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

I_1лн =, (1.1)

I_1лн =;

б) на високій стороні

I_2лн =, (1.2)

I_2лн =.

Номінальні фазні струми та напруги обмоток :

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

І_1фн =I_1лн =230,94 (А) , (1.3)

U_1фн =(кВ); (1.4)

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

I_2фн = I_2лн = 15,396 (А), (1.5)

U_2фн = (кВ). (1.6)

Активна та реактивна складові заданої напруги короткого замикання:

u_а =% , (1.7)

u_р =%. (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]:U_1исп = 5 кВ, U_2исп = 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: К_s = 0,65 яке більше всього відповідає заданій потужності трансформатора.

Значення розрахованих величин для оптимального варіанту:

К_s = 0,65;

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

l – висота обмоток (l = 36,341 см);

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

J_опт – марка сталі (J_опт = 1 );

T_опт – тип стиків (T_опт = 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 d_опт, відповідної висоти обмоток L, марки сталі J_опт, типу стиків Т_опт та середньої густини струму _ср. Усі інші величини уточнюються в процесі розрахунку.