ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ВЫБОР ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

· Полная мощность трансформатора, Sн =400 кВА

· Число фаз,  m = 3.

· Частота тока, f = 50 Гц.

· Номинальные напряжения высшее (U₁ =10,5 кВ) и низшее (U₂ =0,4 кВ).

· Схема и группа соединения обмоток: Y/ Yо -0

· Напряжение короткого замыкания, u_k =6,0%

· Мощность короткого замыкания, P_K = 6.05кВт

· Мощность холостого хода, P₀ = 0.95кВт

· Ток холостого хода, i₀ = 2.0 %.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Техническое задание;

Содержание проекта;

 Введение;

1. Определение основных электрических величин и изоляционных промежутков трансформатора;

2. Выбор главных размеров трансформатора;

3. Выбор конструкции и расчет обмоток трансформатора;

3.1 Выбор типа обмотки низкого напряжения

3.2 Выбор типа обмотки высокого напряжения

4. Расчет характеристики короткого замыкания и стойкости обмоток при возникновении короткого замыкания;

4.1 Потери короткого замыкания;

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания;

4.3 Расчет механических сил в обмотках;

4.4 Расчет обмоток на механическую прочность;

4.5 Расчет температуры нагрева обмоток при возникновении КЗ;

5. Расчет магнитной системы;

5.1 Определение размеров и массы магнитопровода;

5.2 Расчет потерь холостого хода;

5.3 Расчет тока холостого хода;

5.4 Расчет коэффициента полезного действия при нормальной нагрузке;

6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения;

7. Определение массы трансформатора;

Список литературы;

 

ВВЕДЕНИЕ

Производство электрической энергии на крупных электростан­циях с генераторами большой единичной мощности, размещае­мых вблизи расположения топливных и гидравлических энер­горесурсов, позволяет получать в этих районах необходимые количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Использование дешевой электрической энергии потребителями, которые находятся на значительном расстоянии, иногда измеряемом сотнями и тысячами километров, и рассредо­точены по обширной территории страны, требует создания слож­ных разветвленных электрических сетей.

Силовой трансформатор является одним из важнейших эле­ментов электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потреб­ления требует в современных сетях не менее чем шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформа­торах. Так, при напряжении на шинах электростанции 15,75 кВ в современной сети часто применяется последовательность шести трансформаций напряжения с учетом падения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 на 242 кВ; 230 на 121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 на 0,4 или 0,69 кВ.

Необходимость распределения энергии между многими мел­кими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом гене­раторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой последующей ступени с более низким напряже­нием в целях более свободного маневрирования энергией выби­рается обычно большей, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в настоящее время превышает общую генераторную мощность в 8—10 раз. В бли­жайшие 10—15 лет это отношение может повыситься.

Следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наибо­лее отдаленные части сети, т. е. в трансформаторы с высшим напряжением 35 и 10 кВ. В этих же трансформаторах возни­кает большая часть потерь энергии, оплачиваемых по наиболее дорогой цене.

Уменьшение потерь холостого хода (XX) достигается главным образом путем все более широкого применения холоднокатаной рулонной электротехнической 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), к толчкам и ударам при транспортировке пластин, к ударам, изгибам и сжатию пластин при сборке магнитной системы и остова сочетается с существенным изменением конструкций магнитных систем, а также с новой прогрессивной технологией заготовки, обработки пластин, сборки магнитной системы и остова.

В новых конструкциях применяются косые стыки пластин в углах магнитной системы, стяжка стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатая форма сечения ярма в плоских магнитных системах. Все более широкое применение находят пространствен­ные магнитные системы, навитые из ленты холоднокатаной стали. Это позволяет уменьшить расход активной стали, потери и ток XX.

Уменьшение потерь короткого замыкания (КЗ) достигается главным образом понижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. Кроме того, это достигается заменой медного провода алюминиевым в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 16000 кВА.

В настоящее время для силовых трансформаторов установле­ны две категории качества. К высшей категории относятся транс­форматоры, технико-экономические показатели которых нахо­дятся на уровне лучших мировых достижений или превосходят их; к первой категории — трансформаторы, технико-экономи­ческие показатели которых находятся на уровне современных требований и отвечают нормативно-техни­ческим документам. В качестве основных критериев для отне­сения трансформаторов к той или иной категории служат: зна­чения потерь XX и КЗ, тока XX, масса трансформатора, отне­сенная к единице мощности, и другие показатели.

Одной из важных задач является повышение эффективности использования материальных ресурсов в трансформаторострое­нии — материалов, топлива и энергии. Эта задача решается в сложном комплексе мероприятий, направленных на уменьшение расхода активных, изоляционных и конструктивных материалов и на уменьшение размеров трансформатора.

Уменьшение расхода электротехнической стали при стабильности допустимой индукции достигается в настоящее время за счет изменения конструкции магнитной системы, например путем перехода от плоских к пространственным магнитным системам.

Сокращение расхода изоляционных материалов, трансформа­торного масла и металла, употребляемого на изготовление баков и систем охлаждения, достигается путем допустимого снижения испытательных напряжений и уменьшения изоляцион­ных расстояний при улучшении изоляционных конструкций на основе совершенствования технологии обработки изоляции и применения новых средств защиты трансформаторов от перенапря­жений. Большой эффект в деле экономии конструктивных материалов дает также применение новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях.

Для обеспечения экономичности работы электрических сетей и надлежащего качества энергии, отпускаемой потребителями, т. е. для поддержания постоянства напряжения, возникает необ­ходимость в расширении выпуска трансформаторов с регулиро­ванием напряжения под нагрузкой (РПН). Современными стан­дартами предусмотрен выпуск с РПН всех понижающих транс­форматоров и автотрансформаторов классов напряжения 110, 150, 220, 330 и 500 кВ. При этом у двух и трехобмоточных трансформаторов, как правило, напряжение регулируется при помощи устройства для переключения ответвлений в нейтрале обмотки высшего напряжения. У автотрансформаторов напря­жение регулируется у линейного конца обмотки среднего напря­жения и в отдельных случаях вблизи нейтрали обмоток.

    

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ВЫБОР ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАССТОЯНИЙ

 

Расчет электрических величин является первым этапом проектирования трансформатора. Результаты полученные на этом этапе, определяют выбор основных размеров, электромагнитных нагрузок на последующих этапах.

1.1. Мощность одной фазы:

 

1.2. Мощность на один стержень магнитопровода:  

где с- число стержней магнитопровода.

1.3. Номинальный ток обмотки низкого напряжения:

1.4. Номинальный ток обмотки высокого напряжения:

1.5. Номинальные фазные токи:

              при соединении фаз обмоток в звезду

I_{1 Ф} = I₁ =

I _2Ф = I ₂ =

1.6. Фазные напряжения:

              при соединении фаз обмоток в звезду

1.7. Испытательные напряжения обмоток

    Испытательные напряжения обмоток выбираются в зависимости от номинального напряжения обмоток, которое определяет класс напряжения трансформатора.

для обмотки НН    U _{ИСП НН} =

для обмотки ВН         U _{ИСП ВН} = .

1.8. Активная составляющая напряжения короткого замыкания

1.9 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания

1.10 Выбираем тип обмотки

   Обмотка ВН при напряжении кВ и токе  А – многослойная цилиндрическая из медного  прямоугольного  провода.

  Обмотка НН при напряжении В и токе  А – винтовая.

Для испытательного напряжения обмотки ВН находим изоляционные расстояния:                        а₁₂ =

                                          а₂₂ =

                                          h₀ =

Для испытательного напряжения обмотки НН находим:

                                          а₀₁ =

Основные размеры трансформатора показаны на рис.1

 

рис.1