Определение фактических перегревов
19.4.Определение массы охлаждающей жидкости
20Технико – экономические показатели

Расчёт масляного трансформатора ТМН-10000/10

l отв.1 ≈ 2С + 3()= 2∙0.796+3(0,4+1,523=7,36
1.7.2.2 Длина отводов ВН (м):
l отв 2 ≈ 2С + 3() = 2∙0.796 + 3∙( 1,603/2+0.4 +1.524 ) = 9,77
где lc = l2 + 2∙l’0 = 1,523 + 2∙0,04 = 1,603 м, l’0 = 0,04 м – расстояние от края обмоток до ярма, снизу и вверху.
1.7.2.3 Вес меди отводов НН (кг):
Gотв.1 = lотв.1Потв.1м∙∙10-6 = 7,36∙785,2∙2700∙10-6 = 15,61
1.7.2.4 Потери в отводах обмотки НН (Вт):
Pотв.1 =12,75∆12Gотв.1 =12,75∙1.1672∙15,61 = 270
1.7.2.5 Вес меди отводов ВН (кг):
Gотв.2 =lотв.2Потв.2м∙∙10-6 = 9,77∙522.7∙2700∙10-6 = 13,8
1.7.2.6 Потери в отводах обмотки ВН (Вт):
Pотв.2 =12,75∆22Gотв.2= 12,75∙1.1052∙13,8= 215
1.7.3 Потери в стенках бака и других стальных деталях
1.7.3.1 Минимальные размеры бака (м):
а) минимальная длина (м)
А = 2С + D2″ +2S5 = 2∙0.796 + 0.782 + 2∙0.09 = 2.553
Принимаем длину бака А =2.55 м
б) минимальная ширина (м)
В = D2″ + S1 + S2 + d1 + S3 + S4+ d2 =
= 0.782 + 0.09 + 0.022 + 0.01 + 0.09 + 0.028 + 0,01 1,032
Принимаем ширину бака В = 1,03 м
Минимальные изоляционные расстояния (мм):
S1 = 90 – от обмотки ВН до отвода НН;
S2 = 22 - от отвода НН до стенки бака;
S3 = 90 – от обмотки ВН до отвода ВН;
S4 = 28 – от отвода ВН до стенки бака;
S5 =90 – от обмотки ВН до стенки бака;
d1 = 10 - диаметр отвода НН;
d2 = 10 - диаметр отвода ВН.
1.7.3.2 Потери в стенках бака(Вт):
,
где коэффициент , , – периметр бака,
1.7.3.3 Полные потери короткого замыкания (Вт):
Pк = Pм1 кд1+ Pм2 кд2+ Pотв.1 + Pотв.2 + Pб =
,
что составляет .
1.8 Напряжение короткого замыкания
1.8.1 Активная составляющая напряжения короткого замыкания (%):
Ua = = ,
1.8.2 Реактивная составляющая (%):
Up = = ,
где – уточнённая ширина приведённого канала,
1.8.3 Напряжение короткого замыкания трансформатора (%):
Uк = =
что на меньше заданного при допуске ±5 %.
1.9 Определение механических сил в обмотках
Механические силы при внезапном коротком замыкании возникают
результате взаимодействия в обмотке с магнитным полем рассеяния. Механические усилия следует определять для наиболее неблагоприятного случая трансформатора когда они могут оказаться большими.
Механические усилия можно разложить на три составляющие:
1) Foc′ - осевое усилие от взаимодействия тока в обмотке с полем рассеяния этой же обмотки.
2) Foc″ - осевое усилие от взаимодействия тока в обмотке с полем рассеяния в другой обмотке.
3) Fp – радиальное усилие, стремящееся по радиусу обмотки ВН и сжать обмотку
НН.
1.9.1 Установившийся ток короткого замыкания обмотки НН (кА):
Iк.у1 = I1ф = 916,4∙,
1.9.2 Установившийся ток короткого замыкания обмотки ВН (кА):
Iк.у2 = I2ф = 577,35∙,
1.9.3 Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания
обмотки НН (кА):
Iк.м1= kмIк.у1 = ∙1,8∙11,7 = 30.2,
где kм – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока
короткого замыкания:
kм = 1 + е = 1 + е = 1,8.
1.9.4 Мгновенное максимальное значение ударного тока короткого замыкания
обмотки ВН (кА):
Iк.м2 = kмIк.у2 = ∙1,8∙7.4 = 19,
1.9.5 Радиальная сила действующая на обмотки НН и ВН (кг):
Fp = =
1.9.6 Растягивающее напряжение на разрыв в проводе (кг/см2):
σр = < 500 в допуске
1.9.7 Осевая сила (кг):
F′ocнн =
1.9.8 Осевая сила:
Foc″ = т.к. у обмоток ВН и НН одинаковая высота.
1.9.9 Максимальное значение сжимающей силы в обмотке (кг):
Fсж.вн = Foc,вн = 14950
1.9.10 Напряжение сжатия на опорных поверхностях (кг/см2):
а) обмотка НН:
< 180 – в допуске,
где S – сечение обмотки в плоскости , перпендикулярной к оси стержня.
.
б) обмотка ВН:
< 180 - в допуске
где n = 12 – число прокладок по окружности обмотки,
b = 4 см – ширина прокладки
1.10 Расчет потерь и тока холостого хода
1.10.1 Уточнение геометрических размеров
1.10.1.1 По диаметру стержня выбираем стандартные пакеты
а) число ступеней в стержне Nc = 10
б) коэффициент заполнения ккр = 0,92 – 0,015∙1 = 0,905 (с учётом одного канала шириной 6 мм).
в) число ступеней ярма Nя = 8
г) ширина крайнего наружного пакета ярма Ая = 215 мм
1.10.1.2 Размеры пакетов для нормированного диаметра стержня:
Ступени
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Сердечник
Ширина, мм
175
195
215
250
270
295
325
250
368
385
Высота, мм
6
6
12
9
12
19
20
18
24
51
Ярмо
Ширина, мм
–
–
215
250
270
295
325
250
368
385
Высота, мм
–
–
24
9
12
19
20
18
24
51
Поперечное сечение каждого пакета стержня (м2): Пп = ап∙вп
1.10.1.3 Полное сечение ступенчатой фигуры стержня (м2):
Пф.с = = 0,112,
1.10.1.4 Активное сечение стержня (м2):
Пс = kзПф.с= 0,9∙0,112 = 0,101
Пс (расчетное) = 0,102 м2 – различие в 1% - ошибки в расчете нет.
1.10.1.5 Поперечное сечение каждого пакета ярма (м2) Пя = ая∙вя
1.10.1.6 Полное сечение ступенчатой фигуры ярма (м2):
Пф.я = = 0,113
1.10.1.7 Активное сечение ярма (см2):
Пя = kзПф.я =0,9∙0,113 = 0,101
1.10.1.8 Высота ярма (м):
,
где – общая ширина всех ступеней ярма, – число масляных каналов, – ширина канала охлаждения.
1.10.1.9 Вес стали стержней (кг):
Gc = cПсlc∙γс= 3∙0,101∙1,6∙7600 = 3690,
где γс = 7600 кг/м3.
1.10.1.10 Вес стали в ярмах (кг):
а) вес частей ярм, заключенных между осями крайних частей (кг):
Gя′ = 2(с – 1) ∙С∙Пя∙ γс = 2(3 – 1)∙0,796∙0,101∙7600 = 2455
б) вес стали в угловых частях ярма (кг):
Gя″ =2∙hя∙Пс∙ γс = 2∙0,33∙0,101∙7600 = 505,
1.10.1.11 Полный вес стали двух ярм (кг):
Gя = Gя′ + Gя″ = 2455 + 85,3505 = 2960,
1.10.1.12 Полный вес стали трансформатора (кг):
Gст = Gя + Gc = 2960 + 3690= 6650
1.10.2 Потери холостого хода
1.10.2.1 Окончательное значение индукции в стержне (Тл):
Bc = = ,
1.10.2.2 Окончательное значение индукции в ярме (Тл):
Bя = =
1.10.2.3 Удельные потери в стали:
а) стержня – Рс =1,17 Вт/кг
б) ярма – Ря = 1,16 Вт/кг
1.10.2.4 Потери холостого хода (Вт):
Р0 (заданное) = 8000 Вт > Р0 (расчетное) = 7640 Вт на 4 % (допуск 5%)
1.10.2.5 Коэффициент полезного действия трансформатора:
100%,
где cos = 1 - коэффициент мощности нагрузки.
1.10.3 Ток холостого хода
1.10.3.1 Удельная намагничивающая мощность:
а) стержень qxc = 10,2 ВА/кг
б) ярмо qxя = 9,8 ВА/кг
в) стыки qxз = 1,85 ВА/см2
1.10.3.2 Полная намагничивающая мощность (кВА):
Qx = qxc∙ Gc + qxя∙ Gя + nэ∙ qxз∙ Пс = 10,2∙3690 +9,8∙2960 + 4∙1,851∙0,101 = 74
1.10.3.3 Реактивная составляющая тока холостого хода (%):
iop = = = 0.74,
где S – полная мощность трансформатора.
1.10.3.4 Активная составляющая тока холостого хода (%):
ioа = =
1.10.3.5 Полный ток холостого хода в процентах от номинального (%):
io = = %
что на ниже заданного значения при допуске 10%.
1.11 Поверочный тепловой расчет обмоток
1.11.1 Превышение средней температуры обмотки НН (0С):
,
где – плотность теплового потока по п. 1.7.1.
1.11.2 Превышение средней температуры обмотки ВН (0С):
1.11.3 Допустимое среднее превышение температуры масла над воздухом по наиболее нагретой обмотке (0С).
Обмотка НН – с наибольшим перегревом, следовательно:
,
1.11.4. Превышение температуры масла в верхних слоях с поправкой на расположение радиаторов (0С):
,
где поправка при , – полная высота бака, Hop = 1 м – высота радиатора (предварительно), – общее расстояние от дна до ярма снизу и от ярма до крышки сверху.
1.12 Тепловой расчет бака и охладительной системы
Выбираем конструкцию гладкого бака овальной формы с навесными
радиаторами.
1.12.1 Ширина бака
В = 1,03 м
1.12.2 Длина бака
А = 2,55 м
1.12.3 Высота бака (см):
H = 2,46 м
1.12.4 Тепловая нагрузка бака
При по табличным данным определяем среднюю тепловую нагрузку бака: .
1.12.5 Потери, отводимые с поверхности бака (кВт)
,
1.12.6 Потери, отводимые с поверхности радиаторов (кВт)
,
1.12.7 Необходимая поверхность радиаторов (м2)
,
1.12.8 Подбор радиаторов
Выбираем два трубчатых радиатора:
С поверхностью охлаждения Похл = 40,38 м2 , в 8 рядов каждый.
Межосевое расстояние Hop = 1,6 м
Ширина радиатора lp = 0.644 м
Высота радиатора Hp = 1,795 м
Масса радиатора Mp = 421 кг
Масса масла в радиаторе Mm = 243 кг
1.12.9 Общая поверхность охлаждения радиаторов (м2)
Пp = 2∙40,38 = 80.76,
1.13 Определение фактических перегревов
1.13.1 Средний перегрев стенки бака (трубы) над воздухом (оС):
θб.в = =
1.13.2 Средний перегрев масла вблизи стенки по сравнению с температурой стенки бака (оС):
θм.б = 0,165 = 0,165
1.13.3 Перегрев верхних слоев масла над окружающим воздухом (оС):
θм.в.в = σ(θб.в + θм.б) = 1,2( 85,7 + 9 ) = 113,7
где σ = 1,2 – коэффициент, учитывающий перегрев верхних слоев над
остальным маслом.
1.13.4 Перегрев средних слоев масла над воздухом (оС):
θм-в. = θм-б + θб-в = 9 + 85,7 = 94,7
1.13.5 Перегрев обмоток над окружающим воздухом (оС):
Обмотки ВН
θо-в2 = θо-м.ср2 + θм-б = 20,2 +9 = 29,2 < 60 – в допуске
Обмотки НН
θо-в1 = θо-м.ср1 + θм-б = 11 + 9 = 19 < 60 – в допуске
Перегревы не превышают допустимые.
1.14 Определение массы охлаждающей жидкости
1.14.1 Внутренний объем бака (м3):
Vб = Пкр∙Н = 2,48∙2,46 = 6,1
где м2 – периметр крышки.
1.14.2 Объем выемной части (м3):
Vв = =
где в – средний удельный вес выемной части (кг/м3)
1.14.3 Объем охлаждающей жидкости (м3):
Vм = Vб – Vв = 6,1 – 1,8 = 4,3
1.14.4 Масса охлаждающей жидкости в баке трансформатора (кг):
Gм = 0,8Vм ∙103 = 0,8∙4,3= 3440.
где 0,8 кг/см3 – плотность охлаждающей жидкости при температуре 200.
1.14.5 Масса охлаждающей жидкости в радиаторах (кг)
Gмр = 243∙2∙1,09 =485.
1.14.6 Масса охлаждающей жидкости трансформатора (кг)
Gм + Gмр = 3440 +485 = 3930
1.15 Технико – экономические показатели
1.15.1 Удельный расход меди (кг/кВА):
gм = =