Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов

Подождите немного. Документ загружается.

РАСЧЕТ СТОИОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ТРАНСФОРМАТОРА.

§ 16.1. РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА

Стоимость трансформатора (оптовая цена) определяется плановой калькуляцией.

Пример составления плановой калькуляции приведен в. табл. 16.1.

Таблица 16.1

№ Статьи затрат Сумма, руб

Сырье и материалы

Покупные и комплектующие изделия

Возвратные отходы (вычитаются)

Итого основных материалов

Основная заработная плата производственных рабочих

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования (150—200% к основной зарплате)

Цеховые расходы (около 150% к основной зарплате)

Общезаводские расходы (около 100% к основной зарплате)

Заводская себестоимость

Внепроизводственные расходы (около 5% к заводской себестоимости)

Полная себестоимость

Накопления (10% к полной себестоимости)

Оптовая цена

Расход основных материалов определяется по табл. 16.2 и 16.3

Таблица 16.2.

№ Наименование сырья и материалов Единицы

измерения

Расход Цена, рубСумма, тыс.руб

Литье:

чугунное

стальное

Итого литье

Рядовой прокат:

сталь листовая

сталь круглая

сталь профильная

Итого рядовой прокат

Качественный прокат:

сталь электротехническая

сталь сортовая горячекатаная

сталь сортовая холоднокатаная

Итого качественный прокат

Трубы электросварные

Цветные металлы:

литье

латунный прокат

медный прокат

Итого цветные металлы

Провод обмоточный:

провод

кабель

Бакелитовые трубки

Бакелитовые цилиндры

Лакоткань

Гетинакс

Текстолит

Электрокартон

Масло трансформаторное

Лак № 302

Лак ГФ-92

Бук

Резина

Прочие материалы

Итого затрат по материалам

Итого отходов

В том числе реализуемые:

черные металлы

цветные металлы

Стоимость материалов за вычетом реализуемых отходов

Транспортно-заготовительные расходы

Всего затрат по материалам

Примечание. Так как в чертежах указаны чистые веса деталей и узлов, то при подсчете расхода

материалов необходимо их вес умножать на следующие коэффициенты, учитывающие отходы:

Сталь электротехническая

трансформаторы до 10 000 ква…….. 1,15

трансформаторы свыше 10 000 ква.. 1,2

Сталь угловая и швеллеры…………………… 1,05

Сталь листовая…………………………………… 1,1

Сталь круглая…………………………………….. 1,05

Трубы стальные…………………………………. 1,07

Электрокартон и бумага……………………….. 1,1

Гетинакс и текстолит…………………………… 1,1

Дерево…………………………………………….... 3,0

Таблица 16.3.

п.п. Покупные комплектующие изделия Количество Цена, руб.

коп.

Затраты на

изделие

Прочие комплектующие изделия

Транспортно-заготовительные расходы

Итого затрат на комплектующие изделия

Итого затрат на материалы (по табл. 16.2)

Всего затрат на основные материалы

Затраты на основную заработную плату определяются по табл. 16.4.

Таблица 16.4

№п.пВиды работ Нормо-часы Расценка

Сборочные

Обмоточно-изоляционные

- Изготовление обмоток

- Изготовление изоляции

Изготовление магнитопровода

Заготовительно-сварочные

Изготовление аппаратуры

Механообрабатывающие и крепеж

Деревообрабатывающие

Гальванопокрытия

Окраска

Литейные

Прочие

Итого по сдельным расценкам

Зарплата по рабочим местам

Всего основная заработная плата

§ 16.2. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Расчет ведется исходя из годовых затрат Зг. Для учебных целей расчетная формула несколько упрощена:

= З

тр

+ З

+ 3

где З

тр

= 0,185 X оптовую цену — стоимость трансформатора в год;

— потери холостого хода, квт;

— потери короткого замыкания, квт;

— реактивная мощность, квар.

Принимаются

= 50 руб./квт — стоимость 1 квт потерь холостого хода в год; З

= 25 руб./квт — стоимость 1 квт потерь

короткого замыкания в год.

Затраты на компенсацию реактивной мощности З

= 1,5 руб./квар — стоимость 1 квар реактивных потерь в

год.

Реактивная мощность

где S — номинальная мощность, ква;

— ток холостого хода, %;

— реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %;

8760 — число часов в году;

8700 — число часов, в течение которых имеют место потери холостого хода в году;

4000 — то же, потери короткого замыкания.

Таким образом, расчетная формула годовых затрат имеет вид

При выборе наилучшего варианта проектируемого трансформатора наиболее экономичным будет тот, у

которого значение З

будет наименьшим.

ГЛАВА XVII

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТРДНСФОРМАТОРОСТРОЕНИЯ В

СССР

Развитие линий электропередач связано с непрерывным ростом напряжения и мощности каждой

электрической машины и трансформатора. В настоящее время освоены напряжения линий до 500 кв, ведутся

опытные передачи при напряжении 750 кв и теоретические разработки на более высокие напряжения 1000—

1200 кв, которые позволят передавать большие мощности на расстояния до 3000—4000 км (от мощных

сибирских гидроэлектростанций в европейскую часть СССР). В Советском Союзе уже строятся

трансформаторы мощностью 417 и 630 Мва и запроектированы трансформаторы мощностью 800 и 1000

Мва.

Совершенствование трансформаторостроения началось с момента его возникновения. В основном

характеристики трансформаторов и их весогабаритные данные улучшались с применением более

качественных и специальных материалов. Так, например, с применением (в 1904 г.) легированной стали вес

трансформаторов сразу уменьшился почти вдвое. Улучшение качества электротехнической стали

продолжается и по настоящее время и от этого улучшения в основном зависит уменьшение расхода

активных материалов и повышение к. п. д. трансформаторов.

Силовые трансформаторы имеют весьма высокий к. п. д., для большинства составляющий 98—99% и более.

Однако ввиду установки в распределительных сетях общей мощности трансформаторов, в 7— 8 раз

превышающей мощность генераторов, общие потери во всем парке трансформаторов достигают 6% от всей

электроэнергии, вырабатываемой электростанциями.

ГОСТ 11677—65 (общий стандарт на силовые трансформаторы) предусматривает ряд улучшений в

конструкции силовых трансформаторов по сравнению с ранее действовавшим ГОСТ 401—41. В первую

очередь это относится к улучшению их характеристик холостого хода и короткого замыкания, т. е. в целом

значения к. п. д. Повышение к. п. д. в основном стало возможным вследствие внедрения холоднокатаной

электротехнической стали, имеющей меньшие значения удельных потерь и намагничивающей мощности по

сравнению с горячекатаной сталью. Одновременно с этим для лучшего использования холоднокатаной

стали потребовались отмена отверстий в пластинах магнитопровода и применение его бесшпилечной

прессовки, косых и

комбинированных стыков пластин, отжига пластин, продольных каналов из неметаллических материалов,

бандажей из стеклоленты или стекловолокна, изготовление магнитопровода без предварительной

зашихтовки верхнего ярма, применение магнитных мостов и другие виды прогрессивной технологии.

Большого внимания требует совершенствование технологических процессов производства обмоток и

изоляции трансформаторов. Обмотки и изоляция—ответственные и вместе с тем трудно контролируемые

узлы конструкции. Весьма важным является вопрос о качестве электротехнического картона как одного из

основных изоляционных материалов. Применяемый в настоящее время изоляционный картон имеет усадки,

достигающие 8—9% по толщине, что требует введения дополнительных операций по стабилизации

размеров изоляции.

Наилучшим решением данного вопроса являлось бы получение малоусадочного картона, но из-за его

отсутствия на трансформаторных, заводах вводятся процессы предварительной стабилизации картона;

вылеживанием и опрессовки изоляционных деталей и обмоток в целом, на разных стадиях изготовления.

Для крупных трансформаторов в перспективе применение многоходовых обмоток НН с числом

параллельных проводов до 200, петлевых обмоток ВН с применением транспонированного провода и

отдельных регулировочных многоходовых слоевых обмоток ВН по числу ступеней регулирования.

Для повышения электрической прочности целесообразно более широко практиковать отмену пропитки

обмоток.

Из отдельных конструктивных решений и направлений конструирования можно отметить применение

разъемных баков и баков колокольного типа, прямотрубных навесных охладителей вместо трубчатых баков,

изготовление нажимных колец, намотанных из электротехнической стали и запекаемых на эпоксидных

смолах.

Экономичность работы электрических сетей и поддержание постоянства величины напряжения у

потребителей требует расширения выпуска трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой

(РПН). Выпуск таких трансформаторов требуется довести до 50% суммарной мощности выпускаемых

силовых трансформаторов, включая большинство трансформаторов с напряжением ПО кв и выше, а также

распределительные трансформаторы мощностью от 25 до 6300 ква на напряжение 10 и 35 кв. При

разработке этих трансформаторов должно быть отдано предпочтение переключающим устройствам с

токоограничивающими резисторами, как имеющим меньшие габаритные размеры по сравнению с

реакторными устройствами и не требующим отдельного бака для контакторов.

Разработка параллельных серий силовых трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками

позволит получить большую экономию меди. Эта медь может быть использована в трансформаторах

большой мощности с целью уменьшения потерь короткого замыкания при меньших габаритных размерах,

что не может быть достигнуто при алюминиевых обмотках. Трансформаторы с медными и алюминиевыми

обмотками могут иметь одинаковые характеристики при одинаковом весе электротехнической стали,

меньшем общем весе, но с большей высотой сердечника, а следовательно, и трансформатора [Л. 2]. Силовые

трансформаторы с алюминиевыми обмотками мощностью до 6300 ква обеспечивают полноценную замену

трансформаторов с медными обмотками, так как могут иметь те же характеристики холостого хода и

короткого замыкания. Стоимость этих трансформаторов примерно одинакова, и поэтому такая замена может

считаться равноценной в техническом и экономическом отношениях.

Экономия активных, изоляционных и конструктивных материалов может быть получена в первую очередь

за счет широкого применения автотрансформаторов на напряжения ПО—500 кв путем снижения

испытательных напряжений, уменьшения изоляционных промежутков при разработке новых конструкций

изоляции, применения новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной

принудительной циркуляцией масла и новых типов охладителей.

С повышением напряжения размеры и надежность работы трансформатора в большой степени зависят от

качества изоляционных материалов и от конструкции самой изоляции. Рациональная конструкция,

применение новых, более совершенных материалов и внедрение прогрессивной технологии позволят

уменьшить изоляционные промежутки и, следовательно, соответственно уменьшить размеры и вес

трансформатора. В части повышения надежности трансформаторов при импульсных воздействиях большую

роль сыграло введение емкостной защиты, принцип и конструкция которой продолжают непрерывно

совершенствоваться.

Расширение производства трансформаторов, рост мощности в одной единице и напряжения обмоток ВН

вызывают необходимость в более широком развитии научно-исследовательских работ, связанных с

трансформаторостроением. Сюда следует отнести исследования полей рассеяния с целью уменьшения

вызываемых ими добавочных потерь, механической прочности обмоток при коротком замыкании,

электрической прочности изоляции при промышленной частоте и при импульсных воздействиях,

разработки новых, более эффективных, охладительных систем, рациональной технологии производства, в

частности, вакуумной сушки трансформаторов, рациональных методов проектирования трансформаторов и

их экономической оценки.

Научно-исследовательские работы необходимы в целях оказания помощи трансформаторным заводам при

разработке и изготовлении трансформаторов, отвечающих требованиям современной энергетики как в

отношении высших уровня мощности и класса напряжения, так и в отношении качества. Основные

показатели качества: получение экономической трансформации — снижения потерь энергии, экономии

материалов, уменьшения веса и габаритных размеров, увеличение электрической и механической прочности

и повышение надежности.

ГЛАВА XVII

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

§ 18.1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С

МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ НА НАПРЯЖЕНИЕ ОТ 3 ДО 35 кв

Минимальный объем задания по расчету силового трансформатора был приведен в § 2.1.

Полный расчет силового трансформатора с целью нахождения его оптимальных размеров и характеристик

требует выполнения ряда вариантов расчета на разных диаметрах стержня, что представляет собой довольно

большой объем работы. Учащийся не всегда может с ней справиться в отведенное для этого время, поэтому

эта работа обычно облегчается тем, что задание по расчету трансформатора содержит некоторые

дополнительные данные, которые учащемуся уже не требуется выбирать или определять по ходу расчета.

Задание на расчет силового трансформатора удобно выдавать учащемуся на специальном листе задания,

примерная форма которого приведена далее.

Задание №…

на курсовое проектирование

Расчет трехфазного силового трансформатора

Учащемуся (фамилия)…………………………

Задание выдано………………………………..

курса….

19….г.

группы……..

с оценкой….

Расчет сдать……………………………………

Расчет принят.…………………………………

19….г.

19....г.

Задание для расчета

Мощность трансформатора…………………...

Напряжение холостого хода…………………..

Схема и группа соединения….………………..

Частота………………………………………….

ква

±5%....в

50 гц

Характеристики

Потери холостого хода Рх =……………….…..

Потери короткого замыкания Рк=…………….

Ток холостого хода i

=……………………...….

Напряжение короткого замыкания uк =……...

Вт + 15%

Вт + 10%

% + 30%

% ± 10%

Дополнительные данные

Диаметр стержня D……………………………………....

Число ступеней.n…………………………………………

Форма сечения ярма………………………………..……

Высота окна (приблизительно) Н..................................

Сталь….холоднокатаная, марки ЭЗЗО толщиной 0,35

Охлаждение……………………естественное, масляное

мм

Преподаватель………………………………..

§ 18.2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Пример 1

Задание для расчета

Мощность трансформатора………………….

Напряжение холостого хода………………...

Схема и группа соединения…………………

Частота………………………………………..

Характеристики по ГОСТ 11920—66............

1000 ква

10 000 + 5%/400 в

Y/ |<— 0

50 гц

Дополнительные данные

Диаметр стержня……………………………..

Число ступеней……………………………….

Форма сечения ярма………………………….

Высота окна (приблизительно)……………...

Сталь…………………………………………..

Обмотки……………………………………….

Охлаждение…………………………………..

D = 245 мм

n= 6

двухступенчатая

Н = 700 мм

холоднокатаная, марки Э330, толщиной 0,35 мм,

лакированная

из медного провода

масляное, естественное

Пример 2

Задание для расчета

Мощность трансформатора………………….

Напряжение холостого хода………………...

Схема и группа соединения…………………

Частота………………………………………..

Характеристики………………………………

2500 ква

35000 + 2x2,5%/6300 в

Y/Δ — 11

50 гц

ГОСТ 11920—66

Дополнительные данные

Диаметр стержня……………………………..

Число ступеней……………………………….

Форма сечения ярма………………………….

Высота окна (приблизительно)……………...

Сталь…………………………………………..

Обмотки……………………………………….

Охлаждение…………………………………..

D = 300 мм

n= 7

многоступенчатая

Н = 1000 мм

холоднокатаная, марки Э330, толщиной 0,35 мм,

лакированная

из медного провода

масляное, естественное

Расчет удобно вести по приведенной в § 18.3 последовательности.

§ 18.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА МОЩНОСТЬЮ

1000 ква, 10 кв

Расчет магнитопровода.

Выбор размеров пластин пакетов стержня. Сечение стержня по заданию имеет шестиступенчатую форму,

ярма — двухступенчатую (рис. 18.1).

Определяем ширину пластин для каждого пакета согласно данным, приведенным на рис. 14.1. Полученные

значения с

подбираем до ближайшего нормализованного размера, дающего

наивыгоднейший раскрой стали:

= 0,955•245 = 234

= 0,87• 245 = 213

= 0,77•245 = 188

= 0,64•245 = 157

= 0,495•245 = 121

= 0,3•245 = 73

Принимаем 230 мм

Принимаем 215 мм

Принимаем 195 мм

Принимаем 155 мм

Принимаем 120 мм

Принимаем 75 мм

Рисунок 18.1 Сечение стержня и ярма

Затем определяем толщину b пакетов с тем, чтобы ступенчатая фигура вписывалась в окружность диаметра

D = 245 мм. Эти действия удобно записать в следующем виде: