Дипломная (вкр): Расчет силового масляного трансформатора

Расчет силового масляного трансформатора

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передача на большие расстояния.

При проектировании и эксплуатации любой электроэнергетической системы приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы. Наиболее распространенными и в то же время наиболее опасными видами являются короткие замыкания (к.з.). Повреждения и ненормальные режимы работы могут приводить к возникновению аварий, под которыми обычно понимаются вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или ее части.

В связи с интенсивным развитием энергетики в Республике Казахстан, и развитием электроэнергетики, в частности, тема дипломной работы на сегодняшний день является актуальной.

Цель работы. Исходя из темы дипломной работы, нами была определена цель, которая была сформулирована следующим образом: рассчитать силовой масляный трансформатор, в условиях реального предприятия.

В соответствии с поставленной целью исследования, были сформулированы следующие задачи:

. Разработка структурной схемы подстанции.

. Выбор трансформаторов.

. Расчет трансформаторов.

. Обоснование экономической эффективности выбранного оборудования.

Для решения поставленных задач, нами применены теоретические и практические методы исследования. Теоретические методы: анализ литературы по теме исследования, вывод формул и расчет по ним основных необходимых параметров.

Практические: ознакомление с работой рассматриваемого электрооборудования непосредственно на предприятии, в работе.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ

трансформатор магнитопровод короткий замыкание

1.1 Устройство трансформаторов

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство с двумя или большим числом магнитно-связанных обмоток, предназначенное для преобразования одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. В основном трансформаторы используют для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Конструкция трансформатора определяется его назначением, мощностью и напряжением. Силовыми называют трансформаторы, предназначенные для преобразования электроэнергии в сетях электрических систем и потребителей. Различают силовые трансформаторы общего назначения и специальные, предназначенные для особых условий работы: преобразование переменного тока в постоянный; железнодорожный транспорт; подземные шахтные установки; электротермические печи.

Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой воздух, называют сухими. Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют масляными. Баки некоторых трансформаторов вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью - совтолом.

Далее в основном рассмотрены силовые масляные трансформаторы общего назначения, представление об устройстве которых даёт рисунок 1.1.

Масляный трансформатор состоит из остова (магнитная система 8 в сборе с деталями крепления 1, 5, 6); установленных на магнитной системе обмоток 2; переключающего устройства 10 для регулирования напряжения; установленных обычно на крышке бака вводов 12, 14 высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) соответственно; отводов 3, 9; бака 7, охладителей (радиаторов) 24, защитных, контрольно-измерительных и вспомогательных устройств.

Остов трансформатора, обмотки, части регулирующего устройства, собранные на магнитной системе отводы и соединяющие детали называют активной частью трансформатора.

Для защиты от соприкосновения с воздухом и окисления нагретого при работе трансформатора масла бак закрыт крышкой, уплотненной прокладкой из маслостойкой резины. Постоянное давление внутри бака поддерживается при изменении температуры за счет перетока масла из бака 7 в расширитель 18 и обратно по соединительному патрубку маслопровода 15 (рисунок. 1.1).

1 - нижняя ярмовая балка; 2 - обмотка ВН; 3 - регулировочные ответвления; 4 - деревянные планки; 5 - вертикальная прессующая шпилька; 6 - верхняя ярмовая балка; 7 - бак; 8 - магнитопровод; 9 - линейный отвод; 10 - переключатель; 11 - кран для заливки масла; 12 - ввод ВН; 13 - привод переключателя; 14 - ввод НН; 15 - маслопровод; 16 - газовое реле; 17 - выхлопная труба; 18 - расширитель; 19 - маслоуказатель; 20 - воздухоосуштель; 21 - термосифонный фильтр; 22 - кран для слива масла; 23 каток; 24 - радиатор

Рисунок 1.1 Общий вид силового трансформатора общего назначения:

Внутренний объём расширителя сообщается с окружающим воздухом через воздухоосушитель 20, служащий для удаления влаги из поступающего в расширитель воздуха. Из-за разницы температур в верхней и нижней частях бака масло течёт через термосифонный фильтр 21 и в нём очищается от влаги и продуктов окисления.

При небольших повреждениях, сопровождающихся разложением масла в баке и газовыделением, газовое реле 16 реагирует на выделение газа и подаёт сигнал на щит управления или на отключение транс-форматора от сети. В случае бурного газовыделения кипящее масло вместе с газами удаляется через выхлопную трубу 17, что предохраняет бак от механических деформаций и повреждений.

В силовых трансформаторах предусмотрены устройства для контроля уровня 19 и температуры масла в баке; транспортировки - крюки и катки 23; краны 11 и 22 для заливки и слива масла.

Силовые трансформаторы общего назначения отличаются конструктивным исполнением, условиями работы, способом охлаждения, номи-нальными мощностью и напряжением, что находит своё отражение в обозначении типа трансформатора.

Условное обозначение типа силового трансформатора имеет вид:

Первые пять позиций образуют буквенное обозначение типа и мо-гут принимать следующие значения:

- для автотрансформатора - А, в обозначении трансформатора позиция 1 отсутствует;

- если трансформатор однофазный - О, трехфазный - Т;

- при наличии расщеплённой обмотки низшего напряжения (НН) - Р, позиция 3 в обозначении отсутствует, если нет расщеплённой обмотки НН;

- способ охлаждения 1-3 буквы (см. гл. 5, табл. 5.4);

- если в одной из обмоток есть ответвления для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) - Н, позиция 5 в обозначении отсутствует, если РПН нет.

Позиции 6 и 7 определяют соответственно номинальные полную мощность SН, кВА, и линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН) UНЛ. Позиции 8 и 9 характеризуют соответственно климатическое исполнение и категорию размещения трансформатора.

1.2 Принцип действия трансформатора

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции:

Значение электродвижущей силы (ЭДС), наведенной в обмотках трансформатора прямо пропорционально изменению магнитного потока , сцепленного с этими обмотками.

Согласно закону Ленца ток, протекающий под действием наведенной в обмотках ЭДС, стремится воспрепятствовать изменению магнитного потока, сцепленного с обмотками. Следовательно, ЭДС, наведенная в обмотках трансформатора магнитным потоком:

 ,                                                          (1.1)

где потокосцепление обмотки трансформатора; число витков обмотки; мгновенное значение тока, протекающего по обмотке; индуктивность обмотки.

Принцип работы однофазного двухобмоточного трансформатора. Электромагнитная схема такого трансформатора (рис. 1.2) состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе. Магнитопровод выполнен из ферромагнитного материала (с малым магнитным сопротивлением) для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), обмотку низкого напряжения - обмоткой низшего напряжения (НН). Обмотка, которую включают в сеть - первичная обмотка. Число витков первичной обмотки . Обмотка, к которой подключают нагрузку - вторичная обмотка с числом витков.

В качестве нагрузки трансформатора может быть линия электропередач или автономный потребитель. Первичная и вторичная обмотки могут быть как ВН, так и НН.

В режиме холостого хода первичную обмотку подключают к сети переменного тока с синусоидальным напряжением . Вторичная обмотка трансформатора в режиме холостого хода разомкнута (нагрузка к зажимам вторичной обмотки не подключена).

По первичной обмотке трансформатора протекает ток . В режиме холостого хода ток первичной обмотки называется током холостого хода . Ток холостого хода, протекая по виткам , создает магнитодвижущую силу (потенциал магнитного поля).

.                                                                           (1.2)

Магнитодвижущая сила (МДС)  возбуждает в магнитопроводе трансформатора переменное магнитное поле. Магнитное поле удобно представить в виде наложения двух полей:

. Основное поле (поле взаимоиндукции, поток  которого на холостом ходу полностью замыкается по магнитопроводу. Основной магнитный поток сцеплен почти со всеми витками первичной и вторичной обмоток трансформатора.

. Поле рассеяния, поток  которого замыкается частично по магнитопроводу, а частично вне магнитопровода по маслу и конструктивным частям. Поток рассеяния  сцеплен только с витками первичной обиотки.

Основной магнитный поток (поток взаимоиндукции)  участвует в преобразовании энергии в трансформаторе. Этот поток замыкается по магнитопроводу из ферромагнитного материала и величина потока согласно закону Ома для магнитной цепи:

,                                                           (1.3)

где магнитное сопротивление магнитопровода. Магнитное сопротивление зависит от длины магнитной линии потока , от площади магнитопровода Sс, пронизываемой этим потоком и от магнитной проницаемости материала по которому замыкается поток . Магнитная проницаемость электротехнических сталей составляет  Гн/м. Магнитная проницаемость вакуума (воздуха) Гн/м.

Магнитный поток рассеяния  создает лишь потери энергии в трансформаторе.

Основной магнитный поток в соответствии с законом электромагнитной индукции наведет в первичной обмотке ЭДС самоиндукции:

,                                                   (1.4)

во вторичной обмотке - ЭДС взаимоиндукции:

.                                                   (1.5)

В выражениях (1.4) и (1.5) индуктивность первичной обмотки, взаимная индуктивность первичной и вторичной обмоток.

Уравнения напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора для режима холостого хода согласно второму закону Кирхгофа:

,                                                                                     (1.6)

,                                                                                   (1.7)

где полное сопротивление первичной обмотки; активное (омическое) сопротивление первичной обмотки; индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки, обусловленное потоком рассеяния.

Т.е. напряжение , подведенное к первичной обмотке, уравновешивается наведенной ЭДС  и падением напряжения на полном сопротивлении первичной обмотки . По вторичной обмотке ток не протекает, поэтому напряжение на зажимах вторичной обмотки равно наведенной ЭДС .

Отношения мгновенных и действующих значений ЭДС в обмотках определяются выражением:

.                                                                          (1.8)

Падением напряжения на сопротивлениях первичной обмотки можно пренебречь, т.к. оно не превышает 3…5 % от номинального значения. Тогда выражение (1.8) перепишем в виде:

                                                                    (1.9)

Следовательно, подбирая число витков  и при заданном напряжении  получаем требуемое напряжение :

                                                                               (1.10)