 |
Переходные процессы в трансформаторе в условиях эксплуатации
|
|
|
|
7.1 Ток включения трансформатора
7.1.1 Величина намагничивающей мощности
определяется для значений магнитной индукции 2 Тл и 4 Тл. Расчет выполняется, как в п. 5.3.6 настоящих методических указаний. qЯ, qС, qЗ следует выбирать по кривым, приведенным на рис. 4 и 5.
|
| ||||
| ||||
Магнитная индукция в косых стыках
7.1.2 Амплитуда намагничивающего тока трансформатора определяется для значений магнитной индукции 2 Тл и 4 Тл.
7.1.3 На основании полученных результатов выполняется построение кривой намагничивания трансформатора, как это показано на рис. 6.
Величина 
приведена в задании, 
определена ранее в п. 5.3.1.
7.1.4 Коэффициент самоиндукции одной фазы обмотки ВН при значительном насыщении стали (В>2 Тл)
, 
,
где 
Тл; Пс в см2;
iОРМ1 - амплитуда намагничивающего тока при В =2 Тл;
iОРМ2 - амплитуда намагничивающего тока при В= 4 Тл.
 |
Рис. 6. Построение кривой намагничивания сердечника трансформатора
7.1.5 Активное сопротивление одной фазы обмотки ВН
.
7.1.6 При наиболее неблагоприятном включении трансформатора магнитная индукция в стержне изменяется по следующему закону:
Задаваясь значениями времени от нуля с шагом 0,002 с, следует рассчитать соответствующие величины индукции В, а по кривой намагничивания найти iОРМ.
Законы изменения тока включения и магнитной индукции во времени нужно представить графически, для чего рекомендуется использовать учебник [1].
Расчет характеристики намагничивания и тока включения можно выполнить на ЭВМ.
|
|
|
В заключение студенты должны оценить правильность выбора устройства защиты на электроподстанциях с учетом тока включения.
7.2 Переходные процессы в трансформаторе при внезапном коротком замыкании
7.2.1 Действующее значение установившегося тока короткого замыкания трансформатора с учётом мощности электрической системы.
,
где SК - мощность короткого замыкания электрической системы, кВ·А; для сетей с классом напряжения 6 и 10 кВ она равна 500000 кВ·А, а для сетей 35 кВ - 2500000 кВ·А.
7.2.2 Наибольшая амплитуда тока короткого замыкания
.
7.2.3 Апериодическая составляющая тока в обмотке одной фазы трансформатора при наиболее неблагоприятном внезапном коротком замыкании
.
7.2.4 Периодическая составляющая тока короткого замыкания трансформатора
.
7.2.5 Мгновенные значения результирующего тока внезапного короткого замыкания.
.
Задаваясь величиной времени от нуля до 0,1 с шагом 0,002 с, рассчитать апериодический и результирующий токи внезапного короткого замыкания. При расчётах следует учесть, что величина 
выражается в радианах. Расчёт можно выполнить на ЭВМ.
Студентам следует дать оценку полученным в разделе 7 результатам с точки зрения правильности выбора и настройки устройств защиты на электроподстанциях.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТРАНСФОРМАТОРА
8.1 Коэффициент полезного действия трансформатора
,
где РХ; РК – в Вт; SН в В∙А.
Задаваясь значениями коэффициента нагрузки трансформатора KH2 в пределах от 0 до 1,5, рассчитать величины КПД. Расчёты выполнить для нескольких заданных преподавателем величин 
Построить графики зависимости КПД от КH2 для различных 
. Дать пояснения полученным кривым.
8.2 Степень нагрузки трансформатора, при которой имеет место наибольший КПД:
.
8.3 Величина максимального КПД при этой нагрузке и cos φ2=1:
|
|
|
.
Трансформатор, работающий с постоянной нагрузкой КH2M, обеспечивает получение наиболее экономичных результатов. В действительности трансформатор работает с переменной нагрузкой, а наивыгоднейшая работа зависит и от графика нагрузки. Эта задача вероятностной оптимизации решена методом оптимума номинала [5].
8.4 Изменение напряжения в трансформаторе при номинальной нагрузке следует определить для нескольких cosφ2,заданных преподавателем:
.
8.5 Стоимость активной части трансформатора:
,
где GПР – масса проводов обмотки;
GCT – масса стали магнитопровода;
– цена обмоточного провода [1, с. 35]:
для меди = 2,8 у.е/кг; для алюминия =2,4 у.е/кг;
– цена стали магнитопровода [1, с.35], она может быть принята равной около 1,2 у.е/кг;
= 1,5; 
= 1,22; 
= 1,06.
8.6 Стоимость системы охлаждения:
,
где 
может быть принят равным 1,5 у.е/кВт.
8.7 Стоимость трансформатора:
.
8.8 Дополнительные затраты на изготовление трансформатора при увеличении расхода проводящих материалов в (1+ 
); раз:
.
8.9 Уменьшение потерь энергии в трансформаторе при увеличении расхода проводящих материалов для режима работы с номинальной нагрузкой:
, кВт.
8.10 Экономия электроэнергии в год за счет уменьшения потерь энергии в трансформаторе
, кВт,
где t1Г − время работы трансформатора в течение года может быть принято равным около 8000 ч;
КНГСР – средняя нагрузка трансформатора около 0,8.
8.11 Срок окупаемости дополнительных затрат, связанных с увеличением расхода проводящих материалов:
,
где 
– стоимость 1 кВт∙ч электроэнергии ( = 0,06 у.е. за 1 кВт∙ч).
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Основными элементами силового трансформатора являются магнитная система и обмотки. Магнитная система трансформатора представляет собой трехстержневой стальной магнитопровод. Материалом для него служит холоднокатаная сталь. Ее применение позволяет заметно уменьшить удельные потери и удельную намагничивающую мощность. Однако это преимущество реализуется лишь в том случае, когда магнитный поток проходит в направлении проката. По этой причине в магнитопроводах из холоднокатаной стали в углах делаются «косые» зазоры.
а рис. 7 представлен общий вид выемной части силового трансформатора. Для более четкого восприятия конструкции и основных размеров на рис. 7 все вспомогательные элементы и элементы крепления не показаны. Магнитная система трансформатора включает в себя три стержня, на которых располагаются обмотки, и четыре ярма, которые соединяют между собой стержни, образуя таким образом единую конструкцию. Сечение шихтованного стержня выполнено в виде многоугольника, набираемого из отдельных прямоугольных пакетов с таким расчетом, чтобы вся фигура вписывалась в окружность. На рис. 7 ярмо имеет прямоугольное сечение. Это характерно для силовых трансформаторов меньшей мощности из числа рассматриваемых в предлагаемом учебном пособии.
|
|
|
В трансформаторах с номинальной мощностью 100 кВ∙А и более сечение ярма следует выбирать многоугольным. Конфигурацию ярма с многоугольным сечением предлагается студентам рассмотреть самостоятельно, используя рекомендуемую литературу. Обмотки каждой фазы силового трансформатора располагаются на соответствующих стержнях магнитопровода. Обмотка низшего напряжения (НН) располагается ближе к стержню, а обмотка высшего напряжения (ВН) – поверх предыдущей. Обмотки крепятся с помощью деревянных клиньев, располагаемых равномерно по окружности внутри масляных каналов. Кроме того, предусматривается крепление обмоток относительно верхнего и нижнего ярма деревянными клиньями толщиной l0. Указанные на рис. 7 размеры выемной части трансформатора определяются в процессе выполнения проекта.
На чертеже в графической части проекта должны быть приведены и другие рассчитанные размеры, а также необходимые элементы крепления. Более подробные сведения можно получить в литературе, рекомендуемой в учебном пособии. Выемная часть трансформатора располагается в специальном баке, выполненном из конструкционной стали и заполненном трансформаторным маслом. Основной бак трансформатора снабжен охладителями, устройствами ввода напряжения, расширительным бачком и другой вспомогательной арматурой. На рис. 8 и 9 представлены две проекции общего вида силового трансформатора. На первой проекции (рис. 8) имеются следующие элементы конструкции.
|
|
|
1. Каток для передвижения трансформатора.
2. Бак трансформатора, заполняемый маслом.
3. Крюк для подъема трансформатора.
4. Воздухоосушитель.
5. Расширитель.
6. Маслоуказатель.
7. Ввод высшего напряжения.
8. Ввод низшего напряжения
9. Термометр.
10. Охладитель.
11. Пробка для слива масла
На второй проекции (рис. 9) обозначен цифрой 12 переключатель напряжения. На чертеже общего вида спроектированного силового трансформатора следует привести габаритные размеры. Конструктивные чертежи в курсовом проекте представляются листе формата А1, расположенном горизонтально. Слева приводится общий вид, и выемная часть трансформатора. На втором листе формата А1 представляются графические построения процессов при пропуске пакета поездов, при включении трансформатора вхолостую, при коротком замыкании, а также зависимость КПД от степени нагрузки. Расположение графических построений на втором листе студентам предлагается выбрать самостоятельно.
Рис. 7. Выемная часть силового трансформатора
Рис. 8. Силовой трансформатор
Рис. 9. Силовой трансформатор
Студентам следует проанализировать результаты проектирования силового трансформатора, сопоставить параметры, определенные при расчетах с заданными параметрами и дать оценку полученных отклонений с точки зрения эксплуатации трансформатора. Желательно пояснить влияние полученных параметров на работу трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания. Нужно оценить поведение трансформатора при переходных режимах включения на холостом ходу, при аварийном трехфазном коротком замыкании и при перегрузке. Следует оценить технико-экономические показатели трансформатора
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для вузов/П.М. Тихомиров. -М.: Энергоатомиздат, 1986.− 528 с.
2 Соломин, В.А. Проектирование мощных силовых трансформаторов: Методические указания к курсовому проектированию/В.А. Соломин, Л.Л. Замшина, А.В. Соломин.– Ростов н/Д: РГУПС, 2004.- 29 с
3 Соломин, В.А. Приложения к методическим указаниям по проектированию мощных силовых трансформаторов/ В.А. Соломин, Л.Л. Замшина, А.В. Соломин.- Ростов н/Д: РГУПС, 2005.- 17 с.
4 Петров, Г.М. Электрические машины/Г.М. Петров. - М.: Энергия, 1974.- 240 с.
5 Иванов-Смоленский, А.В. Электрические машины/А.В.Иванов-Смоленский - М.: Энергия, 1980.- 928 с.
6 Свечарник, Д.В. Расчет на ЭЦВМ электрических параметров силовых трансформаторов при вероятностной оценке характеристик нагрузки: Методические указания к курсовому проектированию/Д.В. Свечарник, Д.Г. Нарешелашвили. - М.: МИИТ, 1982.− 40 с.
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……...........................................................................................................3
1 Расчет основных электрических величин..........................................................4
2.Определение основных размеров трансформатора...........................................5
3 Расчет обмоток трансформатора..................................................................…...9
4 Определение параметров короткого замыкания..........................................….18
5 Расчет магнитной системы..................................................................................21
6 Тепловой расчет трансформатора. Расчет охладительной системы................27
7 Переходные процессы в трансформаторе в условиях эксплуатации ………..36
8 Технико-экономические характеристики трансформатора...............................40
9 Графическая часть проекта ……………………………………………………..42
8 Заключение............................................................................................................47
Библиографический список................................................................……………48
 | |||
 |
Учебное издание
Соломин Владимир Александрович
Замшина Лариса Леонидовна
Соломин Андрей Владимирович
Проектирование мощных силовых трансформаторов
Учебное пособие
Редактор Н.С. Федорова
Корректор Н.С. Федорова
Подписано в печать 16.12. 2006. Формат 60´84/16.
Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 2,3.
Уч.-изд. л. 3,33. Тираж 100. Изд. № 218. Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Ризография РГУПС.
 |
Адрес университета: 344038, Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.
|
|
|
