РАСЧЕТ ОБМОТОК ННРасчет обмоток трансформатора, как правило, начинают с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. В трехобмоточном трансформаторе расчет обмоток начинают с внутренней обмотки НН или СН, а затем постепенно переходят к СН или НН и ВН. Число витков на одну фазу обмотки НН ω1 = Uф1/(4,44fBсПс). (6.1) Полученное значение ω1 округляется до ближайшего целого числа и может быть как четным, так и нечетным. Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток стержней найденное по (6.1) значение ω1 является также числом витков на один стержень. Для однофазного трансформатора с последовательным соединением обмоток стержней число витков на один стержень, как правило, равно половине найденного значения ω1. После округления числа витков следует найти напряжение одного витка, В, ив = Uф1/ω1 (6.2) и действительную индукцию в стержне, Тл, Вс= ив/(4,44fПс). (6.3)
Рис. 6.1. Двухслойная цилиндрическая обмотка из провода прямоугольного сечения Дальнейший расчет для каждого типа обмоток НН производится своим особым путем. 1. Расчет двухслойных и однослойных цилиндрических обмоток из прямоугольного провода. Число слоев обмотки (рис.6.1) выбирается обычно равным двум. Для трансформаторов мощностью на один стержень до 6—10 кВ·А обмотка может быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных трансформаторов — в три слоя. Число витков в одном слое: для однослойной обмотки ωсл1 = ω1; (6.4) для двухслойной обмотки ωсл1 = ω1/2. (6.4а) Ориентировочный осевой размер витка, м, hв1=l1/(ωсл1+1) (6.5) Ориентировочное сечение витка, мм2, П'1 = I1/(Jср·10-6) (6.6) где Jср — предварительное значение по (5.4) или (5.5). К. полученным значениям П1' и hв1 по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.2 или 5.3) подбираются подходящие провода с соблюдением следующих правил:
Подобранные размеры провода, мм, записываются так: Число параллельных проводов × или nв1× Полное сечение витка из nв1 параллельных проводов, м2, определяется по формуле П1= nв1 П1''·10-6, (67) где П1'' — сечение одного провода, мм2. Полученная плотность тока, А/м2, J1 = I1/П1. (6.8) Осевой размер витка, м, определяется по рис. 6.2 hв1= nв1b'·10-3. Осевой размер обмотки, м, l1= hв1 (ωсл1+1)+ (0,005 - 0,015). (6.9) Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.2 и6.3),м: однослойной а1 = а'·10-3; (6.10) двухслойной а1 = (2а'+ а11)·10-3. (6.11) Радиальный размер канала а11 при U1≤1 кВ выбирается по условиям изоляции не менее 4 мм и проверяется по условиям отвода тепла по табл. 9.2. Если действительный радиальный размер провода а равен или меньше половины предельного размера, найденного по предельному значению q (см. выше), то канал между слоями может быть заменен жесткой междуслойной изоляцией — двумя слоями электроизоляционного картона по 0,5 мм. В этом случае в (6.11) вместо размера канала подставляется толщина междуслойной изоляции 1 мм.
Рис.6.2 Определение высоты витка
Рис.6.3 К определению радиальных размеров обмотки В сухих трансформаторах ширину воздушного канала между двумя слоями обмотки следует принимать по табл. 9.2б. При напряжениях более высоких, чем 1 кВ, цилиндрическая обмотка применяется редко. Междуслойная изоляция при этом определяется согласно § 4.5. Внутренний диаметр обмотки, м, D'1=d + 2а01·10-3. (6.12) Наружный диаметр обмотки, м, D''1= D1' + 2а1. (6.13) Ширина а01 канала между обмоткой НН и стержнем определяется из условий изоляции обмотки и способа прессовки стержня согласно § 4.5 и 4.6. Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН, м2, для всего трансформатора в этом случае П01=ck3π(D1'+ D1'')ll. (6.14) Двухслойная обмотка с каналом между слоями шириной не менее, чем указано в табл. 9.2, имеет четыре охлаждаемые поверхности П01=2ck3π(D1'+ D1'')ll. (6.15) где с — число активных (несущих обмотки) стержней. Коэффициент kз учитывает закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями. При предварительном расчете может быть принято k3=0,75. После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки q1=Pоснkд1/ П01 (6.16) или по (7.17) или (7.17а). Полученное значение q во избежание чрезмерного повышения температуры обмотки необходимо выдерживать в пределах, указанных в § 5.7. Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода для стороны НН может быть намотана и в три-четыре слоя. Расчет такой обмотки проводится также по (6.1) — (6.16) с учетом действительного числа слоев и внесения соответствующих поправок в (6.4), (6.11) и (6.15). 2. Расчет винтовой обмотки (рис. 6.4). Выбор одноходовой или двухходовой (многоходовой) обмотки зависит от осевого размера (высоты) одного витка, м, ориентировочно определяемого по формулам: для одноходовой обмотки hв1≈ l1/(ω1 + 4) – hк1; (6.17) для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией hв1≈ l1/(ω1 + 1) – hк1; (6.18)
Рис. 6.4. Одноходовая винтовая параллельная обмотка с тремя транспозициями где hк1 — осевой размер масляного охлаждающего канала между витками. Ориентировочно значение hк1 может быть принято равным hк1 ≈0,1a1, но не менее 0,004м (4 мм), где a1 — радиальный размер обмотки НН, приближенно определенный по (3.71). Максимальный возможный осевой размер витка одноходовой обмотки равен максимальному размеру обмоточного провода в изоляции, т.е. не может превышать 16,5мм для медного и 18,5мм для алюминиевого провода. Поэтому при получении по (6.17) hв1≤0,0165м (16,5мм) для медного провода и hв1 ≤O,0185м (18,5мм) для алюминиевого следует применять одноходовую обмотку. При получении по этой формуле 0,035- 0,045≥hв1≥0,0155-0,0185м (т.е. 35-45≥hв1≥15,5-18,5мм) по аналогичным соображениям может быть применена двухходовая обмотка. Более точное определение hв1 в этом случае дает формула (6.18). В сравнительно редких случаях, например для трехфазного трансформатора мощностью 1600 кВ·А при напряжении НН 400 В и токе обмотки фазы НН 2309 А, может быть применена четырехходовая обмотка. Ориентировочное сечение витка П1 находится по (6.6). После определения числа ходов обмотки следует проверить полученный осевой размер витка hв1 по допустимой плотности теплового потока на поверхности обмотки q по (5.6) или (5.7) или графикам рис. 5.34. Если найденный осевой размер витка hв1 составляет не более половины b, найденного по этим формулам или графикам, то в одноходовой обмотке можно сделать радиальные каналы через два витка. В двухходовой обмотке масляный канал между двумя группами проводов витка можно заменить прокладкой с толщиной 2×0,5 мм, если hв1 - hк1≤b. В том случае, когда плотность тока в медном проводе обмотки не превышает 2,2·106 - 2,5·106 А/м2 и в алюминиевом 1,4·106 - 1,8·106 А/м2, возможно применение винтовой обмотки без радиальных каналов с плотным прилеганием витков. Высота одного витка такой обмотки может быть найдена по (6.17) или (6.18) при hк1=0. Если по (6.17) hв1≤0,0155 м (15,5 мм) для медного или hв1≤0,0185 м (18,5 мм) для алюминиевого провода, то возможна одноходовая обмотка. При получении по (6.18) 0,0314 - 0,0375≥hв1≥0,0155 - 0,0185 м (31 - 37≥hв1≥15,5 - 18,5 мм) следует принять двухходовую конструкцию. Возможность применения этой обмотки определяется по § 5.7. По (5.6) или (5.7) находится общий предельный радиальный размер металла проводов b при q=1200 - 1400 Вт/м2 и kз=0,8. Число и радиальные размеры проводов витка (половины витка в двухходовой обмотке) должны быть выбраны так, чтобы сумма их радиальных размеров не была больше b·103, мм, а радиальный размер каждого провода, мм, не превосходил значение, найденное по табл. 5.9 при выбранном числе проводов и принятом уровне добавочных потерь. В этом случае, когда радиальный размер одноходовой обмотки без радиальных каналов оказывается существенно больше размера b, найденного по допустимому q, возможно применение двухходовой двухслойной винтовой обмотки с последовательным соединением слоев и осевым масляным каналом между слоями шириной около 0,01l. При относительно большом числе витков возможно также применение одноходовой двухслойной обмотки. После окончательного выбора конструкции обмотки к полученным ориентировочным значениям П1'·10-6 и hв1×10-3 по сортаменту обмоточного провода (табл. 5.2 и 5.3) подбираются подходящие сечения провода с соблюдением следующих требований: минимальное число параллельных проводов в одноходовой обмотке четыре, в двухходовой — восемь; все параллельные провода имеют одинаковые размеры и площадь поперечного сечения; в обмотке с радиальными каналами больший размер провода не выходит за предельный размер, найденный по (5.6) или (5.7) или по графикам рис.5.38 по предельно допустимому значению q; в обмотке без радиальных каналов радиальный размер и число проводов в радиальном направлении выбраны с учетом допустимого значения q и допустимого уровня добавочных потерь; расчетная высота обмотки при выбранных размерах проводов и радиальных каналов равна предварительно рассчитанному значению. Подобранные размеры проводов, мм, записываются так: Число параллельных проводов × или nв1× Полное сечение витка, м2, П1 = nв1 П1''·10-6, (6.19) где П1''—сечение одного провода, мм2, по табл. 5.2 и 5.3. Плотность тока, А/м2, J = I1/ П1. (6.20) Осевой размер витка hв1 и радиальный размер обмотки для одно- и двухходовой обмоток определяются по рис. 6.5.
Рис. 6.5. Определение осевого размера витка и радиального размера для винтовой обмотки Осевой размер (высота) обмотки, спрессованной после сушки трансформатора, l1, м, определяется по следующим формулам: для одноходовой обмотки (рис. 6.5, а) с тремя транспозициями l1 = b'·10-3(ω1 + 4) + khк(ω1 + 3)·10-3; (6.21) для одноходовой обмотки с каналами через два витка (рис. 6.5,б) и с тремя транспозициями l1 = b'·10-3(ω1 + 4) + k[hк( Где δ — толщина прокладки между сдвоенными витками, обычно равна 1—1,5 мм; для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией по рис. 6.5, в l1 = 2b'·10-3(ω1 + 1) + khк(2ω1 + 1)·10-3; (6.23) для двухходовой обмотки без канала между двумя группами проводов по рис. 6.5, г l1 = b'·10-3(ω1 + 1) + k[hкω1 + δ(ω1 + 1)·10-3]. (6.24) Коэффициент k в (6.21) — (6.24) учитывает усадку междукатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки и может быть принят 0,94—0,96. Осевой размер обмотки без радиальных каналов, одноходовой и двухходовой, может быть найден по формуле (6.21) или (6.23) при hк = 0. Радиальный размер обмотки а1', мм, определяется по рис. 6.5. Внутренний диаметр обмотки, м, D'1 = d + 2a01·10-3 (6.25) где a01 мм, по табл. 4.4. Наружный диаметр обмотки, м, D''1= D'1 + 2а'1·10-3. (6.26) Ширина a01 канала между обмоткой НН и стержнем определяется из условий изоляции обмотки и способа прессовки стержня согласно § 4.5 и 4.6. После определения потерь короткого замыкания (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока на поверхности обмотки q по (7.19) — (7.19в) для обмотки с радиальными каналами или по (7.17) или (7.17а) для обмотки без радиальных каналов и сравнить полученное q с допустимыми значениями. Расположение транспозиций по длине обмотки определяется числом витков, которые следует отсчитать при ее намотке от начала до середины каждой транспозиции. В обмотке с сосредоточенной транспозицией групповые транспозиции размещаются на 1/4ω1 и 3/4ω1 от начала обмотки, общая транспозиция располагается на 2/4ω1. В двухходовых обмотках с равномерно распределенной транспозицией общее число транспозиций принимается равным числу параллельных проводов nв1 или 2nв1. Первая транспозиция располагается соответственно на расстоянии ω1/(2nв1) или ω1/4nв1 витков от начала намотки, а все последующие на интервалах ω1/nв1 или ω1/(2nв1) витков между соседними транспозициями. Интервалы, на которых располагаются транспозиции, могут быть выражены целым числом витков, простой или смешанной дробью. Для удобства отсчета интервалов в процессе намотки обмотки знаменателем дроби должно быть число реек по окружности обмотки. Транспозиции в винтовой обмотке без радиальных каналов рассчитываются так же, как и в обмотке с каналами. В одноходовой двухслойной обмотке не менее трех транспозиций должны быть сделаны в каждом слое.
|
,
.
+ 2) + δ 
