Курсовая работа: Трансформатор силовий трифазний потужністю 740 кВА

4. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА

4.1 Тепловий розрахунок обмоток

Внутрішній перепад температури в обмотці НН  визначається по (9.9) і рис. 9.9 [1].

Теплопровідність паперової, просоченої маслом ізоляції  по табл. 9.1

Внутрішній перепад температури в обмотці НН

=933∙0,25∙10-3/0,17∙=1,4 ,

де  - товщина ізоляції  на одну сторону, рівна 0,25∙10-3 м.

Внутрішній перепад температури в обмотці ВН визначається

по (9.9) і рис. 9.9 [1]:

=792∙0,25∙10-3/0,17=1,2 .

Перепад температури на поверхні обмотки НН по (9.20) [1].

Вибираємо коефіцієнт  для природного масляного охолоджування (стр.427 [1])

Вибираємо  для внутрішньої обмотки НН (стор. 427 [1])

Вибираємо  по табл. 9.3 для відношення 4∙10-3/0,022=0,18

=1∙1,1∙0,85∙0,35∙9330,6=19,81 .

Перепад температури на поверхні обмотки ВН по (9.20) [1].

Вибираємо коефіцієнт  для природного масляного охолоджування (стр.427 [1])

Вибираємо  для зовнішньої обмотки ВН (стор. 427 [1])

Вибираємо  по табл. 9.3 для відношення 4/28,8= 0,14

=1∙1∙0,9∙0,35∙7920.6=17,28 .

Повний середній перепад температури від обмотки НН до масла

1,4+19,81=21,21.

Повний середній перепад температури від обмотки ВН до масла

1,2+17,28=18,48.

4.2 Вибір основних розмірів бака

По п. 9.6 [1], табл. 9.4,  потужності трансформатора вибираємо конструкцію гладкого бака з радіаторами і прямими трубами по рис. 9.16 [1] і рис.10.3 [3] .

Ізоляційні відстані відводів (рис. Б.1) визначаємо до пресуючої балки верхнього ярма і стінки бака. До остаточної розробки конструкції зовнішні габарити пресуючих балок приймаємо рівними зовнішньому габариту обмотки ВН.

Ширина бака визначається з умови ізоляції відводів від зовнішньої обмотки ВН і стінок бака. Відводи НН – шина з міді, площа перерізу аналогічно перерізу обмотки НН =292,8 мм2.

Товщина голої шини НН

Ширина голої шини НН

Вибираємо товщину ізоляції на сторону відвода НН по табл. 4.11 для випробувальної напруги=5 кВ (стор.199 [1]).

Загальна товщина відвода НН (див. рис. 3.13)

=8+2•0=8,0 мм.

Відвод ВН – шина з міді, площа перерізу аналогічно обмотки ВН

=23,4∙1=23,40 мм2.

Товщина голої шини ВН

Ширина голої шини ВН

Вибираємо товщину ізоляції на сторону відвода ВН по табл. 4.11 для випробувальної напруги =25 кВ

Загальна товщина відвода ВН (див. рис. 3.13)

=1+2∙2=5,0 мм.

Відстань від відвода ВН до стінки бака по табл. 4.11 [1] (=25 кВ)

Відстань від відвода ВН до пресуючої балки ярма по табл. 4.11 [1]. (=25 кВ)

Відстань від відвода НН до стінки бака по табл. 4.11 [1] (=5 кВ)

Відстань від відвода НН до обмотки ВН по табл. 4.12 [1] (=5 кВ)

Мінімальна ширина бака

=0,408+(20+15+22+20+8,0+5,0)∙10-3=0,498 м.

Приймаємо ширину бака

при центральному положенні активної частини трансформатора в баку.

Мінімальна довжина бака. Попередньо визначаємо мінімальну розрахункову відстань від стінки бака до обмотки ВН по табл. 4.12 для випробувальної напруги обмотки ВН =25 кВ

Тоді

=2∙0,426+0,408+2∙0,02 =1,30 м.

Приймаємо довжину бака

Висота активної частини

0,569+2∙0,215 +0,05=1,05 м

де  - товщина бруска між дном бака і нижнім ярмом 0,05 м.

Приймаємо відстань від верхнього ярма до кришки бака по табл. 9.5 [1] для класу напруги обмтки ВН =6000 В при перемикачі відгалужень, розташованому горизонтально між ярмом і кришкою бака

тоді глибина бака

=1,05+0,16=1,21 м.

приймаємо глибину бака

Розміщення активної частини трансформатора в баку показане на рис. 4.2.

Допустиме перевищення середньої температури масла над температурою навколишнього повітря для найбільш нагрітої обмотки

=65-21,21=44 .

Знайдене середні перевищення може бути допущено, оскільки перевищення температури масла у верхніх шарах в цьому випадку буде

=1,2∙44=52,8<60 .

Приймаючи попередньо перепад температури на внутрішній поверхні стінки бака  і запас 2, знаходимо середнє перевищення температури зовнішньої стінки бака над температурою повітря

44-5-2=37 .

Для вибраного розміру бака розраховуємо: периметр бака (конструкція бака прямокутна)

=2∙(1,3+0,49)=3,58 м.

Поверхня конвекції гладкої стінки бака

=3,58∙1,35=4,83 м2.

Орієнтовна поверхня випромінювання бака з навісними радіаторами по (9.35)

=1,5∙4,83=7,25 м2

де  - коефіцієнт, що враховує відношення периметра поверхні випромінювання до поверхні гладкої частини бака і приблизно рівний 1,5 для бака з навісними радіаторами, приймаємо =1,5.Орієнтовна необхідна поверхня конвекції для заданого значення 37

1,05∙(9196+1692)/(2,5∙371,25)-1,12∙7,25= 41,99 м2.

Поверхня кришки прямокутного бака

=(1,3)∙(0,49+0,16)=0,85 м2

де 0,16 – подвоєна ширина верхньої рами бака.

Поверхня конвекції кришки бака

=0,5∙0,85=0,43 м2,

де коефіцієнт 0,5 враховує закриття поверхні кришки вводами і арматурою.

Поверхня конвекції радіаторів

= 41,99-4,83-0,43=36,73 м2.

Використовуємо радіатори з прямими круглими трубами. Є два конструктивні варіанти радіаторів: один варіант по рис 9.16 [1] (конструкція приведена на рис.Б.3), характеристики – в табл.9.9 [1] і в табл.Б.1.

Радіатори випускають з одним рядом труб – 7 труб в ряду і з двома рядами – 20 труб в ряду. Для радіаторів з одним рядом труб розміри  і  складають 354 і 158 мм (див. рис. 9.16 [1]), для радіаторів з двома рядами – 505 і 253 мм.

Таблиця 4.1. Характеристики трубчатого радіатора з прямими трубами*

* Якщо радіатор не використовується, то в таблиці виставляємо нулі.

Для установки цих радіаторів глибина бака повинна бути не менше

0∙10-3+0+0= 0,0 м

де  і  - відстані осей фланців радіатора від нижнього і від верхнього зрізів стінки бака по табл. 9.9 [1], табл. Б.1.

Другий варіант - для широкої  поверхні бака використовуємо  радіатора по рис.10.3 [3] і табл.10.8 [3] (конструкція приведена на рис. Б.4 ), характеристики – в табл. Б.2.

Таблиця 4.2. Характеристики уніфікованого прямотрубного радиатора*

*Якщо радіатор не використовується, то в таблиці виставляємо нулі.

При установці уніфікованого радіатора висоту бака в п.4.2.6 необхідно вибрати не менше =1,295 м. Отже, в п. 4.2.6 прийняти =1,295 м (якщо застосовувати цей радіатор).

Розміщення активної частини трансформатора в баку показано на рис. Б.2.

Розташування радіаторів на стінці бака показано на рис. Б.5.

Поверхня конвекції одного радіатора (конструкція - на рис. Б.3, характеристики – в табл. 9.9 [1] і табл.Б.1), приведена до поверхні гладкої стінки (коефіцієнт =1,26 по табл. 9.6 [1])

=1,26∙0+0=0,00 м2.

Поверхня конвекції бака з радіаторами

0∙0,00+2∙26,1+4,83+0,43=57,46 м2.

4.3 Розрахунок перевищення температури масла і обмоток над

температурою навколишнього середовища

Середнє перевищення температури стінки бака над температурою навколишнього повітря по (9.49)

(1,05∙(9196+1692)/(2,8∙7,25+2,5∙57,46))0,8=

=29,8 .

Середнє перевищення температури масла поблизу стінки над температурою внутрішньої поверхні стінки труби по (9.50) [1]

0,165•(1,05•(9196+1692)/(0•0,00+2•26,1+4,83+0,43))0,6=4,0.

де  - коефіцієнт, рівний 1,0 при природному масляному охолоджуванні і 0,9 при охолоджуванні дуттем.

Перевищення середньої температури масла над температурою повітря

29,8+4,0=33,8 .

Перевищення температури масла у верхніх шарах над температурою повітря по (9.51) [1]

1,2∙33,8 =41 <60.

Перевищення середньої температури обмоток над температурою повітря: обмотки НН

=1,4+19,81+33,8=55<65,

обмотки ВН

=1,2+17,28+33,8=52<65.

Висновки по четвертому розділу

Перевищення температур: масла у верхніх шарах =41<60, обмотки НН =55<65, обмотки ВН =52<65 лежить в межах допустимого нагріву по ГОСТ 11677-85.

5. РОЗРАХУНОК МАСИ ТРАНСФОРМАТОРА

Маса проводу (з електромагнітного розрахунку розд. 4)

=130+217,36+9,2+ 0,7=357 кг

Маса ізоляційного картону по п. 9.8 [1]

=0,12∙357=43 кг

Загальна маса електротехнічної сталі з.

=472+552=1024 кг

Маса активної частини

1,2∙(357+1024)=1657 кг

Попередньо визначаємо площу  бака

=1,3∙0,49=0,64 м2.

Вибираємо товщину стали для бака

Об'єм сталі бака

=0,008 (4,83+0,64+0,00)=0,04 м3.

Маса стали бака

=7850∙0,04=314 кг

Маса стали всіх радіаторів

=0∙0+2∙287=574 кг

Маса стали бака з радіаторами

=314+574=888 кг

Об'єм бака

=0,64∙1,35=0,86 м3.

Об'єм активної частини

1657/5750=0,29 м3

де  - середня щільність активної частини, приймаємо для трансформатора з мідними обмотками =5750 кг/м3, п. 9.8 [1].

Об'єм масла в баці:

=0,86-0,29=0,57 м3

Маса масла в баку з розширювачем

=1,05∙900∙0,57=539 кг

де коефіцієнт 1,05 враховує масу масла в розширювачі.

Маса масла в радіаторах

=0∙0+2∙161=322 кг

Загальна маса масла:

=539+322=861 кг

Маса трансформатора

=1657+888+861=3406 кг

Висновки по п'ятому розділу

Маса трансформатора складає 3406 кг

ВИСНОВКИ

1.  Одержані наступні номінальні характеристики трансформатора:

2. Перевищення температур: масла у верхніх шарах =41<60, обмотки НН =55<65, обмотки ВН =52<65 знаходиться в межах допустимого нагріву по ГОСТ 11677-85.

3. Маса трансформатора складає 3406 кг

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учебное пособие для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1986.-528 с.

2. Методичні вказівки до курсового проекту “Трансформатор” для дисципліни “Електричні машини” (для студентів за напрямом 090603 “Електротехніка”, спеціальності “Електротехнічні системи електроспоживання” очної та заочної форм навчання)/ Авт. О.С. Захарчук, А.О.Колеснікова - Луганськ: СНУ ім. В. Даля, 2006.

3. Гончарук А.И. Расчет и конструирование трансформаторов.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-252 с.