Файл: Розрахунок основних електричних величин 6 Попередній розрахунок трансформатора з використанням еом 8.docx

Змiст

Вступ

Виробництво електричної енергії на великих електростанціях з потужними генераторами, що розміщуються неподалік паливних та гідравлічних ресурсів, дозволяє отримувати в цих районах необхідні кількості електричної енергії при відносно низькій її вартості. Використання дешевої електроенергії споживачами, що знаходяться на значній відстані( яка інколи вимірюється сотнями і тисячами кілометрів) та розосереджені по значній території держави, потребує створення складних розгалужених електричних мереж, одним з найважливіших елементів яких являються силові трансформатори.

Відомо, що передача електроенергії на далекі відстані здійснюється при високій напрузі (до 500 кВ і вище), завдяки чому значно зменшуються електричні втрати в лінії електропередачі. Одержати таку високу напругу в генераторі неможливо, тому електроенергія після генератора подається на підвищувальний трансформатор, у якому напруга збільшується до необхідного значення. Ця напруга повинна бути тим вище, чим більше протяжність лінії електропередачі і чим більше потужність, що передається по цій лінії.

У місцях розподілу електроенергії між споживачами встановлюють понижувальні трансформатори, що знижують напругу до необхідного значення. І нарешті, у місцях споживання електроенергії напруга ще раз знижується за допомогою трансформаторів до 220, 380 або 660 В.

При такій напрузі електроенергія подається безпосередньо споживачам – на робочі місця підприємств і в житлові приміщення. Таким чином, електроенергія змінного струму в процесі передачі від електростанції до споживачів піддається трьох-, а іноді і чотириразовому трансформуванню. Крім

---

цього головного застосування, трансформатори використовуються в різноманітних електроустановках (нагрівальних, зварювальних і т.п.), пристроях автоматики, зв'язку і т.д.

Необхідність розподілу енергії між багатьма дрібними споживачами призводить до значного збільшення числа окремих трансформаторів у порівнянні з числом генераторів. Внаслідок цього загальна потужність усіх трансформаторів, встановлених в мережі, у даний час перевищує загальну генераторну потужність у 7-8 разів, а в майбутньому вона ще може збільшитися. По мірі видалення від електростанції одиничні потужності трансформаторів зменшуються, а питома витрата матеріалів на їхнє виготовлення і втрати, віднесені до одиниці потужності, а також ціна 1 кВт втрат зростають. Тому значна частина матеріалів, що витрачаються на всі силові трансформатори, вкладається в найбільш віддалені частини мережі, тобто в розподільчі трансформатори з вищою напругою 35, 20, 10, 6 і 3 кВ. В цих же трансформаторах виділяється і головна маса втрат енергії, оплачуваних по найбільш високій ціні.

У зв'язку з цим одна з найважливіших задач при проектуванні силових трансформаторів в даний час – задача істотного зменшення втрат енергії в них, що виділяються в магнітній системі (втрати холостого ходу) і в обмотках (втрати короткого замикання).

Поряд зі зменшенням втрат при проектуванні трансформатора повинна дотримуватися вимога найбільш ефективного використання матеріалів із метою зменшення вартості усього виробу.

1. Розрахунок основних електричних величин

Номінальні лінійні струми трансформатора:

а) на низькій стороні

I1лн = , (1.1)

I1лн = ;

б) на високій стороні

I2лн = , (1.2)

I2лн = .

Номінальні фазні струми та напруги обмоток :

а) на низькій стороні (при з’єднанні обмотки в зірку)

І1фн =I1лн =230,94 (А), (1.3)

U1фн = (кВ); (1.4)

б) на високій стороні (при з’єднанні обмотки в зірку)

I2фн = I2лн = 15,396 (А), (1.5)

U2фн =

---

(кВ). (1.6)

Активна та реактивна складові заданої напруги короткого замикання:

uа = %, (1.7)

uр = %. (1.8)

У нормальних тривалих режимах до обмоток трансформатора прикладені номінальні напруги. В аварійних режимах (короткі замикання та обрив ліній) або при їх включеннях і відключеннях можливі короткочасні перенапруги, що перевищують номінальні значення в 3-4 рази. Крім того, у лініях електропередач можуть виникати значні атмосферні перенапруги. Отже, ізоляція трансформатора повинна витримувати ці можливі перенапруги без її пробою, внаслідок чого вона розраховується і випробовується після виготовлення трансформатора на підвищену напругу.

Її значення знаходимо з табл. на стор.7 [1]:U1исп = 5 кВ, U2исп = 25 кВ.

---

2. Попередній розрахунок трансформатора з використанням ЕОМ

При учбовому курсовому проектуванні ставиться задача розрахунку оптимального варіанту трансформатора, що задовольняє умовам Держстандарту, тобто такого, що має параметри, вказані в проектному завданні. Оптимальним вважається трансформатор, що буде мати мінімальну вартість, що визначається в основному вартістю його активних матеріалів (активної частини) – електротехнічної сталі і проводу обмоток.

Той самий трансформатор може бути спроектований при різноманітних співвідношеннях між витратою сталі магнітопроводу та проводу обмоток. При цьому зі зменшенням перерізу сталі буде зростати число витків обмоток і навпаки, унаслідок чого буде змінюватися і вартість активної частини. При визначеному перерізі магнітопроводу ця вартість буде мінімальною. Визначення цього оптимального перерізу і є метою попереднього розрахунку.

2.1 Визначення оптимального варіанту

Після отримання роздруківки результатів розрахунку на ЕОМ, вибираємо оптимальний варіант зі значенням: Кs = 0,65 яке більше всього відповідає заданій потужності трансформатора.

Значення розрахованих величин для оптимального варіанту:

Кs = 0,65;

dопт – оптимальний діаметр стержня (dопт = 14 см);

l – висота обмоток (l = 36,341 см);

L – відстань між вісями сусідніх стержнів (L = 28,14 см);

Jопт – марка сталі (Jопт = 1 );

Tопт – тип стиків (Tопт = 2);

ср – середня густина струму ( ср =1,70748 А/мм2 );

Усі дані беруться з Додатка Б.

3. Перевірочний розрахунок оптимального трансформатора

Перевірочний розрахунок проводиться для знайденого за допомогою ЕОМ оптимального діаметра стержня dопт, відповідної висоти обмоток L, марки сталі Jопт, типу стиків Топт та середньої густини струму ср. Усі інші величини уточнюються в процесі розрахунку.

3.1 Вибір типу обмоток

Тип обмотки може бути вибраний за її номінальним значенням напруги, струму та потужності.

З [1] вибираємо для низької сторони двошарову циліндричну обмотку з прямокутного проводу, для високої сторони – багатошарову циліндричну обмотку з круглого проводу. Обрані обмотки відповідають номінальним величинам напруги, струму та потужності трансформатора, що проектується.

---

3.2 Розрахунок обмотки НН

Обмотка НН розташована ближче до стержня магнітопроводу і розрахунок завжди починається з неї.

Пс = ПфсКз, (3.1)

де Пфс – площа ступінчатої фігури стержня, що відповідає діаметру d і яка визначається з табл.1.1 [1] (Пфс = 141,5 cм2 );

Кз – коефіцієнт заповнення ступінчатої фігури активною сталлю, який визначається з [1] для обраної марки сталі Jопт.(Кз = 0,97).

Активний переріз стержня:

Пс = 141,5 0,97 = 137,255 (см2).

ЕРС одного витка обмотки:

uв = 4,44fВсПс10-4, (3.2)

де Вс – робоча індукція в стержні (Вс = 1,56 Тл).

uв = 4,44501,56137,25510-4 = 4,75 (В).

Визначаємо кількість витків обмотки:

w1 = U1фн103 /uв, (3.3)

w1 = 0,4103 /4,75 = 48.836.

Округлюємо w1 до 50 витків.

Густина струму в обмотці НН, при якій будуть забезпечені задані в ній втрати при допустимому нагріві:

1доп = 1,05ср, (3.4)

1доп = 1,051,71=1,796 (А/мм2).

Необхідний переріз витка:

П1тр = I1фн /1доп, (3.5)

П1тр = 230.94 /1,796 = 128,622 (мм2).

Розрахунок двошарової циліндричної обмотки НН. Ця обмотка складається з двох котушок (шарів), які намотуються одним, двома або декількома паралельними проводами. Обидва шари з’єднуються між собою послідовно. Внутрішня котушка намотується або безпосередньо на бакелітовий циліндр, або на букові рейки, прокладені між циліндром і витками котушки. В першому випадку, на відміну від другого, внутрішня поверхня цієї котушки не контактує з маслом, тобто не охолоджується. Між шарами за допомогою вертикальних рейок утворюється осьовий масляний канал для охолодження.

Всі витки цієї обмотки мають однаковий середній діаметр. Якщо необхідний переріз витка перевищує найбільший з існуючих перерізів

стандартних проводів, то обмотку доводиться намотувати декількома паралельними проводами, причому ці проводи розташовуються один над одним так, що їх середній діаметр, а відповідно, і їх загальна довжина, будуть однаковими. Зазвичай усі проводи у витку беруться однаковими, тоді вони будуть мати однакові опори і струми в них будуть однаковими, що і є необхідним при роботі трансформатора.

Розрахунок обмотки зводиться до вибору розмірів та кількості стандартних проводів і розмірів самої обмотки.

Кількість витків в одному шарі:

---