Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Марийский государственный университет»

Электроэнергетический факультет

Кафедра электромеханики

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по электромеханике

«Проектирование силового трансформатора»

Выполнил: студент гр. ЭС-32

Хайрутдинов Р.Н.

Проверил: Орлов А.И.

Йошкар-Ола

2012 г.

Оглавление

Введение

Трансформаторы широко применяются в системах передачи и распределения электрической энергии. Известно, что передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется при высоком напряжении (до 500кВ и более), благодаря чему значительно уменьшаются электрические потери в линии электропередачи. Получить такое высокое напряжение в генераторе невозможно, поэтому электроэнергия после генератора подается на повышающий трансформатор, в котором напряжение увеличивается до требуемого значения. Это напряжение должно быть тем выше, чем больше протяженность линии электропередачи и чем больше передаваемая по этой линии мощность. Например, при передаче электроэнергии мощностью 10⁶ кВт на расстояние 1000 км необходимо напряжение 500 кВ. В местах распределения электроэнергии между потребителями устанавливают понижающие трансформаторы, которые понижают напряжение до требуемого значения. И наконец, в местах потребления электроэнергии напряжение еще раз понижают посредством трансформаторов до 220, 380 или 660 В. При таком напряжении электроэнергия подается непосредственно потребителям – на рабочие места предприятий и в жилые помещения.

Таким образом, электроэнергия переменного тока в процессе передачи от электростанции к потребителям подвергается трех-, а иногда и четырехкратному трансформированию. Помимо этого основного применения трансформаторы используются в различных электроустановках – в электроприводе, нагревательных печах и т.д.

Целью данного курсового проекта является проектирование силового трансформатора общего назначения в соответствии с заданными характеристиками трансформатора (номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток ), а также с особенностями сети (номинальная частота, вид нагрузки и т.п.). Основной расчет производится по методическому пособию [1], пункты расчета соответствуют пунктам в пособии, при использовании другой литературы используются ссылки.

1. Исходные данные для проектирования

1. Исходные данные для проектирования силового трансформатора

1. Полная мощность трансформатора S=1000 кВА.

2. Номинальное линейное напряжение обмотки высокого напряжения (ВН) U₂=20 кВ.

3. Номинальное линейное напряжение обмотки низкого напряжения (НН) U₁=0,4 кВ.

4. Потери холостого хода P_o=3770 Вт.

5. Потери короткого замыкания P_k=13100 Вт.

6. Напряжение короткого замыкания U_к=5,3%.

7. Ток холостого хода I₀=2,2%.

8. Схема соединений обмоток Y/Y₀, группа соединений – 0.

9. Нагрузка – длительная.

10. Материал магнитопровода – рулонная холоднокатанная электротехническая сталь марки 3404 толщиной 0,3 мм.

11. Материал обмоток – медь.

12. Конструктивная схема трансформатора – трехстержневой с концентрическими обмотками.

13. Частота f=50 Гц.

2. Расчет основных электрических величин и выбор главной изоляции

1. Мощность одной фазы трансформатора:

кВА,

где S_П – по п. 1.1.

2. Мощность на одном стержне:

кВА.

3. Номинальный (линейный) ток обмотки НН:

А.

2.4. Номинальный (линейный) ток обмотки ВН:

А.

5. Фазный ток обмотки НН:

А.

5. Фазный ток обмотки ВН:

А.

5. Фазное напряжение обмотки НН:

кВ.

5. Фазное напряжение обмотки ВН:

кВ.

2.9. Для заданного U₂ испытательное напряжение обмотки ВН U_исп2=55 кВ.

10. Для заданного U₁ испытательное напряжение обмотки НН U_исп1=5 кВ.

11. Выбираем изоляционные расстояния обмоток ВН и НН по табл.1 и 2.

Таблица 1

Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН, мм.

Мощность трансформа-тора S, кВА	Uисп для НН, кВ	НН от ярма l01	НН от стержня
			01	ац1	а01	lц1
1000 – 2500	5	50	4	6	15	18

Таблица 2

Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН, мм.

Мощность трансформа-тора S, кВА	Uисп для ВН, кВ	ВН от ярма		Между ВН и НН		Выступ цилин-дра lц2	Между ВН и НН
		l02	ш	a12	12		a22	22
630 и выше	55	50	2	20	5	30	20	3

3. Определение основных размеров Основными размерами трансформатора являются следующие (рис. 1):

1. диаметр стержня d,

2. средний диаметр канала между обмотками d₁₂,

3. высота обмотки l.

Рис. 1. Основные размеры трансформатора

3.1. Выбор оптимального . Для трансформатора по заданной мощности 1000 кВА с медными обмотками и напряжением ВН 20 кВ принимаем  = 2,0.

3.2. Ширина приведенного канала рассеяния

м.

Здесь а₁₂ – размер канала между обмотками ВН и НН, изоляционный промежуток – принимаем по табл. 2 а₁₂ = 20 мм.

Приведенная ширина двух обмоток в предварительном расчете определяется по формуле , где k = 0,5 по заданным мощности и напряжения ВН для медной обмотки.

В результате вычислений получим

м.

Тогда м.

3.3. Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю приближено принимается в предварительном расчете k_р  0,95.

3.4. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

,

где U_a – активная составляющая напряжения, определяемая по формуле

%.

В результате вычислений получим:

%.

3.5. Для магнитопровода выбираем электротехническую рулонную холоднокатаную сталь марки 3404. Индукция в стержне В_с = 1,6 Тл при мощности трансформатора S = 1000 кВА.

3.6. Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, k_c зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения определится

.

Коэффициент заполнения площади круга с диаметром d площадью ступенчатой фигуры k_кр определяется из табл. 3.

Таблица 3

Число ступеней в сечении стержня, ориентировочный диаметр стержня, коэффициент k_кр

Способ прессовки	Мощность, кВА	Ориентировоч-ный диаметр	Число ступеней	Коэффициент kкр
Прессовка стержня с бандажами	1000 – 1600	0,24-0,26	8	0,925

Коэффициент заполнения стержня (или ярма) сталью k_з = 0,96.

В результате вычислений получаем

.

3.7. Диаметр стержня,м:

м;

полученный диаметр необходимо округлить до ближайшего по нормализованной шкале: d_н = 0,24 м.

3.8. Определение _н:

.

3.9. Средний диаметр канала между обмотками d₁₂ в предварительном расчете приближенно определяется по формуле

,

где а₀₁ – по табл.2, а₀₁ = 15 мм; а₁₂ – по табл.2, а₁₂ = 20 мм;

радиальный размер обмотки НН а₁:

м,

где - из п. 3.2, k₁ = 1,4 для S = 1000 – 6300 кВА.

В результате вычислений получаем:

м.

3.10. Высота обмотки:

м.

11. Активное сечение стержня:

м²,

где П_фс – по табл.4; k_з – по п. 3.6.

Таблица 4

Площади сечения стержня П_фс и ярма П_фя

Диаметр стержня, м	Сечение стержня Пфс, см2	Сечение ярма Пфя, см2
0,24	419,3	425,6

В результате вычислений получаем

м²

11. Электродвижущая сила одного витка:

U_в = 4,44fB_c П_с = 4,44501,60,040 = 14,2 В.