Проект силового трёхфазного трансформатора мощностью 4300 кВА
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Введение
В настоящее время электрическая энергия для промышленных целей и электроснабжения городов производится на крупных тепловых и гидроэлектростанциях в виде трехфазной системы переменного тока частотой 50 Гц. Для передачи электроэнергии на дальние расстояния, от производителя к потребителю, необходимо повышать напряжение (110; 220; 330; 500; 750 кВ). Эту функцию выполняют повышающие трансформаторы. Далее на распределительных подстанциях напряжение требуется понижать до 6 или 10 кВ (в городах и промышленных объектах) или 35 кВ в сельских местностях и при большой протяженности распределительных сетей. Наконец для ввода в заводские цеха и жилые квартиры напряжение сетей должно быть понижено до 380, 220 В.
Примером современного подхода к проектированию новых серий трансформаторов может служить принятие новых расчетных и конструктивных решений, позволяющих улучшить изоляцию трансформатора, существенно уменьшить потери холостого хода, повысить электродинамическую стойкость обмоток и модернизировать системы охлаждения трансформаторов. Для того чтобы построить трансформатор нужно в начале спроектировать, т.е. рассчитать и схематически представить его на бумаге основными размерами.
В данном проекте требуется рассчитать силовой трёхфазный трансформатор масляного типа мощностью 4300 кВА, напряжение на высокой стороне 35 кВ, на низкой стороне 10,5 кВ работающий при номинальной частоте 50 Гц, группа соединения обмоток. Способ охлаждения масляный, потери короткого замыкания 35000 Вт, напряжение короткого замыкания 7,5%, потери холостого хода 5700 Вт, ток холостого хода 0,8%, обмоточный провод алюминий, регулирование напряжения ПБВ.
Трансформатор - это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной - первичной системы переменного тока в другую - вторичную, имеющую другие характеристики тока и напряжения при неизменной частоте. Принцип работы трансформатора вытекает из закона электромагнитной индукции.
По конструкции трансформаторы бывают однообмоточные, двухобмоточные и многообмоточные. Соответственно по роду тока трансформаторы бывают однофазные, трехфазные и многофазные. В нашем случае проектируется двухобмоточный трёхфазный трансформатор.
Одним из главных требований, предъявляемых к проектированию, является оптимальное уменьшение метало - и материалоемкости, а также общих масс и габаритов их конструкций. Также следует отметить и экономическую сторону. Использование ценных материалов, технологии производства, тоже выбираются в оптимальном варианте. Интерес вызывают и оптимально малые потери холостого хода и короткого замыкания.
Необходимо заметить, что экономическая оценка является важнейшим критерием при выборе оптимального варианта. Некоторые варианты, являясь экономически целесообразными, могут оказаться неприемлемыми вследствие недостаточной нагревостойкости, механической прочности обмоток при коротком замыкании или по другим причинам.
Нагрев обмотки трансформатора определяется конструкцией обмотки и потерями в ней, отнесенными к единице поверхности охлаждения. Поскольку величина потерь в обмотке напрямую связана с плотностью тока и размером провода обмотки, а превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха ограничено ГОСТ 11677-85 (для масляных трансформаторов 65оС). Механическая прочность обмоток при коротком замыкании ограничивает выбор вариантов предельными механическими растягивающими напряжениями в проводе обмоток.
Силовые трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой. Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки. Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего - является неодинаковой.
Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.3мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.
Определяя место силового трансформатора в электрической сети, следует отметить, что по мере удаления от электростанции единичные мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесённые к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. Поэтому значительная часть материалов, расходуемых