1.3 Расчёт обмоток вн

При выборе типа обмотки ВН необходимо обязательно учитывать удобство выполнения ответвлений для регулирования напряжения. В диапазоне мощностей задания при многослойных цилиндрических обмотках используются схемы рисунка 1.2.

Рисунок - 1.2 Схемы выполнения ответвлений в обмотках ВН

Намотка регулировочных витков производится тем же проводом и с тем же направлением намотки, что и основных витков обмотки. В цилиндрических обмотках регулировочные витки располагаются в наружном слое обмоток. С целью снижения механических сил, возникающих в обмотках при коротком замыкании, отключаемые витки должны располагаться симметрично относительно середины высоты обмотки. Схема рисунка 1.2а не обеспечивает этого требования, и поэтому её использование ограничивается трансформаторами мощностью до 160 кВ∙А. Схема рисунка 1.2б применима для трансформаторов мощностью от 250 кВ∙А. При схемах соединений обмоток в треугольник использование схем рисунков 1.2а и 1.2б усложняется из-за необходимости использовать сложный переключатель ответвлений. Поэтому предпочтительной является схема рисунка 1.2в с расположением регулировочных витков в середине обмоток ВН.

Обмотка ВН располагается по отношению к стержню после обмотки НН. Поэтому обмотку ВН считают второй и все параметры этой обмотки и её элементов обозначают индексом «2»: ; и т.д.

Порядок расчёта:

1. Определяется число витков, необходимое для получения номинального напряжения

.=33*10/0,23=1434 витков

2. Рассчитывается число витков на одной ступени регулирования напряжения: при соединении фазных обмоток ВН в звезду

;

при соединении фазных обмоток ВН в треугольник

,=250/7,05=36 витков

где – напряжение на одной ступени регулирования (разность напряжений двух соседних ответвлений). Если ступень регулирования составляет 2,5%, то .=2,5*10000/100=250 В

3. Определяются числа витков обмотки на ответвлениях:

на верхних ступенях регулирования	;=1434+2*36= =1506 ; =1434+36= =1470
на основной ступени напряжения	;=1434
на нижних ступенях регулирования	;=1434-36=1398 .=1434-2*36=1362

4. Ориентировочная плотность тока, МА/м²

.=2*1,36-1,35=1,37 МА/м²

(среднюю плотность тока и плотность тока обмотки НН определили в п.1.2, часть 2)

5. Ориентировочное сечение витка, м² (мм²)

;=19,1*10^-6/1,37=14*10^-6 м²=(14 мм²).

умножением полученного результата на 10⁶ перевести в мм² и записать это значение в скобках.

1.3.1 Расчёт цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного провода

Продолжается в следующем порядке:

5. По выбирается из приложения Б провод марки АПБ сечением с толщиной изоляции на обе стороны мм и записывается его обозначение по форме, приведённой в п. 1.2.1.

Таким образом, =

7. Плотность тока (уточнённое значение), МА/м²

=19,1*10^-6/14,6=1,31 МА/м²

8. Осевой размер обмотки, м

_.

9. Осевой размер витка , число витков в слое определяются по формулам п.1.2.1.

Осевой размер витка, м

= =0,008 м

где - осевой размер провода с изоляцией; при намотке на ребро заменить на .

Число витков обмотки в одном слое

= =68,4=68 витков

где - расчетная высота обмотки ВН;

м – увеличение осевого размера из-за неплотности намотки.

10. Необходимое число слоёв в обмотке

,=1506/68=23

где – число витков обмотки на верхней ступени регулирования: ; округляется до ближайшего большего числа.

11. Рабочее напряжение двух слоёв

_.=2*68*7,05=958,8 В

По из таблицы 1.4 выбирается число слоёв и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.

Таблица 1.4 - Нормальная междуслойная изоляция в многослойных

цилиндрических обмотках

Суммарное рабочее напряжение двух слоёв обмотки, В	Число слоёв кабельной бумаги на толщину листов, мм	Выступ межслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону), мм
До 1000 от 1001 до 2000 от 2001 до 3000 от 3001 до 4000	2 0,12 3 0,12 4 0,12 5 0,12	10 16 16 16

Примечание - Данные таблицы использовать для трансформаторов мощностью до 630 кВ∙А включительно. При мощности от 1000 кВ∙А межслойную изоляцию принимать по таблице 1.4, но не менее мм, а выступ изоляции не менее 20 мм.

12. Общий радиальный размер металла в обмотке ВН, м

=2*23*10^-3=0,046 м=46 мм

где – радиальный размер провода без изоляции.

13. Допустимый по плотности теплового потока радиальный размер металла обмотки, м

,=0,75*900/(1,72*1,31*1,31*10^-8)=0,023 м=23 мм

где – допустимое значение плотности теплового потока на поверхности; для цилиндрической обмотки из алюминиевого провода Вт/м².

Если , то обмотку необходимо разделить на концентрические катушки так, чтобы радиальный размер каждой из катушек был меньше или равным . Между катушками устраиваются охлаждающие осевые масляные каналы, ширина которых по условиям охлаждения выбирается по таблице 1.3. Этот размер нужно проверить по уровню изоляции: при суммарном напряжении двух слоёв кВ достаточную межслойную изоляцию обеспечит канал шириной не менее 4 мм, при кВ – масляный канал шириной 6-8 мм и два слоя из картона толщиной 1 мм.

Т.к. , то обмотку дели на две концентрические катушки, радиальный размер катушек 23 мм каждая, между катушками выполнен охлаждающий осевой масляный канал шириной =4 мм.

14. Определяются числа слоёв обмотки в каждой катушке. При их неравенстве большее число слоёв должны иметь наружные катушки.

Поскольку общее число слоев обмотки составляет 23, в первой катушке устраиваем 11 слоев, во второй 12 слоев.

15. По таблице 1.5 оценивается размер добавочных потерь в обмотке.

Таблица 1.5 - Предельные радиальные размеры провода , мм,

цилиндрических обмоток из алюминиевого провода прямоугольного сечения создающие добавочные потери до 5, 10, 15 и 20%

Принимаем величину добавочных потерь в размере 5% от номинальных.

Число слоёв обмотки	Добавочные потери до
	5%	10%	15%	20%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	11,8 8,0 6,7 5,6 5,0 4,75 4,5 4,0 3,75 3,75	13,2 10,0 8,0 6,7 6,0 5,6 5,0 4,75 4,5 4,5	15,0 10,6 8,5 7,5 6,7 6,0 5,6 5,6 5,0 5,0	16,0 11,8 9,5 8,0 7,5 6,7 6,0 5,6 5,6 5,6

16. Радиальный размер обмотки, м

,=(2,5*23+0,24(23-1)+4*1)*10^-3=67мм

где – толщина междуслойной изоляции по табл. 1.4;

– принятая ширина охлаждающего канала.

17. Внутренний диаметр обмотки, м

,=0,25+2*0,009=0,259 м=259 мм

где – размер осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра; выбирается по обмотки ВН по [5, таблица 2.8].

18. Наружный диаметр обмотки

.=259+2*67=393 мм=0,393 м

19. Полная поверхность охлаждения обмоток ВН всего трансформатора:

обмотки выполнены с одним или более охлаждающим каналом

.=2*1*3*0,75*3,14*(0,259+0,393)*0,56=5,2 м²

20. Масса металла обмотки

.=8,47*10³*3*(0,259+0,393)*1506*14,6*10^-6=364 кг.

2. Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого

провода

Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения показана на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 - Многослойная цилиндрическая обмотка из провода

круглого сечения

После выполнения п.1 – п.5, общих для расчета обмотки ВН, эта обмотка далее рассчитывается в следующей последовательности:

6. По ориентировочному сечению витка и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (приложение А) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода.

Выбранные размеры провода записываются так:

марка провода ,

где – число параллельных проводов;

– диаметр провода без изоляции;

– диаметр изолированного провода:

;

– размер двухсторонней изоляции; для провода круглого сечения при кВ мм.

7. Полное сечение витка, м²

,

где – сечение одного провода (из приложения Б).

8. Плотность тока

.

9. Осевой размер витка, м

.

10. Число витков в слое

.

11. Число слоёв в обмотке

,

.

округляется до ближайшего большего числа.

12. Рабочее напряжение двух слоёв

.

13. По из таблицы 1.4 выбирается число слоёв и общая толщина изоляции кабельной бумаги в изоляции между слоями обмотки.

14. Общий радиальный размер металла обмотки, м

.

15. Допустимый по плотности теплового потока радиальный размер металла обмотки, м

.

16. При обмотку ВН необходимо разделить на концентрические катушки с осевым масляным каналом между ними. В большинстве случаев число катушек две.

17. Минимальная ширина масляного канала определяется по таблице 1.3 и проверяется по уровню изоляции (п. 1.2.1).

18 Радиальный размер обмотки

.

19 Минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН определяется по 1.3.1.

20 Внутренний диаметр обмотки

.

21 Наружный диаметр обмотки

.

22. Поверхность охлаждения обмоток трансформатора:

обмотки выполнены с одним и более охлаждающим каналом

.

23 Масса металла обмотки

.

По результатам сравнения вариантов принимается обмотка ВН.

Как показывает практика, для трансформаторов мощностью до 160 лучшие массо – габаритные показатели имеют цилиндрические обмотки ВН из круглого провода, а для трансформаторов большей мощности - цилиндрические обмотки ВН из прямоугольного провода.