Вступ

Трансформатори широко застосовуються в системах передачі і розподілу електроенергії. 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.

Силовий трансформатор – один з найважливіших елементів будь-якої електроенергетичної системи.

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. Попередній розрахунок трансформатора

1.1 Розрахунок основних електричних величин.

Номінальні лінійні струми трансформатора:

на низькій стороні:

, (1.1)

,

на високій стороні:

(1.2)

,

Номінальні фазні струми та напруги обмоток:

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

І_1фн= І_1лн =144,3 (А) (1.3)

, (кВ) (1.4)

(кВ)

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

(А), (1.5)

, (1.6)

(кВ).

Активна та реактивна складові заданої напруги короткого замикання:

, (1.7)

,

, (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. 1 на стор.7 [1]:

U_випрНН = 5 кВ,

U_випрВН =25кВ.

2. Попередній розрахунок трансформатора з використанням еом

Файл з вихідними даними та результатами розрахунку наведено в додатку Б.

Значення розрахованих величин для оптимального варіанту:

К_s = 0,850

d_оп – оптимальний діаметр стержня, (см), d_опт = 12,500 (см);

a₁ + a₂ – радіальні розміри обмоток, (см), a₁ + a₂ = 6,128 (см);

a_р – приведена ширина каналу розсіяння, (см), a_р = 2,943 (см);

П_с – площа активних перетинів стержня, (см²), П_с = 106,765 (см²);

u_в – ЕРС одного витка обмотки, (В), u_в = 3,785(В);

l – висота обмоток, (см), l = 35,810 (см);

L – відстань між вісями сусідніх стержнів, (см), L = 28,16(см);

G_c – маса сталі стержнів, (кг), G_c = 97,4093(кг);

G_я – маса сталі ярем, (кг), G_я = 110,1422 (кг);

G_у – маса сталі одного кута магнітопроводу, (кг), G_у = 8,503 (кг);

G_ст – повна маса сталі, (кг), G_ст = 207,552(кг);

G₀ – загальна маса металу обмоток, (кг), G₀ = 42,97(кг);

C_а.ч. – вартість активної частини, (руб.), C_а.ч. = 302,6632(грн.);

J_опт – марка сталі, J_опт = 1;

T_опт – тип стиків, T_опт = 2;

P₀ – величина втрат холостого ходу, (Вт), P₀ = 347,5360 (Вт);

_ср – середня густина струму, (А/мм²), _ср = 1,86803 (А/мм²);

і₀ – струм холостого ходу, %, і₀ = 2,447 % ;

Q₀ – намагнічувальна потужність, (ВА), Q₀ =2447,391 (ВА) ;

_р – механічна напруженість в обмотках при короткому замиканні, _р(МПа), _р =3,5531 (МПа).