1CUPRINS Pagina1. Tema proiectului..........................................................................................22. Calculul mrimilor electrice de baz.............................................................53. Calculul dimensiunilor principale..................................................................64. Calculul de dimensionare al nfurrilor: ..................................................124.1. Numrul de spire al nfurrilor;4.2. Seciunea conductoarelor nfurrilor;4.3. Infasurarea de inalta tensiune;4.4. Infasurarea de joasa tensiune.5. Calculul parametrilor de scurtcircuit i definitivarea soluiei ales...............19pentru nfurri:5.1. Pierderi n nfurri;5.2. Determinarea tensiunii de scurtcircuit;6. Dimensionarea circuitului magnetic : ..........................................................246.1. Distana ntre axele coloanelor;6.2. Lungimea coloanelor;6.3. Masa coloanelor;6.4. Dimensionarea jugurilor;6.5. Masa jugurilor;7. Calculul parametrilor de funcionare n gol: ...............................................267.1. Calculul pierderilor n fier;7.2. Calculul curentului de mers n gol;8. Calculul caracteristicilor de funcionare: ....................................................298.1. Caracteristica extern;8.2. Caracteristica randamentului;9. Calculul incalzirii: .......................................................................................31 9.1. Dimensionarea cuvei i radiatoarelor de rcire;9.2. Verificarea termic a soluiei alese; 2 1. Tema proiectului S se calculeze un transformator care s aib urmtoarele caracteristici principale:- puterea aparent nominal: Sn = 125kVA;- numrul de faze:m = 3;- tensiunea de linie primar: Ul1 = 10 kV;- tensiunea de linie secundar: Ul2= 0,525kV;- frecvena: f = 50Hz;- schema i grupa de conexiuni: Yzn5;- pierderi la mers n gol: P0 = 380W;- pierderi la mers n scurtcircuit: Psc = 2100W;- curentul de mers n gol: i0 = 2,4%;- tensiunea de scurtcircuit: usc = 4%;- rcire natural n ulei;- conductorul nfurrilor : Cu;- clasa de izolaie a nfurrii : A; - miezul se executdin tabl electrotehnica cu izolatie din carlit; -tipul tablei: E4ORSI-111 cu pierderi specifice 1,11W/kg la inducia magnetic B=1,5T; - grosimea tolelor din care se execut miezul: 0,35mm;Tolerantele admisibile pentru parametrii impui prin tema:

- raportul de transformare : 0,5%- tensiunea de scurtcircuit, usc : 10%- curentul de mers in gol, io : + 30%- pierderile n nfurri : Psc+10%3Fig. 1. Seciune prin transformatorul electric trifazat Prile constructive principale ale unui transformator electric de for sunt:- miezul de fier al transformatorului care formeaz circuitul su magnetic -6- nfurrile transformatorului (primare i secundare) - 4 - prile de asamblare i accesoriile transformatorului care cuprind mai multe elemente constructive principale cum sunt:- schela 1;4- cuva 9;- capaculcuvei transformatorului -10 cu:consola - 2;tirant de sustinere 3;urechea de ridicare 11;izolatoarele de trecere -7 (j.t.) si 8 (I.T.); - conservatorul de ulei 14;-releul de gaze 16;- comutatorul de tensiune 5;- alte accesorii: a) busonul de umplere 15; b) robinet tip cana 13 ;c)cana pentru golirea uleiului 17; d)stu cu dop special pentru prelevarea uleiului 18; f)crucior cu rotile- 20; g)urubul de legare la pmnt -19; h)radiator de racire 12; i)teaca pentru termocupla 21; j)supapa de siguranta 22; 52. Calculul mrimilor electrice de baz Pentru determinarea mrimilor electrice de baz se pornete de la puterea aparent nominal a transformatorului i se determin mai nti curenii de linie din nfurarea primar i corespunztor schemei i grupei de conexiuni valorile tensiunilor de faz primare, precum i a intensitii curenilor de faz primar. Putere aparenta a unui transformator trifazat funcie de mrimile de linie este dat de relaia: AUSII U Slnll l n22 , 710 10 310 1253333111 1 AUSIlnl46 , 13710 525 , 0 310 12533322 Determinarea marimilorpentru infasurarea primara:1. In cazul conexiunii stea : I 1 f =I1 lU 1 f =3U1 l 2. In cazul conexiunii zig-zag :I 1 f = Il1U 1 f =3U1 lPentru dimensioanarea infasurarilor secundare intr-o prima aproximatie se considera randamentul 1,determinandu-se valoarea curentului din secundar:1. In cazul conexiunii stea: I 2 f =I2 l U 2 f =3U2 l2. In cazul conexiunii zig-zag: I 2 f =2 lI U 2 f =3U2 lProbleme speciale privind determinarea parametrilor infasurarilor apar la transformatoarele care au conexiunea secundara in zig-zag.Transformatoarele cu asemeneaconexiuniauaceleasi relatii intre marimile de linie si de faza ca la cele conectate in stea.

Yzn5Primarul transformatorului este conectat n stea:

kVUUA I Ilfl f77 , 5310322 , 7111 1 Secundarul transformatorului este conectat n zig-zag :6A I IkVUUl flf46 , 137303 , 03525 , 032 222 3. Calculul dimensiunilor principale Pentru stabilirea dimensiunilor principale consideram o sectiune in transformator si un detaliu din coltul ferestrei miezului magnetic al transformatorului4Fig. 5 Tolele transformatoruluiFig.6 Schema desfasurata a tolelor si infasurarilor

S- au facut urmatoarele notatii: - Sim si Sjm: - distanta de izolatie dintre infasurarile de inalta, respectiv joasa tensiune si jugul transformatorului; - D- diametrul coloanei trnsformatorului;- b1 - grosimea bobinei de nalt tensiune;- b2 - grosimea bobinei de joas tensiune;- mj - disanta de izolaie dintre coloan i bobina de joas tensiune;7- ji- grosimea izolaiei dintre bobina de joas tensiune i cea de nalt tensiune;- ii - grosimea izolaiei dintre bobinele de nalt tensiune;- jm distanta de izolaie dintre bobina de joas tensiune i jug;- im distanta de izolaie dintre bobina de nalt tensiune i jug.Avand in vedere puterea nominala a transformatorului spirele infasurarilor vor aveaformacirculara, motivpentrucarecoloanamagneticavafi realizatain trepte, astfel incat sectiuneacircularasaaibaunfactordeumplerecuFecat mai mare.Din acest motiv dimensiunea principala de la care incepe calculul trnsformatorului este diametrul cercului coloanei: [cm] ,4nS a D n care:- a - este uncoeficient avndvalori cuprinse ntre 4,2 i 4,8, valoarea lui depinznd de sortimentul de tabl electrotehnic folosit i de coeficientul de utilizare al seciuni circulare. n cazul unei utilizri mai bune a seciunii cercului coloanei se pot lua pentru coeficientul a valori mai mici din acest interval;- Sn - este puterea aparent nominal a transformatorului luat n kVA. In urma calculului se adopt o valoare ntreag, n milimetri, a si de preferin multiplu de cinci.Considernd valoarea coeficientului a egal cu 4,5 i avnd dat prin tem puterea aparent nominal de 125kVAse poate trece la calcularea diametrului coloanei, obinndu-se: 44125 4,5nS a D15,05cm = 150,5mmSe adopta D ca multiplu de 5 : D = 150mm

Dupadoptareadiametrului coloanei, avndnvederecmiezul feromagneticserealizeazdintole, sevaadoptanumrul detreptealemiezului coloanei. Numrul minimdetreptei numrul de coloanei de racire se adopt din tabel n funcie de puterea aparent nominal a transformatorului. Se poate adopta i un numr mai mare de trepte dect cel indicat dac aceasta reprezint o soluie mai economic pentru firma productoare.Pentru Sn=125kVA numrul minim de trepte este de 5 sau 6, iar numrul de canale de rcire este de 0 sau 1. Se va considera un numr minim de trepte egal cu 6, iar numarul de canale egal cu 0,( nu necesita racire).Fiecare canal longitudinal de rcire se ia lat de un centimetru.Limea tolelor (a1, a2,an), este recomandat funcie de diametrul coloanei, astfel: - pentru 5 trepte:- pentru 6 trepte: a1 = 0,950 Da1 = 0,960 D a2 = 0,847 Da2 = 0,885 D8 a3 = 0,707 Da3 = 0,775 D a4 = 0,532 Da4 = 0,631 D a5 = 0,312 Da5 = 0,465 Da6 = 0,280 D Fig.7 Numar de trepte de racire- pentru 6 trepte (cazul de fa):mm D amm D amm D amm D amm D amm D a42 42 150 280 , 0 280 , 070 75 , 69 150 465 , 0 465 , 095 65 , 94 150 631 , 0 631 , 0116 25 , 116 150 775 , 0 775 , 0133 75 , 132 150 885 , 0 885 , 0144 144 150 960 , 0 960 , 0654321 Se calculeaz orientativ valorile limii tolelor dup care se procedeaz la proiectarea,rnd pe rnd, a fiecrei trepte pornind de la prima treapt ctre ultima treapt. Dup determinarea valorii lui a1, rotunjit la numr ntreg (n milimetrii,la valoarea mai mica), se calculeaz valoarea lui b1, cu relaia: 2122121212 2a Da Db ,_

,_

( ) ( ) mm a D b 21 144 15021212 2 2121 Pentruadeterminanumrul detoleconinut deprimatreaptseface urmtorul calcul:

1]1

11bnn care reprezint grosimea tolelor, egal cu 0,35mm, dat prin tema proiectului.9

[ ] tolebn 60 6035 , 02111 1]1

1]1

Se definitiveaz valoarea lui b1 utiliznd relaia:

mm n b 21 35 , 0 601 1 Pentru calculul treptei a doua se utilizeaz relaia: ;212 2122212222b a D ba Db ,_

,_

1]1

22bniar apoi se face recalcularea lui b2: 2 2n bCa o regul general, pentru treapta k, se vor utiliza relaiile:

1]1

k kkii k kn b b a D b bn;21kk112 2Utiliznd relaiile de mai sus se trece la calculul treptelor, astfel:- pentru treapta a doua:

( ) ( ) mm b a D b 68 , 13 21 133 15021212 212222

[ ] tolebn 39 08 , 3935 , 068 , 1322 1]1

1]1

mm n b 65 , 13 35 , 0 392 2 - pentru treapta a treia:

( ) ( ) mm b b a D b 90 , 12 65 , 13 21 116 15021212 22 12323 [ ] tolebn 36 85 , 3635 , 090 , 1233 1]1

1]1

mm n b 6 , 12 35 , 0 363 3 10- pentru treapta a patra:( ) ( ) mm b b b a D b 79 , 10 6 , 12 65 , 13 21 95 15021212 23 2 12424

[ ] tolebn 30 83 , 3035 , 079 , 1044 1]1

1]1

mm n b 5 , 10 35 , 0 304 4 - pentru treapta a cincea: ( ) mm b b b b a D b 58 , 8 5 , 10 6 , 12 65 , 13 21 70 ) 150 (21212 24 3 2 12525 [ ] tolebn 24 51 , 2435 , 058 , 855 1]1

1]1

mm n b 4 , 8 35 , 0 245 5 - pentru treapta a asea: ( ) mmb b b b b a D b85 , 5 4 , 8 5 , 10 6 , 12 65 , 13 21 42 ) 150 (21

212 25 4 3 2 12626 [ ] tolebn 16 71 , 1635 , 085 , 566 1]1

1]1

mm n b 6 , 5 35 , 0 166 6 Calculam suprafaa geometric a seciunii coloanei: nkk k gb a S1225 , 16243 )] 6 , 5 42 ( ) 4 , 8 70 ( ) 5 , 10 95 ( ) 6 , 12 116 ( ) 65 , 13 133 ( ) 21 144 [( 2 mm + + + + + Aria seciunii ocupate de fierul coloanei va fi dat de relaia:Fe g FeK S S incareSgesteariaseciunii ocupatedetolei izolaiadintreele, iar KFeesteun coeficient ce ine seama de grosimea izolaiei dintre tole i ia valoarea de 0,95 pentru izolaia din carlit.11 Se determin factorul de umplere geometric al coloanei (fg) care reprezint fraci-unea din aria cercului coloanei ocupat de tole i izolaia dintre ele. Se considera o buna utilizare a sectiunii coloanei cand: fg > 0,9.Calculam factorul de umplere geometric: 919 , 041505 , 1624342 2 DSfgg

2 2015431325 , 0 325 , 15431 95 , 0 5 , 16243 m mm K S SFe g Fe

Factorul de umplere cu fier va fi dat de relaia:

873 , 04150325 , 1543142 2 DSfFeFe Pentru determinarea tensiunii pe spir este necesar s se adopte valoarea inducieimagneticen coloana transformatorului.Se adopt din tabele in funcie de puterea aparent nominal a transformatorului, de sortimentul de tabl utilizat i de modul de rcire al transformatorului. Oinduciede valoareprea mic duce la risip de materiali o cretere excesiv, nejustificatapreului transformatorului, iar oinduciedevaloaremare conduce la nclzirea transformatorului i a curenilor de funcionare n gol.Pentru tabl laminat la cald i puterea transformatorului cuprins ntre 50 i 250kVA, pentru tipul de rcire natural n ulei, se recomand o inducie( Bc), n coloan (la o frecvent de 50Hz) de 1,55......1,65T.Bc = 1,6 T: 02469012 , 0 015431325 , 0 6 , 1 Fe cS BWbSe determina expresia tensiunii pe spir care este:spira V f uew/ 48 , 5 02469012 , 0 50 2 14 , 3 2 4. Calculul de dimensionare al nfurrilor

4.1. Numrul de spire al nfurrilor12Calculul numrului de spire ncepe, de obicei, de la nfurarea de joas tensiune care are un numr mai mic de spire i influeneaz mai semnificativ raportul de transformare.Numrul de spire al nfurrii de joas tensiune este, pentru transformatoarele ce au conexiunea stea sau triunghi, dat de relaia:

ewfuUW22 unde uew este tensiunea pe spir.Dac nfurarea de joas tensiune este conectat n zig-zag:

ewfuUW2232 Valoarea obinut se rotunjete la numr ntreg pentru conexiunea stea i triunghi i la numr ntreg i par pentru conexiunea zigzag cu bobine egale. Rotunjirea aplicat numrului de spire are drept urmare necesitatea recalculrii tensiunii pe spir, fluxului magnetic i induciei n coloan.Calculul pentru conexiunea stea, pentru infasurarea de joasa tensiune,data prin tema si valorile rezultate din calcule:

85 , 6348 , 5 3303 22 W.Aleg W2=66 spire.

VWUufew30 , 566303323222

02386 , 050 230 , 52 fuewc Wb 55 , 1015431325 , 002386 , 0 FeccSBTDup definitivarea acestor calcule se trece la dimensionarea nfurrii de nalt tensiune. Dac aceasta este conectat n stea sau triunghi, numrul de spire al nfurrii de nalt tensiune va fi: 23212 1 ffUUW WCalculul pentruconexiunea stea data prin tema si valorile rezultate din calcule:13 44 , 1088233035770661 W . Aleg W1=1088 spireValoarea abinut se rotunjete la numr ntreg. Rotunjirea la numr ntreg a numrului de spire W1va avea ca urmare oanumit abatere a raportului de transformare fa de cel impus prin tem. n consecin n acest moment al proiectrii se va verifica faptul c raportul de transformare are o abatere de maxim 0,5% din cel impus prin tem, astfel pentru conexiunile careau zigzag n componena lor, abaterea raportului de transformare se calculeaz astfel:

10032212121 fffftrUUWWUU 1003035770326610883035770 tr= 0,041 [%] 5 , 0 tr%4.2. Seciunea conductoarelor nfurrilorCalculul seciunii cilor de curent se face pornind de la valorile intensitilor curenilor electrici pe faz i de la densitile de curent recomandate.Pentruconductoareledenalttensiuneseciuneaconductoarelor, notat cu S1 va fi: 2111mmJISfCuiar pentru joas tensiune:

2222mmJISfCuundeJ1i J2sunt densitiledecurent careseadoptfunciedeputereaaparent nominal a transformatorului si functie de tipul de racire.Daca conductorul infasurarii estedincuprui cuputereanominalacuprinsentre75-160kVA,serecomandaca densitatea de curent J, s aiba valori cuprinse intre 2,73,3A/mm2. Avnd n vedere c nfurarea interioar se rcete mai greu dect nfurarea exterioar, din motive de nclzire se recomand ca densitatea de curent pentru nfurarea interioar s fiemai micdectdensitatea decurent pentru nfurarea exterioar i astfel se alege pentru cazul de fa o valoare a densitii de curent J1=3 A/mm2 i J2=2,7 A/mm2.

211141 , 2322 , 7mmJISfCu