АВТОМАТИЗОВАНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ТРАНСФОРМАТОРУ СТРУМУ

Ковальчук Дмитро Олегович

Ключові слова: трансформатор струму, клас точності, магнітопровід, клас напруги, первинна обмотка, вторинна обмотка, ізоляція, поток розсіяння, магнітна індукція, кратність струму

Об’єктом проектування є трансформатор струму 200/5 А класу напруги 10кВ

Мета роботи – розробка трансформатору струму що відповідає заданим технічним вимогам.

Виконано розрахунки по завданим технічним умовам для основних деталей трансформатора: магнітної системи, обмоток, ізоляції, внутрішнього діаметру магнітопроводу. Первинна обмотка виконана із алюмiнiвего шини, а вторинна із алюмінівего проводу марки АПСД. При розрахунку геометрії магнітопроводу використано метод простих ітерацій. Розрахували розподіл магнітної індукції по довжині магнітопроводу.

Зміст

Вступ................................................................................................................................4

Вхідні дані.......................................................................................................................5

1. Розрахунок магнітної системи трансформатора по заданим технічним умовам..6

1.1. Визначення густини струму...............................................................................6

1.1.1. Первинна обмотка........................................................................................7

1.1.2. Вторинна обмотка........................................................................................7

1.1.3. Розрахунок числа витків первинної обмотки............................................8

1.2. Розрахунок розмірів первинної обмотки..........................................................8

1.3. Розрахунок головної ізоляції трансформатора з литою ізоляцією.................9

1.3.1. Визначення висоти катушки вторинної обмотки......................................10

1.4. Попередній розрахунок розмірів магнітної системі трансформатору...........11

1.4.1 Перша ітерація...............................................................................................12

1.4.2 Друга ітерація................................................................................................14

1.5. Ваговартість витраченого матеріаллу...............................................................17

2. Розрахунок похибки трансформатору......................................................................19

2.1. Параметри вторинного контуру.........................................................................19

2.2. Параметри повного потоку розсіяння...............................................................20

2.3. Розподіл магнітної індукції по довжині магнітопроводу................................21

2.4.Струм намагнічування із урахуванням магнітної індукції у магнітопроводі..22

2.5. Похибки трансформатора...................................................................................24

2.6. Розрахунок ТС при великий кратностi первинного струму............................25

2.6.1. Розрахунок максимальної кратності вторинного струму.........................25

2.6.2. Розрахунок граничної кратності..................................................................26

2.6.3. Розрахунок номінальної граничної кратності............................................29

2.7. Розрахунок напруження на кінцях роз’єднаної вторинної обмотки...............29

3. Тепловий розрахунок трансформатора.....................................................................29

3.1. Розрахунок втрат в електричній конструкції....................................................29

3.2. Робота ТС у номінальному режимі....................................................................30

4. Розрахунок трансформатору на ЕОМ.......................................................................32

Висновок..........................................................................................................................37 Список літератури...........................................................................................................38

Вступ

Трансформатор струму відноситься до вимірювальних електричних аппаратів, до яких пред’являються вимоги перетворення контролює мого струму до стандартної величини, що підлягає вимірюванню та ізолювання вимірювальних приборів від високої напруги.

ТС – трансформатор у якого в нормальних умовах використання вторинний струм пропорційний первинному та при правильному підключенні зрушений відносно нього на кут, близький до нуля.

ТС не лише ізолює реле, вимірювальні та інші прилади від ланцюга високої напруги але і дозволяє звести вимір будь-якого номінального первинного струму і доль його до виміру деякого стандартного номінального вторинного струму, наприклад 5 А. До трансформатору струму пред’являються вимоги перетворювання контрольованого струму. Трансформатори струму можна поділити на два типи: симетричний з повною симетрією магнітного і електричного кіл і не симетричний, у якого симетрія порушена або в разі неповного заповнення магнітопроводу витками вторинної обмотки, або завдяки не симетричного розташування первинної обмотки відносно магнітної системи. До першого типу можна віднести одно діапазонні вбудовані при рівномірному розподілі вторинної обмотки на магнітопроводі, багато діапазонні вбудовані ТС, якщо робоча секція вторинної обмотки рівномірно розподілена по магнітопроводу, або шинні із витим трапеціїдальнним магнітопроводом.

Проектування ТС предполагає не тільки виконання заданих технічних вимог відносно метрологічних характеристик, но і визначення такого технічного рішення і таких параметрів які б забезпечували найкращі значення показників якості.

Вхідні дані

Таблиця 1. Завдання до проектування

Величина		Значення
	Номінальний струм первинної обмотки
	Номінальний струм вторинної обмотки
	Клас точності
	Кут обхвату,
	Клас напруги
	Коефіцієнт потужності
	Номінальне вторинне навантаження
	Номінальна гранична кратність первинного струму
	Кратність струму термічної стійкості
	Кратність струму динамічної стійкості
	Тип ТС	ТЛК
	Виконання трансформатору	Шихт.
	Матеріал втор. Обмотки	Алюм
	Матеріал магнітопроводу	Сталь 3411
	Ізоляція	Літа

1. Розрахунок магнітної системи трансформатора по заданим технічним умовам

1.1. Визначення густини струму

Обмотка трансформатору повинна відповідати ряду вимог: термічний і механічній стійкостям, забезпечення гідності ізоляції... При виборі густини струму в обмотках найбільший вплив має термічна стійкість обмоток., що визначається часом протікання струму короткого замикання, що для трансформаторів із номінальною напругою 10 кВ: . Для ізоляції класу Л допустима температура струмопровідних частин трансформатору з алюмінієвими обмотками. Температуру, що відповідає тривалому протіканню номінального струму приймаємо. Відповідно отриманним значенням визначаємо тепловий ефект струму:

Вважаючи, що все тепло іде на нагрів трансформатора, тепловий ефект у режимі короткого замикання:

Відповідно цьому густина струму термічної стійкості:

1.1.1. Первинна обмотка

Кратність струму термічної стійкості апарату , являє собою відношення струму термічної стійкості до діючого первинного струму, задається у вхідних даних. Приймаємо коефіцієнт запасу в термічної стійкості

Густина струму у номінальному режимі:

Відповідно до густини струму термічної стійкості переріз первинної обмотки:

Для номінального режиму переріз знаходимо аналогічно:

За розрахункове значення перерізу первинної обмотки приймаємо більше із і, тоді. Остаточне значення перерізу первинної обмотки вибираємо шину за сортаментом. Обрано алюмінієву шину прямокутного перетину зі сторонами a₁=4 мм, b₁=28 мм.

_{Приймаємо переріз первинної обмотки}

1.1.2. Вторинна обмотка

Вторинна обмотка виконується із круглого проводу марки ПСД. При номінальному вторинному струмі використовують провід діаметром. Приймаємо кратність струму вторинної обмотки. Найбільший струм вторинної обмотки:

Переріз провода вторинної обмотки:

Враховуючи значення перерізу проводу вторинної обмотки густина струму короткого замикання:

Значення тому обмотку можна вважати термічно стійкою.

1.1.3. Розрахунок числа витків первинної обмотки

Магніто-рушійно сила первичної обмотки

1.2. Розрахунок розмірів первинної обмотки

Визначення діаметру первинної обмотки виконується за теоремою Піфагора, знаючи розміри проводів і товщину ізоляції. Односторонню товщину буферної ізоляції можна прийняти

Рис.1. – Ескіз первинної обмотки

1.3. Розрахунок головної ізоляції трансформатора з литою ізоляцією

Приймаємо напруженість робочого поля при робочій напрузі . Головна ізоляція розраховується наступним шляхом:

Радіус зовнішньої поверхні ізоляції:

При розрахунку напруженості між двома коаксіальними поверхнями приймаємо – найбільша робоча напруга.

Напруженість електричного поля на дільниці вікна магнітопроводу від первинної обмотки до верхнього (нижнього) ярма:

Напруженість електричного поля на дільниці вікна магнітопроводу між первинної і вторинною обмоткою при номінальній напрузі:

Визначення висоти вікна магнітопроводу:

Напруженості електричного поля на розрахункових ділянках при іспитовій напрузі U_и=32 кВ:

Розраховане значення не перевищує 10 кВ/мм.