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

qc, qя qз, qз – питомі потужності намагнічування, які знаходяться з табл.1.7[1] для тих же значень індукції, для яких визначались відповідні питомі втрати (qc = 1,575 ВА/кг, qя = 1,408 ВА/кг; qз = 0,22 ВА/см2, qз = 2,07 ВА/см2 );

Кт.р – коефіцієнт, який враховує різання пластин (Кт.р = 1,18);

Q0=1,051,01{1,18[1,575151,48 + 1,408(127,565 - 46,79) + 0,542,51,426,79(1,575 +1,408)] + 40,22136,55+ 32,07136,55} = 2325,94 (ВА)

Активна складова струму холостого ходу:

I0а = (А), (3.105)

i0a = %. (3.106)

Реактивна складова струму холостого ходу:

I0р = (А), (3.107)

i0р = %. (3.108)

Повний струм холостого ходу:

(А), (3.109)

%. (3.110)

Дійсне відхилення струму холостого ходу:

, (3.111)



Струм i0 може перевищувати заданий не більше ніж на 15%.

Ми отримали значення i0 менше заданого на 38%, оскільки втрати холостого ходу є також меншими заданих.

---

3.7 Тепловий розрахунок трансформатора

При роботі трансформатора втрати, які виникають в його обмотках та магнітній системі, виділяються в них у вигляді теплоти. Частина цієї теплоти йде на нагрівання активної частини, а інша відводиться в навколишнє середовище.

Найбільш нагрітими точками в трансформаторі є провідники обмоток. При передачі теплоти від провідників до масла температура (перепад) між обмоткою і маслом знижується.

Для ізоляції, яка застосовується в силових масляних трансформаторах, визначають гранично допустимий перепад (перевищення) температури обмоток над навколишнім повітрям o-в)доп = 65С, а масла у верхніх шарах над повітрям м-в)доп = 60С. При відомих втратах в обмотці, її розмірах та виді ізоляції проводу можна розрахувати перепад температури між обмоткою та маслом o-м; перепад між маслом та баком м-б змінюється в дуже вузьких межах для різних трансформаторів,його значення складає 5…6С.

Тоді можна знайти допустиме перевищення температури бака над повітрям б-в = o-в)доп – - o-м – м-б, по величині якого можна визначити необхідну площу поверхні охолодження трансформатора, тобто вирішити задачу теплового розрахунку.

Розрахунок температурного перепаду між обмотками та маслом. Цей перепад складається з перепаду всередині самої обмотки, тобто між точками, розташованими в центрі її перерізу та зовнішньою поверхнею 0, а також між зовнішньою поверхнею обмотки і маслом по-м.

Для обмотки НН з прямокутного проводу:

о1 = q1110-5/из, (3.112)

де 1 – одностороння товщина ізоляції проводу (1 = 0,25 мм);

из – теплопровідність ізоляції проводу (из = 0,0017 Вт/cмС).

о1 = 13,50,2510-5/ 0,0017 = 0.02 С.

Для обмотки ВН з круглого проводу, С:

о2 = Р /(8ср), (3.113)

де Р – втрати, які виділяються в 1 см3 загального об’єму обмотки.

Р = , (3.114)

де Ср – теплоємність алюмінію(Ср = 2,71).

Р = .

Середня теплопровідність обмотки:

ср = мс(dпр + мс)/(мс + мсdпр), (3.115)

ср = 0,0050,0017(4,4 + 0,24)/(0,0050,24 + 0,00172,2) = 0,006,

де мс = из = 0,0017 (Вт/cмС).

 = из /(0,7

---

) = 0,0017 /(0,7 )= 0,008, (3.116)

 = (dпр – dпр)/ dпр = (4,4 – 4)/ 4 = 0,1, (3.117)

о2 = Р /(8ср) = 0,0624,082/(80,006) = 19,83 С. (3.118)

Середній перепад всередині усієї обмотки:

оср1 = о1 = 0,02 = 0,013 С, (3.119)

оср2 = о2 = 19,83 = 13,22С. (3.120)

Перепад температури між поверхнею обмотки і маслом (для двошарової та багатошарової циліндричної обмоток):

по-м1 = 0,285q10,6 = 0,285923,8070,6 = 17,147 С, (3.121)

по-м2 = 0,285q20,6 = 0,285512,560,6 = 12,042 С. (3.122)

Середнє перевищення температури обмотки над маслом:

(о-м)ср1 = оср1 + по-м1 = 0,013 + 17,147 = 17,16С, (3.123)

(о-м)ср2 = оср2 + по-м2 = 13,22 + 12,042 = 25,26С. (3.124)

Вибір та розрахунок системи охолодження. Для відводу тепла в навколишній простір трансформатор повинен мати деяку поверхню контакту з повітрям. В трансформаторах малої потужності – це поверхня самого баку, а по мірі зростання потужності повинна створюватись додаткова поверхня охолодження. Для трансформаторів потужністю 63 кВА вона створюється за рахунок труб, що вварюються в стінки бака.

Для розрахунку системи охолодження необхідно визначити мінімальні розміри бака:

– довжина

Lб = 2L + D2 + 2(S3 + S4 + d2), (3.125)

– ширина

В = D2 + S1 + S2 + S3+ S4 + d1 + d2, (3.126)

– висота

H = lc + 2Hя + Няд + Няк, (3.127)

де Hя = g1c – ширина першого пакету ярма (стержня), (Hя = g1c = 13,5 см);

Hяд – товщина опорного бруса під нижнім ярмом (Hяд = 4 см);

Hяк – відстань від верхнього ярма до кришки бака (Hяк = 16 см );

S1, S2, S3, S4 – ізоляційні відстані, які визначаються по відповідній випробувальній напрузі, табл. 2,4 [1], (S1 = 2 см, S2 = 2,5 см, S3 = 2 см,

S4 = 2,5 см);

d1, d2 – еквівалентні діаметри відводів обмоток НН та ВН:

d1 = 0,113 (см), (3.128)

d2 = 0,113 (см), (3.129)

Lб = 230 + 28,89 + 2(2 + 2,5 + 0,4) = 98,695 (см), (3.130)

В = 28,89 + 2 + 2,5 + 2+ 2,5 + 1,3 + 0,4 = 39,595 (см), (3.131)

H = 42,34 + 213,5 + 4 + 16 = 89,34 (см). (3.132)

Бак віддає теплоту в навколишній простір за допомогою випромінювання та конвекції.

Площа поверхні випромінювання бака:

---

Пи = [2(Lб – В) + B]HКи10-4, (3.133)

де Ки – коефіцієнт, що враховує збільшення поверхні випромінювання (Ки = 1,5).

Пи = [2(98,695 – 39,595) + 3,1439,595] 89,34 1,510-4 = 3,251 (м2),

Необхідна площа поверхні конвекції

Пкн = 1,05(Р0 + Рк) /(2,51,25(б-в)н) – 1,12Пи, (3.134)

де (б-в)н – необхідний перепад температури між баком та повітрям.

(б-в)н = (о-в)доп – (о-м)ср – м-б, (3.135)

(б-в)н = 65 – 25,26 – 5 = 34,74С,

де (о-м)ср = (о-м)ср2 – більше з двох значень, розрахованих для обмоток НН і ВН ((о-м)ср = (о-м)ср2 = 25,26С );

(о-в)доп – гранично допустимий перепад температури обмоток над оточуючим повітрям ((о-в)доп = 65С);

м-б – перепад температури між маслом та баком (м-б = 5С).

Знайдене значення (б-в)н повинно задовольняти умову

1,2((б-в)н + м-б) 60. (3.136)

Тобто перевищення температури найбільш нагрітого масла (під кришкою бака) над повітрям не повинно перевищувати допустимого значення 60С (коефіцієнт 1,2 враховує відношення максимальної температури масла під кришкою до середньої температури).

1,2(34,74 + 5) = 47,687 60, (3.137)

Пкн = 1,05(489,83 + 2697,12) /(2,534,7391,25) – 1,123,251 = 12,243 (м2).

Розрахунок поверхні охолодження. Розрахунок зводиться до визначення площі дійсної поверхні конвекції Пкд, яка має бути не менше необхідної.

Підбираємо радіатор за його міжосьовою відстанню, см:

Атр = Н – 18,5 = 65,49–18,5 = 70,84. (3.138)

Приймаємо А=71.

Визначимо потрібну кількість радіаторів:

nрад.тр = (Пкн – Пкглkфгл – Пкрkфкр) / (Пктрkфтр + Пккkфк), (3.140)

.

Якщо виходить ціле число, то знайдене число приймається за дійсне, якщо дробне, то воно округлюється до найближчого більшого цілого числа і приймається за дійсну кількість радіаторів, при якій розраховується дійсна площа поверхні конвекції.

Приймаємо кількість радіаторів n = 5.

де Пкк=0,34; Кф.тр=1,26; Пк.тр=2,135;

Дійсна площа поверхні конвекції, м2:

Пкд=Пкглkфгл + Пкрkфкр + (Пктрkфтр + Пк.кkф.к)nрад, (3.141)

Пкд = 2,5471+0,1791+(2,1351,26+ 0,341)5 = 17,496 (м2).

Визначення фактичних перегрівів.

Середній перегрів стінки бака над повітрям:

, (3.142)

С.

Середній перегрів масла над стінкою:

---

, (3.143)

С.

При природному охолодженні К1 = 1.

Перегрів верхніх шарів масла над повітрям:

м_в = 1,2(б_в + м-б) (3.144)

м_в = 1,2(27,622 + 10,6) = 45,858С; ( 60С).

Перегріви обмоток над повітрям:

(о-в)1 = (о-м)ср1 + м-б + б-в, (3.145)

(о-в)1 = 17,6 + 10,6 + 27,622 = 55,376С; ( 65С),

(о-в)2 = (о-м)ср2 + м-б + б-в (3.146)

(о-в)2 = 25,26 + 10,6 + 27,622 = 63,476С; ( 65С).

3.8 Техніко-економічні показники трансформатора

Для оцінки економічності ефективності спроектованого трансформатора та для його порівняння з серійним трансформатором відповідної потужності і класу напруги, необхідно хоча б наближено розрахувати його основні техніко-економічні характеристики, до яких відносяться:

а) маса активної частини (з врахуванням деталей кріплення)

Gа.ч = 1,2(Gст + G0 + Gотв), (3.147)

Gа.ч = 1,2(295,765 + 86,32 + 1,096) = 442,332 (кг);

б) загальна маса масла

Gм = 1,05[м(Vб – Vа.ч)], (3.148)

де м – густина масла (м = 900 кг/м3),

1,05 – коефіцієнт, що враховує масу масла в розширювачі.

Об’єм гладкого баку

Vб = [(Lб – B)B + 0,25B2]H10-6, (3.149)

Vб = [(98,695 – 39,595)39,595 + 0,253,1439,595]65,4910-6 = 0,234(м3);

Об’єм активної частини

Vа.ч = (м3), (3.150)

де ач – густина активної частини при алюмінієвих обмотках (ач = 5200 кг /м3),

Gм = 1,05[900(0,234– 0,085) ] = 140,637 (кг);

в) розміри розширювача:

– об’єм

Vр = 0,085(Vб – Vа.ч) = 0,085(0,234– 0,085) = 0,012 (м3); (3.151)

– довжина

lр  В = 39,595 (см); (3.152)

– діаметр

dр = (см); (3.153)

В [2] наведені нормалізовані розміри розширювачів, з яких вибираємо стандартний розширювач з найближчим значенням об’єму:

Таблиця 3.1 – Нормалізовані розміри розширювачів

Розміри, см					Об’єм розширювача,м3		Маса масла, кг
Д	L	S	d1
25	41,5	0,14	2,5	0,02		8

г) вартість активної частини

---