Кафедра «Теоретическая электротехника и электромеханика»

Кафедра «Теоретическая электротехника и электромеханика»

КУРСОВой проект

 

Расчет трехфазного двухобмоточного
силового трансформатора ТМН – 6000/35

по дисциплине «Трансформаторы электроэнергетических систем»

 

Выполнил

студент гр. з53216/1              <        >                А.Я Бобков

Руководитель

доцент, к.т.н.                          <        >                М.В.Сочава

 

«___» __________ 2019г.

 

 

Санкт-Петербург

2019

Задание на выполнение курсового проекта

студенту группы з53216/1 Бобкову Артему Ярославовичу.

1. Тема проекта: расчет трехфазного двухобмоточного силового трансформатора ТДН – 24000/35.

2. Срок сдачи студентом законченного проекта: 7 февраля 2019г.

3. Исходные данные к проекту: технические условия, результаты предварительного расчета на ЭВМ.

4. Содержание пояснительной записки: введение; технические условия; результаты предварительного расчета на ЭВМ; расчет обмоток; расчет магнитной системы; расчет потерь в обмотках и КПД; тепловой расчет; механический расчет; заключение; список используемой литературы; чертежи общего вида трансформатора и его основных частей.

Примерный объем пояснительной записки 40 страниц машинописного текста.

5. Перечень графического материала: чертежи, таблицы и приложения из учебных пособий Васютинского С.Б., Малиновского С.С. «расчет и проектирование трансформаторов: расчет обмоток и магнитопровода» и Васютинского С.Б., Красильникова А.Д. «тепловые и механические расчеты», «расчет напряжения короткого замыкания и поля рассеяния обмоток трансформатора», «расчет потерь и КПД Трансформатора».

6. Консультанты: доцент, кандидат технических наук Сочава Марианна Валерьевна.

7. Дата получения задания: 14 июня 2018г.

 

Руководитель                ________________           _______________

                                             (подпись)                        (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению _____________    _______________

                                                (подпись студента)     (инициалы, фамилия)

____________

(дата)

 

Оглавление

Введение. 4

Технические условия. 5

Результаты предварительного расчета на ЭВМ.. 6

1. Расчет обмоток. 8

2. Расчет магнитной системы.. 19

3. Расчет потерь в обмотках и КПД.. 23

4. Тепловой расчет. 31

5. Механический расчет. 37

Заключение. 43

Список литературы.. 44

 

 

Введение

Силовые трансформаторы служат для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения. Они являются основным оборудованием электрических подстанций. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, при передаче к потребителям претерпевает многократную трансформацию в повышающих и понижающих трансформаторах[6] .

Трансформаторы серии ТМН предназначены для обеспечения постоянного уровня напряжения в сетях. Используются в распределительных подстанциях сетевых компаний, крупных промышленных предприятий, энергоемких объектах инфраструктуры [7].

Силовые масляные двухобмоточные трансформаторы ТМН с РПН (регулированием напряжения под нагрузкой) мощностью 1000 – 25000 кВА используются для преобразования напряжения в сетях 35 кВ.

Цель данного курсового проекта рассчитать силовой трансформатор ТМН согласно техническом условиям.

 

Технические условия

1. Тип трансформатора ТМН – 6000/35.

2. Номинальные напряжения обмоток:

обмотка низшего напряжения (НН) ,

обмотка высшего напряжения (ВН)

3. Число фаз .

4. Частота питающей сети .

5. Система регулирования РПН с реверсом отдельно выполненной РО, которая располагается снаружи обмотки ВН.

Расположение ввода на конце обмотки ВН.

Прессующие кольца обмоток из стали.

Пределы регулирования ±16 % и число ступеней ±12.

6. Схема и группа соединения обмоток трансформатора – Ун/Д-11. Звездой с нейтралью соединяется обмотка ВН, а треугольником – обмотка НН.

7. Марка и материал провода – прямоугольный провод марки АПБ (алюминиевый).

8. Конструкция магнитопровода – трехстержневая несимметричная с косыми стыками на крайних и с прямыми на средних стержнях, марка стали 3405, толщина листа 0,3 мм.

9. Номинальные значения, полученные посредством пересчета по закону роста :

напряжение короткого замыкания – 7,5 %;

потери короткого замыкания – 44,829 кВ;

потери холостого хода – 7,713 кВ;

ток холостого хода – 0,8 %.

 

Результаты предварительного расчета на ЭВМ

Таблица 1. Результаты предварительного расчета трансформатора на ЭВМ

№	Наименование	Обозна-чение в пособии	Идентифи-катор в программе для ЭВМ	Размер-ность	Численное значение
1	Диаметр стержня		DS	м	0,32
2	Индукция		B	Тл	1,60
3	ЭДС на виток		EO	В	24,86
4	Высота обмотки		H	м	1,615
5	Плотность тока		AJ	А/мм2	1,547
6	Потери короткого замыкания		PK	кВт	33,98
7	Потери холостого хода		PO	кВт	7,131
8	Ток холостого хода		AIO	%	0,4495
9	Напряжение корот-кого замыкания		UK	%	7,703
10	Приведенные годовые затраты		M	руб.	11610
11	Тип обмотки НН	–	–		Непрерывная катушечная

 

Расчет витков в обмотке НН:

Принимаем  витков.

Уточненное значение ЭДС на виток:

 

Индукция в стержне:

 

Расчет обмоток

Обмотки выполним из медных обмоточных проводов прямоугольного сечения марки ПБ (ГОСТ 26605-85).

Обмотка высшего напряжения

Номинальное фазное напряжение:

Число витков на основной ступени равно:

Принимаем  витков.

Число витков в регулировочной ступени:

Принимаем  витков.

Выполним проверку коэффициентов трансформации на основной и крайних ступенях регулирования.

Расчет для высшей ступени:

Расчет для основной ступени:

Расчет для низшей ступени:

Таблица 2. Определение коэффициентов трансформации и их отклонений от требуемых значений на основной и крайних ступенях

Характеристики	Ступени регулирования
	Высшая	Основная	Низшая
Число витков	946	814	682
Коэффициент трансформации,	2,938	2,528	2,118
Требуемое значение коэффициента трансформации,	2,930	2,526	2,122
Отклонение , %	0,267	0,081	–0,177

Сопоставляя полученные значения с таблицей 5 в учебном пособии , видим, что число витков выбрано правильно и не превышает 1 % на крайних ступенях и 0,5 % на основной ступени.

Номинальный фазный ток:

Ввод в обмотку ВН осуществляется в конец, поэтому для расчета сечения витка принимаем .

 

Сечение витка:

Число параллельных проводов:

Принимаем  параллельных проводов.

Сечение одного провода:

Выбираем сечение одного провода.

Соотношение сторон провода должно быть таким, чтобы суммарные потери в обмотке были минимальными. Это условие приблизительно совпадает с максимумом коэффициента заполнения:

Ширина нормального масляного канала: .

Толщина витковой изоляции на две стороны: .

С учетом среднего значения между технологичностью изготовления и стремлением к минимуму потерь принимаем .

Пользуясь таблицей 15  по значениям  и  выбираем провод:

; ; .

Высота обмотки из предварительного расчета: .

Число усиленных каналов:  (см. ).

Ширина усиленного канала:  (см. ).

Число катушек находим из уравнения:

Чтобы получить напряжение короткого замыкания соответствующее требованиям ГОСТ 11677-85 требуется брать большее количество катушек, поэтому примем число катушек .

Распределим витки по катушкам. Среднее число витков нормальной катушки:

Примем .

Радиальный размер нормальных катушек:

Для трансформаторов мощностью 1 – 6,3 МВ∙А рекомендуется применять 8 – 12 реек вдоль окружности обмоток (таблица 16 ). Выберем число реек в обмотке равным 12.

 

Переведем десятичную дробь 8,306 в простую со знаменателем 12:

Таблица 3. Проверка числа витков обмотки ВН

Катушки	Число катушек	Число витков в катушке	Общее число витков
	32	8	264
	66	8	550
Полное число	98	–	814

 

Обмотка низшего напряжения

Номинальный ток обмотки:

Сечение витка:

Число параллельных проводов:

Принимаем  параллельных проводов.

Сечение одного провода:

Выбираем сечение одного провода.

Ширина нормального масляного канала: .

Толщина витковой изоляции на две стороны: .

С учетом среднего значения между технологичностью изготовления и стремлением к минимуму потерь принимаем .

Пользуясь таблицей 15  по значениям  и  выбираем провод:

; ; .

Число катушек находим из уравнения:

Положим число катушек .

Распределим витки по катушкам. Среднее число витков нормальной катушки:

Примем .

Радиальный размер нормальных катушек:

Переведем десятичную дробь 3,286 в простую со знаменателем 12:

 

Таблица 5. Проверка числа витков обмотки НН

Катушки	Число катушек	Число витков в катушке	Общее число витков
	56	3	182
	42	3	140
Полное число	98	–	322

Регулировочная обмотка

Допустимая высота обмотки:

Число витков в регулировочной обмотке:

Для однослойной обмотки при числе параллельных проводов равном 2 осевой размер провода равен:

 

Толщина витковой изоляции на обе стороны .

Площадь витка:

Примем число параллельных проводников в обмотке равным: .

 

Тогда сечение одного провода:

Пользуясь таблицей 15  по значениям  и  выбираем провод:

; ; .

Осевой размер обмотки:

Радиальный размер однослойной регулировочной обмотки:

Изоляционный промежуток между обмоткой ВН и РО: .

Средний диаметр регулировочной обмотки:

Наружный диаметр регулировочной обмотки:

 

 

Расчет магнитной системы

Выберем трехстержневую несимметричную конструкцию с косыми стыками на крайних стержнях и с прямыми на средних стержнях. Возьмем отожженную электротехническую сталь марки 3405, толщина листа 0,3 мм. Прессовку стержней будем производить бандажами из стеклоленты, а ярм – полубандажами со шпильками, проходящими вне активной стали.

Из предварительного расчета и расчета обмоток известно:

диаметр стержня: ;

высота окна: ;

максимальная индукция в стержне: .

Расстояние между фазами: .

Расстояние между осями стержней:

При  площадь поперечного сечения стержня и ярма:

.

Высота ярма: .

Объем угла: .

Плотность электротехнической стали: .

Масса угла:

Масса стержней:

Масса ярм:

Масса магнитной системы:

Расчет тока холостого хода

Удельные намагничивающие мощности (по таблице 21 ), соответствующие индукциям в стержне, ярме и на косом стыке:

Коэффициенты увеличения намагничивающей мощности в прямом и косом углах (по таблице 22 ) составляют: .

Суммарная намагничивающая мощность в поверхностях стыков магнитной системы равна:

Полная намагничивающая мощность магнитной системы равна:

где .

Индуктивная составляющая тока холостого хода:

Активная составляющая тока холостого хода:

Полный ток холостого хода:

что меньше номинального значения тока холостого хода, полученного посредством пересчета по закону роста  на величину:

 

 

Обмотка низшего напряжения

Длина витков обмотки одного стержня:

Масса металла обмотки на три стержня:

Основные потери в обмотке (при температуре 75 ):

Омическое сопротивление обмотки:

Обмотка высшего напряжения

Длина витков обмотки одного стержня:

Масса металла обмотки на три стержня:

Основные потери в обмотке (при температуре 75 ):

Омическое сопротивление обмотки:

Регулировочная обмотка

Длина витков обмотки одного стержня:

Масса металла обмотки на три стержня:

Основные потери в обмотке (при температуре 75 ):

 

Омическое сопротивление обмотки:

Таблица 9. Потери в обмотках трансформатора

Обмотка	Основные, кВт	Добавочные
		Среднее значение		Наибольшее значение в крайних витках, %
		%	кВт
НН	15,8	7,537	1,191	34,138
ВН	22,33	2,7	0,603	10,4
РО	47,15	–	–	–
Всего (без РО)	38,13	–	1,794	–

Тепловой расчет

Обмотка низшего напряжения

Число витков в обмотке: .

Число проводов, расположенных в радиальном направлении:        .

Размеры провода: .

Периметр катушки:

Ширина и число прокладок:

Число прокладок равно числу реек, на которые наматывается обмотка.

Коэффициент закрытия поверхности катушки прокладками:

Удельная тепловая нагрузка:

Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом по таблице 4 и рис. 8 :

Поправка на ширину канала  и радиального размера катушки  по кривым рис. 9 : .

 

 – превышение температуры проводникового материала над температурой поверхности обмотки (перепад в изоляции). Для класса напряжения 35 кВ и ниже .

Перегрев проводников над маслом:

В крайних витках

Обмотка НН вся намотана одинаковым проводом, поэтому удельная тепловая нагрузка крайних витков:

Перепад температуры между поверхностью крайнего витка и маслом:

Поправка на ширину канала  и радиального размера катушки  по кривым рис. 9 : .

Перегрев проводников крайних витков над маслом:

Обмотка высшего напряжения

Число витков в обмотке: .

Число проводов, расположенных в радиальном направлении: .

Размеры провода: .

Периметр катушки:

 

Коэффициент закрытия поверхности катушки прокладками:

Удельная тепловая нагрузка:

Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом по таблице 4 и рис. 8 :

Поправка на ширину канала  и радиального размера катушки  по кривым рис. 9 : .

Перегрев проводников над маслом:

В крайних витках

Обмотка ВН вся намотана одинаковым проводом, поэтому удельная тепловая нагрузка крайних витков:

Перепад температуры между поверхностью крайнего витка и маслом:

Поправка на ширину канала  и радиального размера катушки  по кривым рис. 9 : .

Перегрев проводников крайних витков над маслом:

Регулировочная обмотка

Коэффициент закрытия поверхности рейками:

Поверхность обмотки:

Удельная тепловая нагрузка:

Перепад температуры между поверхностью крайнего витка и маслом:

Для регулировочной обмотки .

Перегрев проводников над маслом:

Бак трансформатора

Высота окна: .

Высота ярма: .

Сумма расстояний от магнитопровода до дна и крышки бака, примерно равна: .

Высота бака:

Боковая поверхность бака:

Площадь крышки:

Поверхность охлаждения бака с крышкой:

Допустимое превышение средней температуры масла над воздухом:

Таблица 11. Результаты теплового расчета трансформатора

Название	Перегревы,
	над маслом по расчету	над воздухом
		по расчету	по ГОСТу
Обмотки: НН НН в крайних витках ВН ВН в крайних витках РО Масло: средний перегрев наибольший перегрев	20,834 23,918 15,284 15,01 14,197   – –	61,916 65 56,366 56,092 55,279   41,082 52,8	65 65 65 65 65   – 55

Выбираем по таблице 3  для высоты бака  160-трубный радиатор с расстоянием между осями патрубков , и поверхностью .

Сумма расстояний от дна бака до магнитопровода и изоляционного расстояния от обмоток до нижнего ярма: .

 

Высота центра потерь:

Расстояние от крышки бака до оси верхнего патрубка радиатора: .

Высота центра охлаждения:

Отношение высот центров потерь и охлаждения:

Из рис.10  по допустимому среднему перегреву масла     и  находим максимальный перегрев масла над температурой воздуха .

Допустимая удельная тепловая нагрузка бака для:

Количество тепла, отводимого поверхностями бака и крышки:

Количество тепла, которое должны отвести радиаторы:

Удельная тепловая нагрузка радиаторов для  и  по графикам на рис. 11  составляет .

Необходимое число радиаторов:

Для обеспечения рационального и эффективного использования радиаторов, а также для их удобного размещения на баке принимаем .

 

Механический расчет

Таблица 12. Распределение радиальной составляющей индукции вдоль половины высоты обмоток

, см
85,85 77,27 68,68 51,51 42,93	1,0 0,9 0,8 0,6 0,5	291,1 95,6 47,4 16,5 10,7	–155,6 13,6 27,1 18,0 13,3

 (См. приложение – распределение радиальной составляющей индукции ).

Коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей:

Кратность тока короткого замыкания:

Токи короткого замыкания обмоток:

Средняя длина витков обмоток:

Обмотка низшего напряжения

Обмотка высшего напряжения

Заключение

В ходе выполнения задачи по проектированию трансформатора были получены параметры с допустимыми отклонениями от величин, задаваемых техническими условиями.

Таблица 13. Сопоставление полученных характеристик трансформатора с требованиями ГОСТ 11677-85 по допустимым отклонениям.

Наименование величин	Численное значение	Значение по закону роста	Полученное отклонение, %	Допуск, %
Отклонение  на высшей ступени, %	2,938	–	0,261	±1 %
Отклонение  на основной ступени, %	2,528	–	0,081	±0,5 %
Отклонение  на низшей ступени, %	2,118	–	–0,177	±1 %
Напряжение короткого замыкания	7,756 %	7,5 %	3,410	±10 %
Ток холостого хода	0,468 %	0,8 %	–41,447	+30
Потери холостого хода	7,599 кВт	7,713 кВт	–1,476	+15
Потери короткого замыкания	42,270 кВт	44,829 кВт	–5,710	+10
Суммарные потери	49,869 кВт	52,542 кВт	–5,089	+10

 

Полученные в ходе теплового расчета значения перегревов не превышают допустимые ГОСТ значения.

КПД трансформатора .

 

 

Список литературы

1. Васютинский С.Б., Малиновский С.С. – Расчет и проектирование трансформаторов: расчет обмоток и магнитопровода, 1992г.

2. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. – Тепловые и механические расчеты трансформаторов, 1979г.

3. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. – Расчет напряжения короткого замыкания и поля рассеяния обмоток трансформатора, 1983г.

4. Васютинский С.Б., Красильников А.Д. – Расчет потерь и КПД трансформатора, 1983г.

5. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. – 3-е изд., перераб. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с., ил.

6. http://silovoytransformator.ru/stati/silovye-transformatory.htm

7. http://transformator.ru/production/transformatory-tmn/transformatory-tmn/

 

 

Кафедра «Теоретическая электротехника и электромеханика»

КУРСОВой проект

 

Расчет трехфазного двухобмоточного
силового трансформатора ТМН – 6000/35

по дисциплине «Трансформаторы электроэнергетических систем»

 

Выполнил

студент гр. з53216/1              <        >                А.Я Бобков

Руководитель

доцент, к.т.н.                          <        >                М.В.Сочава

 

«___» __________ 2019г.

 

 

Санкт-Петербург

2019

Задание на выполнение курсового проекта

студенту группы з53216/1 Бобкову Артему Ярославовичу.

1. Тема проекта: расчет трехфазного двухобмоточного силового трансформатора ТДН – 24000/35.

2. Срок сдачи студентом законченного проекта: 7 февраля 2019г.

3. Исходные данные к проекту: технические условия, результаты предварительного расчета на ЭВМ.

4. Содержание пояснительной записки: введение; технические условия; результаты предварительного расчета на ЭВМ; расчет обмоток; расчет магнитной системы; расчет потерь в обмотках и КПД; тепловой расчет; механический расчет; заключение; список используемой литературы; чертежи общего вида трансформатора и его основных частей.

Примерный объем пояснительной записки 40 страниц машинописного текста.

5. Перечень графического материала: чертежи, таблицы и приложения из учебных пособий Васютинского С.Б., Малиновского С.С. «расчет и проектирование трансформаторов: расчет обмоток и магнитопровода» и Васютинского С.Б., Красильникова А.Д. «тепловые и механические расчеты», «расчет напряжения короткого замыкания и поля рассеяния обмоток трансформатора», «расчет потерь и КПД Трансформатора».

6. Консультанты: доцент, кандидат технических наук Сочава Марианна Валерьевна.

7. Дата получения задания: 14 июня 2018г.

 

Руководитель                ________________           _______________

                                             (подпись)                        (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению _____________    _______________

                                                (подпись студента)     (инициалы, фамилия)

____________

(дата)

 

Оглавление

Введение. 4

Технические условия. 5

Результаты предварительного расчета на ЭВМ.. 6

1. Расчет обмоток. 8

2. Расчет магнитной системы.. 19

3. Расчет потерь в обмотках и КПД.. 23

4. Тепловой расчет. 31

5. Механический расчет. 37

Заключение. 43

Список литературы.. 44

 

 

Введение

Силовые трансформаторы служат для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения. Они являются основным оборудованием электрических подстанций. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, при передаче к потребителям претерпевает многократную трансформацию в повышающих и понижающих трансформаторах[6] .

Трансформаторы серии ТМН предназначены для обеспечения постоянного уровня напряжения в сетях. Используются в распределительных подстанциях сетевых компаний, крупных промышленных предприятий, энергоемких объектах инфраструктуры [7].

Силовые масляные двухобмоточные трансформаторы ТМН с РПН (регулированием напряжения под нагрузкой) мощностью 1000 – 25000 кВА используются для преобразования напряжения в сетях 35 кВ.

Цель данного курсового проекта рассчитать силовой трансформатор ТМН согласно техническом условиям.

 

Технические условия

1. Тип трансформатора ТМН – 6000/35.

2. Номинальные напряжения обмоток:

обмотка низшего напряжения (НН) ,

обмотка высшего напряжения (ВН)

3. Число фаз .

4. Частота питающей сети .

5. Система регулирования РПН с реверсом отдельно выполненной РО, которая располагается снаружи обмотки ВН.

Расположение ввода на конце обмотки ВН.

Прессующие кольца обмоток из стали.

Пределы регулирования ±16 % и число ступеней ±12.

6. Схема и группа соединения обмоток трансформатора – Ун/Д-11. Звездой с нейтралью соединяется обмотка ВН, а треугольником – обмотка НН.

7. Марка и материал провода – прямоугольный провод марки АПБ (алюминиевый).

8. Конструкция магнитопровода – трехстержневая несимметричная с косыми стыками на крайних и с прямыми на средних стержнях, марка стали 3405, толщина листа 0,3 мм.

9. Номинальные значения, полученные посредством пересчета по закону роста :

напряжение короткого замыкания – 7,5 %;

потери короткого замыкания – 44,829 кВ;

потери холостого хода – 7,713 кВ;

ток холостого хода – 0,8 %.

 

Результаты предварительного расчета на ЭВМ

Таблица 1. Результаты предварительного расчета трансформатора на ЭВМ

№	Наименование	Обозна-чение в пособии	Идентифи-катор в программе для ЭВМ	Размер-ность	Численное значение
1	Диаметр стержня		DS	м	0,32
2	Индукция		B	Тл	1,60
3	ЭДС на виток		EO	В	24,86
4	Высота обмотки		H	м	1,615
5	Плотность тока		AJ	А/мм2	1,547
6	Потери короткого замыкания		PK	кВт	33,98
7	Потери холостого хода		PO	кВт	7,131
8	Ток холостого хода		AIO	%	0,4495
9	Напряжение корот-кого замыкания		UK	%	7,703
10	Приведенные годовые затраты		M	руб.	11610
11	Тип обмотки НН	–	–		Непрерывная катушечная

 

Расчет витков в обмотке НН:

Принимаем  витков.

Уточненное значение ЭДС на виток:

 

Индукция в стержне:

 

Расчет обмоток

Обмотки выполним из медных обмоточных проводов прямоугольного сечения марки ПБ (ГОСТ 26605-85).

123456Следующая ⇒

Поделиться: