Алматы: АУЭС, 2018.–50 с

1

Некоммерческое

акционерное общество

Кафедра электрических машин и электропривода

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 5В071800 –Электроэнергетика

Алматы 2018

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

2

СОСТАВИТЕЛИ: Р.М. Шидерова, К.О. Гали, М.Б. Жаркымбекова.

Электрические машины. Проектирование трансформаторов. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 5В071800 –Электроэнергетика. - Алматы: АУЭС, 2018.–50 с.

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы курсового проектирования сухих и масляных силовых трансформаторов.

Проектирование трансформаторов включает в себя проработку технического задания, определение основных размеров, проведение поверочных расчетов и конструирование трансформаторов по полученным размерами. Процесс расчета позволяет лучше понять и усвоить взаимосвязи размеров трансформатора со свойствами активных материалов, его техническими и экономическими параметрами с учетом места трансформатора в сети и технологии его производства.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил. 37, табл.32, библ. – 16 назв.

Рецензент: Доцент каф. ЭСиЭС Курпенов Б.К.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи» на 2018 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2018г

3

Содержание

Введение...………... 4

1 Задание по проектированию ……... 5

2 Расчет основных электрических величин ………... 9

3 Определение исходных данных расчета………... 10

4 Определение основных размеров……….. 16

5 Расчет обмотки НН ………. 18

6 Расчет обмотки ВН... 24

7 Расчет параметров короткого замыкания... 27

8 Расчет напряжения короткого замыкания……... 28

9 Расчет магнитной системы………... 29

10 Оценка эксплуатационных свойств спроектированного трансформатора 36 11 Приложение А... 40

Список литературы... 50

4 Введение

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 пяти-шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

В связи с тем, что общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в 7-8 раз превышает общую мощность генераторов, особо важными задачами являются повышение качества трансформаторов, использование прогрессивной технологии их производства, экономия материалов на стадиях их проектирования и изготовления и низкие потери при их работе в сети.

К силовым трансформаторам предъявляют жесткие технико- экономические требования вследствие их особой роли в процессе передачи электроэнергии. Экономичность трансформаторов в эксплуатации определяется потерями мощности холостого хода и короткого замыкания, регламентированными ГОСТ. Заданные потери можно получить при рациональном соотношении основных размеров трансформатора;

использовании современных магнитных, проводниковых и изоляционных материалов; грамотном выборе удельных нагрузок активных материалов.

Методические указания дают необходимые представления об основах проектирования силовых трансформаторов. Процесс расчета позволяет лучше понять и усвоить взаимосвязи размеров трансформатора со свойствами активных материалов, его техническими и экономическими параметрами с учетом места трансформатора в сети и технологии его производства.

В процессе выполнения курсового расчета студенты знакомятся с методиками расчетов, получают представление об основах инженерного проектирования силовых трансформаторов, изучают применяемые в трансформатор строении материалы и их свойства а также системы охлаждения. Это позволяет уяснить влияние основных размеров, электромагнитных нагрузок, свойств применяемых активных материалов на технические характеристики трансформатора.

Расшифровка буквенных обозначений трансформаторов и автотрансформаторов.

Буквенные обозначения трансформаторов: ТМ, ТС, ТСЗ, ТД, ТДЦ, ТМН, ТДН, ТЦ, ТДГ, ТДЦГ, ОЦ, ОДГ, ОДЦГ, АТДЦТНГ, АОТДЦН и т. д.

Первая буква обозначает число фаз (Т - трехфазный, О - однофазный).

Далее следует обозначение системы охлаждения: М - естественное масляное;

т. е. естественная циркуляция масла; С - сухой трансформатор с естественным воздушным охлаждением открытого исполнения; Д - масляное с дутьем, т. е. с обдуванием бака при помощи вентилятора; Ц - принудительная циркуляция масла через водяной охладитель; ДЦ - принудительная циркуляция масла с дутьем.

5 1 Задание по проектированию

Проектирование трансформаторов включает в себя проработку технического задания, определение основных размеров, проведение поверочных расчетов и конструирование трансформатора по полученным размерам.

Рекомендуемые учебные пособия приводятся в списке литературы.

Основные сведения по теории трансформаторов изложены в [6,8,9]. С конструкцией основных деталей проектируемого трансформатора и технологией их изготовления можно ознакомиться [1,2,3]. Рекомендации по проектированию трансформаторов содержатся в [1,4,5,6].

Студент после получения технического задания должен ознакомиться с теорией и конструктивным оформлением трансформатора, выполнить расчет в соответствии с методическими указаниями, оформить пояснительную записку. Расчет должен сопровождаться необходимыми пояснениями. Расчет и построение характеристики холостого хода выполняется на ЭВМ с использованием приложения Mathad. Чертежи элементов конструкции, приводимые в пояснительной записке, должны выполнятся с соблюдением масштаба с использованием программы AutoCad.

6 1.1 Выбор варианта

Таблица 1.1- Для масляных трансформаторов

№задания Номина- льная мощност ь, S_Н, кВ

U_НЛ ВН, кВ

U_НЛ НН, кВ

Схемы и группа со- единения обмоток

Потери,

кВт u_к,

% io,

%

Допустимый материал обмоток х.х.,

р_о к.з.,

р_к медь алюм.

00 63 6 0,4  / н - 0 0,24 1,28 4,5 2,8 нет да 01 63 10 0,4  / н - 0 0,24 1,28 4,5 2,8 нет да 02 100 6 0,4  / н - 0 0,33 1,97 4,5 2,6 нет да 03 100 10 0,4  / н - 0 0,33 1,97 4,5 2,6 нет да 04 100 20 0,4  / н - 0 0,42 1,97 6,5 2,6 нет да 05 160 6 0,4  / н - 0 0,51 2,65 4,5 2,4 нет да 06 160 10 0,4  / н - 0 0,51 2,65 4,5 2,4 нет да 07 160 20 0,4  / н - 0 0,62 2,65 6,5 2,4 нет да 08 160 6 0,69  / н 11 0,51 2,65 6,5 4,5 нет да 09 160 10 0,69  / н 11 0,51 2,65 6,5 4,5 нет да 10 160 20 0,69  / н 11 0,62 2,65 6,5 6,5 нет да 11 250 6 0,4  / н - 0 0,74 3,7 4,5 2,3 нет да 12 250 10 0,4  / н - 0 0,74 3,7 4,5 2,3 нет да 13 250 35 0,4  / н - 0 0,9 3,7 6,5 2,3 нет да 14 250 6 0,69  / н -

11

0,74 3,7 4,5 2,3 нет да 15 250 10 0,69  / н -

11 0,74 3,7 4,5 2,3 нет да 16 250 20 0,69  / н -

11 0,9 3,7 6,5 2,3 нет да 17 400 6 0,4  / н - 0 0,95 5,5 4,5 2,1 нет да 18 400 10 0,4  / н - 0 0,95 5,5 4,5 2,1 нет да 19 400 35 0,4  / н - 0 1,2 5,5 6,5 2,1 нет да 20 400 6 0,4  / н -

11

0,95 5,9 4,5 2,1 нет да 21 400 10 0,69  / н - 11 0,95 5,9 4,5 2,1 нет да 22 400 35 0,69  / н - 11 1,2 5,9 6,5 2,1 нет да 23 630 6 0,4  / н - 0 1,31 7,6 5,5 2,0 нет да

24 630 10 0,4  / н - 0 1,31 7,6 5,5 2,0 нет да 25 630 35 0,4  / н - 0 1,6 7,6 6,5 2,0 нет да 26 630 6 0,69  / н - 11 1,31 8,5 5,5 2,0 нет да 27 630 10 0,69  / н - 11 1,31 8,5 5,5 2,0 нет да 28 630 35 0,69  / н - 11 1,6 8,5 6,5 2,0 нет да 29 1000 6 0,4  / н - 02,1 12,2 5,5 1,4 да да 30 1000 6 0,4  / н -

11

2,1 12,2 5,5 1,4 да да 31 1000 6 0,69  / н -

11 2,1 12,2 5,5 1,4 да да 32 1000 6 0,52

5

 /  - 11 2,1 12,2 5,5 1,4 да да 33 1000 6 3,15  /  - 11 2,1 11,6 5,5 1,4 да да 34 1000 6 6,3  /  - 11 2,1 11,6 5,5 1,4 да да 35 1000 10 0,4  / н -

11 2,1 12,2 5,5 1,4 да да 36 1000 10 0,69  / н -

11 2,1 12,2 5,5 1,4 да да 37 1000 10 0,52

5

 /  - 11 2,1 12,2 5,5 1,4 да да 38 1000 10 3,25  /  - 11 2,1 11,6 6,5 1,4 да да 39 1000 10 6,3  /  - 11 2,1 11,6 ^{6,5 1,4 да} да 40 1000 10 10,5  /  - 11 2,1 11,6 ^{6,5 1,4 да} да 41 1000 20 0,4  / н - 11 2,0 12,2 ^{6,5 1,4 да} да 42 1000 20 0,69  / н - 11 2,0 12,2 ^{6,5 1,4 да да} 43 1000 20 6,3  /  - 11 2,0 11,6 ^{6,5 1,4 да да} 44 1000 20 10,5  /  - 11 2,0 11,6 ^{6,5 1,4 да} да 45 1000 35 0,4  / н - 0 2,0 12,2 ^{6,5 1,4 да} да 46 1000 35 0,69  / н - 0 2,0 12,2 ^{6,5 1,4 да} да 47 1000 35 3,15  /  - 11 2,0 11,6 ^{6,5 1,4 да да} 48 1000 35 6,3  /  - 11 2,0 11,6 ^{6,5 1,4 да да} 49 1000 35 10,5  /  - 11 2,0 11,6 ^{6,5 1,4 да} да

50 160

0

6 0,4  / н - 11

2,8 18,0 5,5 1,3 да да

7

51 1600 6 0,69  / н - 11

2,8 18,0 5,5 1,3 да да 52 1600 6 3,15  /  - 11 2,8 16,5 5,5 1,3 да да 53 1600 6 6,3  /  - 11 2,8 16,5 5,5 1,3 да да 54 1600 10  / н - 112,8 18,0 5,5 1,3 да да 55 1600 10  / н - 112,8 18,0 5,5 1,3 да да 56 1600 10  /  - 11 2,8 16,5 5,5 1,3 да да 57 1600 10  /  - 11 2,8 16,5 5,5 1,3 да да 58 1600 20 0,4  / н - 112,75 18,0 6,5 1,3 да да 59 1600 20 0,69  / н - 112,75 18,0 6,5 1,3 да да 60 1600 20 3,15  /  - 11 2,75 16,5 6,5 1,3 да да 61 1600 20 6,3  /  - 11 2,75 16,5 6,5 1,3 да да 62 1600 35 0,4  / н - 11 2,75 18,0 6,5 1,3 да да 63 1600 35 0,69  / н - 11 2,75 18,0 6,5 1,3 да да 64 1600 35 3,15  /  - 11 2,75 16,5 6,5 1,3 да да 65 1600 35 6,3  /  - 11 2,75 16,5 6,5 1,3 да да 66 1600 35 10,5  /  - 11 2,75 16,5 6,5 1,3 да да 67 2500 6 0,4  / н - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 68 2500 6 0,69  / н - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 69 2500 6 3,15  /  - 11 3,9 25,0 ^{5,5 1,0} да да 70 2500 6 6,3  /  - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 71 2500 10 0,4  / н - 11 3,9 25,0 ^{5,5 1,0} да да 72 2500 10 0,69  / н - 11 3,9 25,0 ^{5,5 1,0} да да 73 2500 10 3,15  /  - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 74 2500 10 6,3  /  - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 75 2500 10 10,5  /  - 11 3,9 23,5 ^{5,5 1,0} да да 76 2500 20 0,69  / н - 11 3,9 26,0 ^{6,5 1,0 да да} 77 2500 20 6,3  /  - 11 3,9 23,5 ^{6,5 1,0} да да 78 2500 20 10,5  /  - 11 3,9 23,5 ^{6,5 1,0 да да} 79 2500 35 0,69  / н - 11 3,9 26,0 ^{6,5 1,0} да да 80 2500 35 3,15  /  - 11 3,9 23,5 ^{6,5 1,0 да да} 81 2500 35 6,3  /  - 11 3,9 23,5 ^{6,5 1,0} да да

82 2500 35 10,5  /  - 11 3,9 23,5 6,5 1,0 да да 83 4000 6 3,15  /  - 11 5,2 33,5 7,5 0,9 да да 84 4000 6 6,3  /  - 11 5,2 33,5 7,5 0,9 да да 85 4000 10 3,15  /  - 11 5,2 33,5 7,5 0,9 да да 86 4000 10 6,3  /  - 11 5,2 33,5 7,5 0,9 да да 87 4000 20 6,3  /  - 11 5,3 33,5 7,5 0,9 да да 88 4000 20 10,5  /  - 11 5,3 33,5 7,5 0,9 да да 89 4000 35 3,15  /  - 11 5,3 33,5 7,5 0,9 да да 90 4000 35 6,3  /  - 11 5,3 33,5 7,5 0,9 да да 91 4000 35 10,5  /  - 11 5,3 33,5 7,5 0,9 да да 92 6300 10 3,15  /  - 11 7,4 46,5 7,5 0,9 да да 93 6300 10 6,3  /  - 11 7,4 46,5 7,5 0,9 да да 94 6300 10 10,5  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,9 да да 95 6300 10 6,3  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,8 да да 96 6300 10 10,5  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,8 да да 97 6300 10 3,15  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,8 да да 98 6300 10 6,3  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,8 да да 99 6300 10 10,5  /  - 11 7,6 46,5 7,5 0,8 да да

8 Таблица 1.2 - Для сухих трансформаторов

№задания

Номина- льная мощност ь, SН, кВ

UНЛ ВН,

кВ

UНЛ НН,

кВ

Схемы и группа со- единения обмоток

Потери, кВт

uк, % io,%

х.х., ро

к.з., рк

01 100 3,15 0,23 Y/Y-0 2,0 0,35 4,0 2,6

02 100 6,3 0,4 Y/Y-0 2,0 0,35 4,0 2,6

03 100 10,5 1,0 ∆/Y-11 2,0 0,35 4,3 2,8

04 100 13,8 0,23 Y/∆-11 2,1 0,4 4,5 3,0

05 160 3,15 0,23 Y/∆-11 2,6 0,7 5,3 3,8

06 160 6,3 0,4 ∆/Y-11 2,6 0,7 5,4 3,8

07 160 10,5 0,69 Y/Y-0 2,7 0,7 5,5 4,0

08 160 10,4 1,0 Y/∆-11 2,7 0,7 5,5 4,0

09 160 13,8 0,23 Y/∆-11 2,7 0,75 5,7 4,0

10 160 15,75 0,4 ∆/Y-11 2,8 0,8 5,9 4,0

11 250 3,15 0,69 Y/Y-0 4,3 1,0 6,5 3,5

12 250 6,3 1,0 Y/∆-I 4,3 1,05 6,8 3,8

13 250 10,0 0,23 Y/∆-I 4,4 1,1 7,0 4,0

14 250 10,5 0,4 ∆/Y-11 4,4 1,1 7,5 4,0

15 250 13,8 0,69 Y/Y-0 4,4 1,1 7,5 4,0

16 250 15,75 1,0 Y/∆-I 4,4 1,1 8,0 4,0

17 400 3,15 0,69 Y/∆-I 5,3 1,3 5,5 2,9

18 400 6,3 1,0 ∆/Y-11 5,5 2,9 5,4 1,3

19 400 10,0 0,69 Y/Y-0 5,5 3,0 5,4 1,35

20 400 10,5 1,0 Y/∆-I 5,5 1,35 7,0 3,3

21 400 13,8 3,0 Y/∆-11 6,0 1,4 8,0 3,5

22 400 15,75 1,0 ∆/Y-11 6,0 1,4 8,0 3,5

23 630 3,15 0,69 Y/∆-I 7,0 1,2 6,0 2,3

24 630 6,3 1,0 Y/∆-I 7,0 1,2 6,0 2,3

25 630 10,0 1,0 Y/∆-I 7,0 1,2 6,0 2,3

26 630 10,5 1,5 ∆/Y-11 3,5 7,3 7,5 3,5

27 630 13,8 0,69 Y/∆-I 3,0 8,7 8,0 3,0

28 630 15,75 1,0 Y/∆-I 3,0 8,7 8,0 3,0

29 40 3,15 0,69 Y/∆-I 1,8 0,88 6,0 1,8

30 40 6,3 1,5 ∆/Y-11 1,8 0,90 6,0 1,8

31 40 10,0 0,69 Y/∆-11 1,9 0,88 6,5 1,9

32 40 10,5 1,0 Y/∆-11 2,0 0,90 8,0 2,0

33 63 13,8 0,69 Y/∆-11 2,2 1,28 8,0 2,2

34 63 15,75 1,0 ∆/Y-11 2,5 1,47 8,0 2,5

35 63 10,0 3,0 Y/∆-I 1,5 1,28 5,5 1,5

36 63 10,5 3,15 ∆/Y-11 1,8 1,47 6,5 1,8

1.2 Техническое задание на расчет трансформатора ТС-180 с естественным воздушным охлаждением.

Полная мощность 𝑆_н = 180 кВА.

Число фаз 𝑚 = 3.

Частота 𝑓 = 50 Гц.

Напряжение обмотки ВН 𝑈_1н = 1000 В.

Напряжение обмотки ВН 𝑈_1н = 400 В.

Схема и группа соединения обмоток Y/Y0.

9

Способ охлаждения естественное воздушное.

Характеристика нагрузки длительная.

Установка в помещении.

Напряжение короткого замыкания 𝑈_к = 5,5%.

Потери короткого замыкания Р_к = 2700 Вт.

Ток холостого хода Р_х = 1000 Вт.

Ток холостого хода 𝐼₀ = 2,2 %.

Трансформатор стержневой с концентрическими обмотками из алюминия с изоляцией класса нагревостойкости В.

Спроектированный трансформатор должен соответствовать требованиям государственных стандартов.

2 Расчет основных электрических величин

1. Мощность одной фазы трансформатора:

. 3 60

180 кВА

m

S_ф  S^н  

2. Мощность обмоток на одном стержне:

m кВА S S

c

н 60

3 180 



 ,

где m_c - число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора.

3. Номинальный линейный ток на стороне ВН:

А U

I S

н

н 10.4

1000 3

10 180 3

3

1

1 



 

 .

4. Номинальный линейный ток на стороне НН:

А U

I S

н

н 260

400 3

10 180 3

3

2

2 



 



5. Фазные токи при схеме соединения Y/Y_н:

, 4 .

1 10

1 I A

I_ф   I_ф2 I₂ 260А.

6. Фазные напряжения при соединении Y/Y_н на стороне высокого напряжения:

𝑈_ф1 =𝑈_1н

√3 = 1000

√3 = 5770 В.

на стороне низкого напряжения:

𝑈_ф2 = 𝑈_2н

√3 = 400

√3 = 231 В.

10

7. Испытательные напряжения выбираются из таблицы 2.1 в зависимости от класса напряжения на обмотках ВН и НН и конструктивного исполнения.

Для обмотки ВН 𝑈_исп = 24 кВ;

Для обмотки НН 𝑈_исп = 3 кВ.

Таблица 2.1- Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц)

Масляные силовые трансформаторы

Класс напряжения, кВ 3 6 10 15 20 35

Наибольшее рабочее напряжение, кВ

3,5 6,9 11,5 17,5 23 40,5 Испытательное напряжение

обмотки U_исп, кВ

18 25 35 45 55 85 Сухие силовые трансформаторы

Класс напряжения, кВ до 1.0 3 6 10 15

Испытательное напряжение, кВ 3 10 16 24 37 Примечание. Обмотки масляных и сухих трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеют U_исп=5 кВ.

3 Определение исходных данных расчета

1. Ширина приведенного канала рассеяния между обмотками низшего напряжения (НН) и высшего напряжения (ВН) (рисунок 3.1):

3 , ) ( _{1 2}

12

а а а

а_р   

где а₁,а₂ - радиальные размеры обмоток;

а12 - размер осевого канала между обмотками (определяется по таблице 3.1);

К – определяется по таблице 3.3.

На стороне ВН для ВН 𝑈_исп = 24 кВ,^а₁₂  40^мм

. 018 . 0 10 60 52 . 0 25 . 1 3 10

4 2 4 2

2

1 а К S м

а           

Тогда ширина приведенного канала рассеяния:

. 058 . 0 018 . 0 04 . 3 0

2 1

12 а а м

а

а_р      

2. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному принимаем К_р=0.95.

3. Составляющие напряжения короткого замыкания:

11 - активная составляющая:

%;

5 . 180 1

100 7 .

% 2

100   



 S U_a Р^к

- реактивная составляющая:

%.

3 , 5 5 , 1 5 , 5

%) (

%)

( ²  ²  ²  ² 

 _{к a}

p U U

U

4. Материал магнитной системы – холоднокатаная текстурированная сталь марки 3404 толщиной 0.35 мм.

5. Индукция в стержне Вс=1.50 Тл выбирается по таблице 3.4.

Таблица 3.1 – Минимальные изоляционные расстояния обмоток с учетом конструктивных требований для масляных трансформаторов

Обмотки НН Мощность

трансформатора S, кВА

Uисп

Для НН, кВ

НН от ярма

01, L мм

НН от стержня, мм

01 ^аЦ1 _{а 01} ^LЦ1

25250 5 1.5 Картон

2 х 0.5

- 0.4 -

400630 5 Принимается равным найденному по

испытательно му

напряжению

Картон 20х 0.5

- 0.5 -

10002500 5 4 6 1.5 1.8

6301600 18, 25, 35

4 6 1.5 2.5

25006300 18, 25, 35

4 8 1.75 2.5

Обмотки ВН Мощность

трансформатора S, кВА

Uисп

для ВН, кВ

ВН от ярма, мм

Между ВН и НН,

мм

Выступ цилиндра

2, LЦ мм

Между ВН и ВН, мм L02 _ш ^{а12 12 а22 2 2} 250100 18, 25, 35 20 - 9 2.5 10 8 - 160630 18, 25, 35 30 - 9 3 15 10 - 10006300 18, 25, 35 50 - 20 4 20 18 -

12

Рисунок 3.1 – Основные размеры трансформатора Таблица 3.2 – Изоляция обмоток сухих трансформаторов, мм Обмотки НН

Uисп

для НН, кВ

НН от ярма L01

НН от стержня

а01 ₀₁ ^LЦ1

3 15 10 Картон 2х0.5 мм

10 30 14 2.5 15

16 55 27 5 30

24 90 40 6 40

Обмотки ВН Uисп

для ВН, кВ

ВН от ярма

L02

Между ВН и НН Между ВН и НН

а12 ₁₂

L02 ^{а22 2 2}

3 15 10 Картон 2х0.5 мм 10 -

10 20 15 2.5 10 10 2

16 45 22 4 25 25 3

24 80 40 5 40 45 3

Примечание – Для винтовой обмотки НН при Uисп=3 кВ ставить цилиндр ₀₁ 2.55 мм, принимать а01 не менее 20 мм.

13

Таблица 3.3 – Значения коэффициента К для масляных двухобмоточных трансформаторов с медными обмотками

Мощность трансформатора,

кВА

Класс напряжения, кВ

10 35

До 250 400630 10006300

0.63 0.53 0.510.43

0.650.58 0.580.52 0.520.48 Примечания

1 Для обмоток из алюминиевого провода значение К умножить на 1.25.

2 Для сухих трансформаторов с медными обмотками мощностью 10160 кВА принимать К=0.80.74; мощностью 1601600 кВА класса напряжения 10 кВ принимать К=0.580.48.

3 Для трехобмоточных трансформаторов класса напряжения 110 кВ принимать К для напряжения обмоток 35 кВ (для обмоток СН - НН).

Таблица 3.4 – Рекомендуемая индукция в стержнях трансформаторов Вс, Тл

Марка стали Мощность трансформатора S, кВА До 16 25100 160 и более Масляные трансформаторы

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}

Сухие трансформаторы

3411, 3412, 3413 ^{1.351.40 1.401.45 1.451.55} 3404, 3405, 3406, 3407, 3408 ^{1.401.45 1.501.55 1.501.60}

Примечания

1 В магнитных системах трансформаторов мощностью от 100000 кВА и более допускается индукция 1.7 Тл.

2 При горячекатаной стали в магнитных системах масляных трансформаторов индукция до 1.41.45, сухих - до 1.21.3 Тл.

6. Выбор конструктивной схемы.

Первой задачей при проектировании магнитной системы силового трансформатора является выбор ее конструктивной схемы, который может быть плоской или пространственной.

При выборе плоской системы из рулонной холоднокатаной стали должен быть выбран план шихтовки пластин из условий наименьших потерь и тока холостого хода.

14

Рисунок 3.2 – Варианты плана шихтовки магнитной системы

Выбираем трехфазную стержневую шихтованную систему с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем стержне (вариант б).

Таблица 3.5 – Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных сухих трансформаторов

Мощность

трансформатора S, кВА

до 10 10 16100 160400 630

1000

1600 Орентировочный

диаметр стержня d, м

до

0.08 0.08 0.090.14 0.160.22 0.24

0.26

0.28

0.32

Число ступеней 3 4 5 6 7 8 7 8

Коэффициент К_кр 0.851 0.877 0.915 0.920 0.930 0.935 0.800 0.820 Наличие

продольных каналов

Без каналов

Один канал

Два канала

Из этой таблицы для заданного трансформатора S_н=180 кВА выбираем в сечении стержня 7 ступеней, коэффициент заполнения круга К_кр=0.93, ориентировочный диаметр стержня d=0.16 м, стержень не имеет продольных охлаждающих каналов.

Из таблицы 3.6 для заданного трансформатора S_н=180 кВА выбираем прессовку путем расклинивания – забивания деревянных стержней и планок между стержнем и обмоткой НН. Ярмо многоступенчатое с числом ступеней – 5, коэффициент усиления ярма К_я=1.015.

15

Таблица 3.6 – Выбор способа прессовки стержней и ярм, формы сечения и коэффициента усиления ярма для современных масляных и сухих трансформаторов

Мощность трансформатора

S, кВА

Прессовка стержней

Прессовка ярм Форма сечения

ярма

Коэффициент усиления

ярма 25100 Расклинива-

нием с обмоткой

Балками, стянутыми шпильками, расположенными

вне ярма

35 ступеней

1.025

160630 С числом

ступней на одну – две меньше

числа ступней стержня

1.0151.025 Бандажами

из стеклоленты

Балками, отлитыми стальными полубандажами

Вид изоляционного покрытия и соответствующий этому покрытию коэффициент заполнения паза приводится в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Коэффициент заполнения Кз для рулонной холоднокатаной стали

Марка стали Толщина, мм Вид изоляционного покрытия

К_з 3404, 3405, 3406, 3407,3408 0.35 Нагревостойкое 0.97

0.30 0.96

3405, 3406, 3407, 3408 0.27 0.95

3404, 3405, 3406, 3407,3408 0.35 Нагревостойкое плюс однократная

лакировка

0.965

0.30 0.955

3405, 3406, 3407, 3408 0.27 0.945

Из этой таблицы изоляционное покрытие для пластин – нагревостойкое, а коэффициент заполнения:

. 97 .

0 Кз

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры стержня К_сопределяется как произведение коэффициентов _Ккр и Кз:

. 89 . 0 97 . 0 93 .

0  





 _{кр з}

с К К

К

7. Основные изоляционные расстояния.

16

Для определения основных изоляционных расстояний изоляции обмоток ВН и НН смотрите таблицу 3.2.

Основные обозначения изоляционных расстояний даны на рисунке 3.1 и на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Главная изоляция обмоток ВН и НН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ

Расстояния

Стержень – обмотка НН 𝑎₀₁ = 10 мм.

обмотка НН – ВН 𝑎₁₂ = 40 мм.

цилиндр между НН и ВН 𝛿₁₂ = 5 мм.

между обмотками ВН 𝑎₂₂ = 45 мм.

междуфазная перегородка 𝛿₂₂ = 3 мм.

от обмотки ВН до ярма 𝑙₀₂ = 80 мм.

выступ цилиндра 𝑙₁₂ = 40 мм.

4 Определение основных размеров 1. Выбор



Для основных размера трансформатора – диаметр и высота обмотки связаны между собой коэффициентом  . Правильный выбор  имеет определяющее значение для оптимального проектирования трансформатора, на соотношение масс активных и других материалов, сказывается и на технических параметрах трансформатора: потерях и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости.

 можно выбирать по рекомендуемым значениям из таблицы 4.1.

Для данного трансформатора ТС – 180/10 с алюминиевыми обмотками принимаем 𝛽 = 1,2.

2. Диаметр стержня.

17

154 . 89 0 . 0 5 . 1 3 . 5 50

95 . 0 058 . 0 2 . 1 507 60

. 0 507

.

0 ⁴ _{2 2 2 2} 











 

 















c c p

p p

K B U f

K a

d S 

м.

Таблица 4.1 – Рекомендуемые значения  Масляные трансформаторы

Мощность кВА Алюминий Медь

6 и 10 кВ 35 кВ 6 и 10 кВ 35 кВ

100

25 1.21.6 - 1.82.4 -

630

160 1.21.6 1.21.5 1.82.4 1.82.4

Сухие трансформаторы

Мощность кВА Алюминий Медь

До 1 кВ 6 и 10 кВ До 1 кВ 6 и 10 кВ

160

10 1.11.5 - 1.62.2 -

630

160 - 1.21.6 - 1.82.4

Полученное значение диаметра необходимо сверить со значением из таблицы 3.5 и округлить до ближайшего большого стандартного из таблиц А.1 и А2 (Приложение А).

Принимаем ближайший размер из нормализованного ряда d_н = 0.16 м и уточняем значение _н:

. 4 . 1 398 . 154 1 . 0

16 . 2 0 . 1

4 4

'   



 





 



 





 d

d

н 



3. Средний диаметр обмоток d₁₂.

Второй основной размер трансформатора – средний диаметр обмоток d₁₂

может быть приближенно определен по формуле:

12 a d. d  

Для трансформаторов с естественным воздушным охлаждением мощностью от 10 до 160 кВА с применением холоднокатаной стали при медных обмотках можно принять а1.71.6; для масляных трансформаторов

1.3 1.6;

а  при алюминиевых обмотках эти значения необходимо умножить на 1.06.

В соответствии с рекомендациями для обмоток из алюминия приминается а = 1.75:

28 . 0 16 . 0 75 .

12 ad 1  

d м.

4. Высота обмоток:

63 . 4 0

. 1

28 . 0 14 .

12  3  

 



 d

l м.

5. Активное сечение стержня:

.с,

ф з

с К П

П  