ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА. РАСЧЕТ ОБМОТОКТрансформатор ТМ-1600/35. Вариант IM— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.) Расчет обмотки НН (по § 6.1). Число витков обмотки НН ω1 = UФ1/uв = 399/17,18=23,22. Принимаем ω1 = 24 витка. Напряжение одного витка uв = 399/24 = 16,63 В. Средняя плотность тока в обмотках по (5.4) Jср = 0,746kд Сечение витка ориентировочно П'в ≈ 1339/(3,48·106) = 384,8·10-6 м2 = 384,8 мм2. По табл. 5.8 по мощности 1600 кВ·А, току на один стержень 1339 А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 384,8 мм2 выбираем конструкцию винтовой обмотки. Размер радиального канала предварительно h=5 мм. Согласно §5.1 число реек по окружности обмотки 12, ширина междувитковых прокладок bпр = 40 мм. Ориентировочный осевой размер витка hв1 = l/(ω1 + 4)- hк = 0,635/(24 + 4) -0,05 = 0,0177 м = 17,7 мм. Ввиду того что hв1 > 15 мм и по графикам рис. 5.38, а при максимальном размере медного провода b=15 мм и плотности тока J = 3,50 МА/м2 плотность теплового потока q = 2000 Вт/м2, что при естественном масляном охлаждении не допускается, выбираем двухходовую винтовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией. По полученным ориентировочным значениям П1 и hв1 по табл. 5.2 подбираем сечение витка из двенадцати параллельных проводов ПБ 12× Для частичной компенсации разрыва в обмотке ВН при регулировании напряжения размешаем в середине высоты обмотки НН шесть радиальных каналов по 10 мм. Полное сечение витка П1 = 12·32,9 = 394,7 мм2 = 394,7·10-6 м2. Плотность тока J1 = 1339·106/394,7 = 3,39 МА/м2.
Рис. 6.13. Сечение витка обмотки НН из медного провода (вариант IМ) По графикам рис. 5.34, а находим для J = 3,4 МА/м2 и b = 7,5 мм q = 900 Вт/м2. Высота обмотки l1 = (24 + 1)·2·8·10-3 + [(24·2 + 1 - 6)·5+ 10·6] × 0,95·10-3 = 0,661 м ≈ 0,660 м. Радиальный размер обмотки a1 = 6,5·10-3 = 0,030 м. По табл. 4.4 для Uисп = 5 кВ, S = 1600 кВ·А и винтовой обмотки находим а01 = 15 мм, обмотка наматывается на 12 рейках на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами Ǿ Внутренний диаметр обмотки D'1 = d+2a01 = 0,260+ 2·0,015 = 0,290 м. Внешний диаметр обмотки D''1 = D'1 + 2a0l = 0,290 + 2·0,030 = 0,350 м. Плотность теплового потока на поверхности обмотки по (7.19) В обмотке предусматривается равномерно распределенная транспозиция параллельных проводов—12 транспозиций по принципиальной схеме рис. 5.29. Первая транспозиция после первого витка, 11 последующих с шагом в два витка, т. е. после третьего, пятого витка и т. д. Масса металла обмотки по (7.6) G01 = 28·103сDсрω1П1 = 28·103·3×0,32·24·394,7·10-6 = 254,6 кг. Масса провода по табл. 5.5 Gnpl = 1,02·254,6 = 259,7 кг.
Рис. 6.14. Схема регулирования напряжения ВН (вариант IМ, обмотка из медного провода) Расчет обмотки ВН ( по § 6.3). Выбираем схему регулирования по рис. 6.14 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 26,4 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее 10/ Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:
Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении ωн2 = Uф2/uп = 20207/16,63 = 1215 витков. Число витков на одной ступени регулирования ωр=875/ ( Для пяти ступеней:
Ориентировочная плотность тока J ≈ 2·3,48·106 - 3,39·106 = 3,57 МА/м2. Ориентировочное сечение вятка П'2 ≈ 26,4/(3,57·106) = 7,39·10-6 м2 = 7,39 мм2. По табл. 5.8 выбираем непрерывную катушечную обмотку из медного прямоугольного провода (S = 1600 кВ·А; I2=26,4 A; U2=35000 В; П'2 =7,39 мм2). По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 5.2) выбираем провод марки ПБ ПБ - 1× В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод того же размера с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм, с размерами провода в изоляции 2,90×7,10 мм (см. табл. 4.10). Плотность тока в обмотке J2 = 26,4/(7,625·10-6) = 3,46 МА/м2. При J2 = 3,46 МА/м2 и b = 5,6 мм по графикам рис. 5.34, а находим q ≈ 800 Вт/м2. Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4,5 мм между всеми катушками. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10). Схема регулирования напряжения — по рис. 6.14, канал в месте разрыва обмотки hкр=12 мм (см. табл. 4.9). Осевой размер катушки 6,1 мм. Число катушек на стержне ориентировочно по (6.63) nкат ≈ l·103/(b' + h'к) ≈ 0,635/(6,1 + 4) = 62,9 ≈ 62 катушки. Число витков в катушке ориентировочно ωкат ≈ 1277/62 = 20,6, и радиальный размер а'2 =1,90·21 = 39,9 ≈ 40 мм.
Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 6.15, а. Данные катушек приведены в табл. 6.1, Осевой размер обмотки l = Σhкат + Σhкан = [6,1·58 + 7,1·4 + 0,95(12,1 + 7,5·56)] ×10-3 = 0,661,l м ≈ 0,660 м. По испытательному напряжению Uисп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.5 находим:
Согласно § 4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках наматывается обмотка, диаметром 0,370/0,380×0,770 м. Таблица 6.1. Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТМ-1 600/35. Вариант IМ — медные обмотки
————— * В катушку Д вмотать полоску картона до радиального размера 40 мм Примечание. kиз – учитывает увеличение массы провода за счет массы изоляции Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 6.15,б. Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушки Г по (7.19) Масса металла обмотки ВН по табл. 6.1 G02=364,8 кг. Масса провода в обмотке ВН с изоляцией G пр2 = 376,9 кг.
Рис. 6.15. Обмотки трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант IМ: а – расположение катушек и радиальных каналов; б – основные размеры обмоток Масса металла (меди) двух обмоток G0 = 254,6 +364,8 = 619,4 кг. Масса провода двух обмоток Gnp = 259,7 + 376,9 = 636,6 кг. Трансформатор ТМ-1600/35. Вариант IIа — алюминиевые обмотки (продолжение примера расчета § 3.6) Расчет обмотки НН (по § 6.1). Число витков ω1 = 399/(15·89) = 25,11. В предварительном расчете (см. § 3.6) потери холостого хода Рх для выбранного варианта диаметра d=0,250 м оказались выше заданного значения (3650 вместо 3100 Вт). Для уменьшения Рк принимаем число витков ω1 = 26, что приведет к некоторому снижению расчетной индукции Вc и уменьшению потерь холостого хода за счет некоторого увеличения массы металла обмоток, С этой же целью уменьшим высоту обмоток с 0,8997 до 0,860 м и соответственно длину и массу стали стержня. Напряжение одного витка ив=399/26 =15,35 В. Средняя плотность тока по (3.49 а) J = 0,463·0,91 Сечение витка ориентировочно П'в = 1339/(1,96·106) = 683,2· 10-6 м2. По сечению витка и плотности тока согласно § 5.3 выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из алюминиевой ленты с высотой витка (ширина ленты), равной высоте обмотки, l=0,86 м и толщиной δ = 683,2·10-6/0,86 = 794,4·10-6 м = 0,794 мм. В соответствии с этим выбираем алюминиевую ленту марки А6 по ГОСТ 13726-78 с шириной 860 и толщиной 0,8 мм (0,86×0,0008 м). Сечение витка П в1 = 0,86·0,0008 = 0,000688 м2. Плотность тока J = 1339/0,000688= 1,946 МА/м2. Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода (5.7) b ≤ qkз/(1,72J2·10-8), принимаем q = 1200 Вт/м2 и kз = 0,8; b = 1200·0,8/(1,72·1,9462·1012·10-8) = 147,4·10-4 м = 14,7 мм. В этот предельный размер можно уложить не более 14,7/0,8, т. е. не более 18, витков обмотки НН. Поэтому обмотку НН делим на две катушки — внутреннюю А из 13 витков и наружную Б из 13 витков. Междувитковая изоляция — кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436-83 в один слой. Между катушками осевой охлаждающий канал шириной а11 = 0,01 l = 0,01·0,86 ≈ 0,009 м. Радиальные размеры катушек А:а'1 = (13·0,8+ 12·0,12)·10-3 = 11,84·10-3 ≈ 0,012 м; Б:а''1 = (13·0,8+ 12·0,12)·10-3 = 11,84·10-3 ≈ 0,012 м. Радиальный размер обмотки НН а1 = 0,012 + 0,009 + 0,012 = 0,033 м. Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами (см. табл. 4.4, 4.5 и § 4.3) Ǿ Диаметры обмотки: внутренний D'1 = 0,250 + 2·0,015 = 0,280 м; внешний D''1 = 0,280+ 2·0,033 = 0,346 м. Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушек А и Б при а/а' = 1,0; /kз = 0,8 и kд=1,05. Масса металла обмотки G01 = 3·26·0,86·0,0008·2700 = 144,9 кг. Расчет обмотки ВН (по § 5.3 и 6.3). Схема регулирования напряжения в нейтрали по рис. 6.6,б. Расположение регулировочных витков и схема переключателя по рис. 6.16. Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении ω2 = 26·20207/399 = 1316. Число витков на одной ступени регулирования ωР = 875/( Для четырех ступеней регулирования имеем:
Ориентировочная плотность тока J ≈ (2·1,96 - 3,39)·106 = 1,974·106 А/м2. Ориентировочное сечение витка П'в ≈ 26,4/(1,974·106) = 0,00001337 м2 = 13,37 мм2. В соответствии с ранее принятым решением рассчитываем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ по ГОСТ 16512-80. Выбираем провод АПБ 1×
Рис. 6.16. Обмотка ВН трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант IIА: а – расположение витков в наружном слое обмотки и схема вывода ответвлений; б – схема переключателя ответвлений Плотность тока J = 26,4/(13,45·10-6) = 1,963·106 МА/м2. Общий суммарный радиальный размер алюминиевых проводов по (5.7), принимая q2 = 1200 Вт/м2 и kз = 0,8, b2 = 1200·0,87(1,72·1,96З2 ·10-12·10-8) = 144,8·10-4 м=14,5 мм. Число витков в слое ωсл = 0,86/0,0055 - 1 = 156,3 - 1 = 155 витков. Обмотка ВН наматывается в девять слоев. Семь слоев по 155×7 = 1085 витков, восьмой слой —145 витков и девятый —152 витка. Всего 1382 витка. Общий суммарный радиальный размер металла b = 2,8·9=25,2 мм = 0,0252 м больше допустимого размера 0,0145 мм. Поэтому обмотку разделяем на две концентрические катушки — внутреннюю В в четыре слоя и наружную Г в пять слоев. Между катушками осевой охлаждающий канал шириной 9 мм (0,009 м). При девяти слоях алюминиевого провода с радиальным размером 2,8 мм добавочные потери в обмотке составят менее 5 % (см. табл. 5.9). Под внутренним слоем обмотки располагается электростатический экран — алюминиевый незамкнутый цилиндр толщиной 0,5 мм, соединенный электрически с линейным концом обмотки А (на других фазах с В и С). Схема вывода ответвлений дана на рис. 6.16, строение обмоток — на рис. 6.17. Напряжение двух слоев обмотки Uмсл = 2·155·15,35 = 4759 В. Междуслойная изоляция по табл. 4.7 — кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436-83Е, восемь слоев, выступ изоляции 22 мм с каждого конца обмотки. С торцов каждого слоя вверху и внизу укрепляются бумажно-бакелитовые цилиндрические кольца толщиной 3 мм. Радиальный размер обмотки без экрана по (6.55) а2 = (3,3·9 + 8·8·0,12+ 9) ·10-3 = 0,04638 ≈ 0,0465 м. Радиальный размер с экраном а2экр = (46,5 + 3) ·10-3 = 0,0495 м. Диаметры обмотки: внутренний до экрана D'2 = 0,346 + 2·0,027 = 0,400 м; внутренний до слоя проводов D'20 = 0,400 + 2·0,003 = 0,406 м; внешний D''2 = 0,406 + 2·0,0465 = 0,499 м. Расстояние между осями стержней С = 0,499 + 0,030 = 0,529 ≈ 0,530 м. При испытательном напряжении обмотки ВН Uисп = 85 кВ по табл. 4.5 находим: а'12 = 30 мм; δ'12 = 5,0 мм; lп2 = 55 мм; а'22 = 30 мм; δ'22 = 3,0 мм; l02 = 75 мм. Согласно § 4.3 и табл. 4.5 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра между обмотками ВН и НН Ǿ Масса металла обмотки по (7.7) G02 = Масса провода (см. табл. 5.5) Gпр= 1,025·1,033·213,7 = 226,3 кг.
Рис. 6.17. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант IIА. Основные размеры обмоток трансформатора. Масса металла двух обмоток G0=144,9 + 213,7= 358,6 кг. Поверхность охлаждения обмотки по (6.61) Похл=3·0,8·4π·0,4525·0,86=11,736 м2. После намотки и сушки обмотку спрессовать осевой силой 25000 Н.
|
104 = 0,746·0,91 
104 = 3,48 МА/м2
, разделенных на две группы по шесть проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками (рис. 6.13).
× 0,770 м.
% U2, т. е. 2020 В; испытательное 2·10/ 
сечением П2 = 7,625·10-6 м2.
104 = 1,96 МА/м2
× 0,96 м.
·15,35) =32,9 ≈ 33.
сечением 13,45 мм2. Сечение витка Пв2 = 13,45·10-6 м2.
× 0,97 м.
