Проектирование трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора

                                             ВВЕДЕНИЕ 

       Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, пред-

назначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

       Это устройство чаще всего состоит из двух (а иногда и большего числа) взаимно неподвижных электрически не связанных между собой обмоток, расположенных на ферромагнитном проводе. Обмотки имеют между собой магнитную связь, осуществляемую переменным магнитным полем.

         Ферромагнитный магнитопровод предназначен  для усиления магнитной связи  между обмотками. 

         
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 1 - Общий вид трансформатора 

       Обмотка трансформатора, потребляющая энергию из сети, называется первичной обмоткой (обмотка 1 на рис.1), а обмотка, отдающая энергию в сеть, - вторичной.

       Целью данного проекта является изучение приемов проектирования силовых  трансформаторов.

       Актуальность данной темы проекта выражена в том, что в настоящее время трансформаторы нашли очень широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и в ряде других отраслей энергопотребления. 

            1 РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ВЫБОР ГЛАВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ 

       1.1 Мощность одной фазы трансформатора 

            S_ф = = 333.33 кВ · А 

       1.2 Мощность на один стержень 

       S′ = = 333.33 кВ · А 

       1.3 Линейные (номинальные) токи обмоток

       Номинальный линейный ток обмотки НН: 

       I₁ =  = 836.74 А 

       Номинальный линейный ток обмотки ВН: 

       I₂ =  = 57.735 А 

       1.4 Фазные токи обмоток

       Фазный  ток обмотки НН при соединении в звезду: 

       I_ф1 = I₁  = 836.74 А 

       Фазный  ток обмотки ВН при соединении в треугольник:

       Фазный  ток обмотки одного стержня трёхфазного  трансформатора при соединении обмоток  в треугольник меньше линейного  в  :

       I_ф2 =    

       I_ф2 = 33.333 А 

       1.5 Фазные напряжения обмоток

       Фазное  напряжение обмотки НН при соединении в звезду: 

       U_ф1 =    

       U_ф1 = 0.398 кВ 

       Фазное  напряжение обмотки ВН при соединении в треугольник: 

       U_ф2 = = 10 кВ 

       1.6 Испытательные напряжения обмоток

       Для определения изоляционных промежутков между обмотками и дру-

гими токоведущими частями и заземлёнными деталями трансформатора суще-

ственное значение имеют испытательные напряжения, при которых проверяет-

ся электрическая прочность изоляции трансформатора.

       Испытательное напряжение обмотки ВН: 

       U₂ = 10 кВ            U_исп2 = 35 кВ 

       Испытательное напряжение обмотки НН: 

       U₁ = 0.69 кВ            U_исп1 = 5 кВ 

       1.7 Изоляционные расстояния обмоток ВН и НН

       Расстояние  обмотки ВН от ярма    l₀₂ =  50 мм 

       Толщина шайбы    δ_ш = 0 мм

       Расстояние  между обмотками ВН и НН а₁₂ = 20 мм

       Толщина цилиндра   δ₁₂ = 4 мм

       Выступ  цилиндра   l_ц2 = 20 мм

       Расстояние  между обмотками ВН и ВН  а₂₂ = 18 мм

       Толщина цилиндра   δ₂₂ = 0 мм

       Расстояние  обмотки НН от ярма  l₀₁ = 50 мм

       Толщина цилиндра   δ₀₁ = 4 мм

       Ширина  канала между цилиндром и обмоткой НН   а_ц1 = 6 мм

       Расстояние  обмотки НН от стержня а₀₁ = 15 мм 

       Выступ  цилиндра   l_ц1 = 18 мм 

                                      

                      Рисунок 2 – Главная изоляция обмоток ВН и НН 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА 

2.1 Отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки 

       β = 1.3 

       2.2 Ширина приведенного канала рассеяния 

        = 54.183 мм,

             

где       k = 0.8

2.3 Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского)

       Данный  коэффициент приближённо принимается в предварительном расчёте: 

       k_р = 0.95 

       2.4 Составляющие напряжения короткого замыкания

       Активная  составляющая: 

        = 1.22 %

             

         Реактивную составляющую определяем из треугольника напряжений: 

        = 7.906 %

                 

       2.5 Магнитная индукция в стержне В_с

       Пусть индукция в стержне имеет значение:

             В_с = 1.65 Тл 

       2.6 Общий коэффициент заполнения сталью К_с 

       К_с = К_кр · К_З = 0.913 · 0.97 = 0.866, 

где     К_кр = 0.913 , К_З = 0.97

       2.7 Диаметр стержня 

        = 0.204 м 

       Полученный  диаметр округляем до ближайшего нормализованного значения: 

       d_н = 0.22 м 

       

                          Рисунок 3 - Диаметр стержня

2.8 Значения коэффициента β, соответствующее нормализованному диаметру:

              = 1.744  

       2.9 Средний диаметр канала между обмотками       

        Средний диаметр канала между обмотками d₁₂ в предварительном рас-

чёте определяется приближенно с использованием коэффициента К₁. Для транс-

форматоров мощностью 25-630 кВ · А  К₁ = 1.1, мощностью 1000-6300 кВ · А   К₁₌ = 1.4 .

       Приближенно определяется и радиальный размер обмотки  НН.

       Принимаем  К₁ = 1.4.

       Радиальный  размер обмотки НН: 

        = 47.856 мм 

       Средний диаметр канала между обмотками: 

        = 365.712 мм 

       2.10 Предварительная высота обмотки 

        = 658.707 мм 

       2.11 Активное сечение стержня П_с 

        = 0.03366 м²  

       2.12 Электродвижущая сила одного витка

        

        = 12.331 В 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            
 

           3 РАСЧЁТ ОБМОТКИ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (НН) 

       3.1 Средняя плотность тока

        

        = 1.809 А/м², 

где      К_м = 0.463,    К_d = 0.95

       Найденное значение плотности тока является ориентировочным  средним значением для обмоток  ВН и НН. Действительная плотность  тока должна быть близкой к этой. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформато-

ра с медными или алюминиевыми обмотками могут отличаться от среднего зна-чения, но желательно, чтобы не более чем на 10 % .

         Отклонение действительной средней  плотности тока от найденной  в сторону возрастания увеличивает  потери короткого замыкания, в сторону уменьшения – снижает эти потери.

       Основным элементом обмотки трансформатора является виток – элек-

трический проводник или несколько параллельно соединенных проводников, однократно охватывающих часть магнитной системы. Ток витка совместно с токами других витков и других частей трансформатора, в которых возникает электрический ток, создают магнитное поле трансформатора.

         Под воздействием этого поля в каждом витке наводится ЭДС. В зависи-