По рабочему напряжению двух слоев по таблице 5.4 выбирается величина δмсл .

Таблица 5.4. Нормальная межслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В	Число слоев кабельной бумаги на толщину листов, мм
До 150	2 х 0,05
От 151 до 200	1 х 0,2
От 201 до 300	2 х 0,12
До 1000	2 х 0,12
От1001 до 2000	3 х 0,12
От 2001 до 3000	4 х 0,12
От 3001 до 3500	5 х 0,12
От 3501 до 4000	6 х 0,12
От 4001 до 4500	7 х 0,12
От 4501 до 5000	8 х 0,12
От 5001 до 5500	9 х 0,12

Радиальный размер обмотки НН (толщина обмотки НН, см. рис. 4.1), м:

а₂ = [V₂∙d_из + δ_мсл ·(V₂ – 1)] ∙ 10^-3 (5.12)

где d_из – диаметр изолированного круглого провода (если провод прямоугольный, то берется меньшая его сторона - , мм.

δ_мсл – общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями

обмотки (таблица 5.4).

Внутренний диаметр обмотки НН, м

Д_2в =d + 2·а₀₁ ∙ 10^-3 (5.13)

где d - диаметр стержня, м.

Наружный диаметр обмотки нн, м

Д_2н = Д_2в + 2·а₂ (5.14)

Средний диаметр обмотки нн, м

= (5.15)

Масса металла обмоток, кг, может быть найдена по формуле

G₀ = С··Д_ср W·П·γ₀,

где С – число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора;

Д_ср – средний диаметр соответствующей обмотки, м;

W – число витков обмотки;

П – сечение витка, м²;

γ₀ - удельный вес материала провода, кг/м². Для медного провода γ_0м = 8900 кг/м³, а для алюминиевого γ_0А = 2700 кг/м³.

Подставляя  и реальное значение γ₀, получаем для медного провода:

G_м = 28 · 10³с Д_срW·П; (5.16)

Для алюминиевого провода:

G_А = 8,47 · 10³с Д_срW·П; (5.17)

5.2 Расчет обмотки высокого напряжения

Прежде чем приступить к расчету обмотки ВН следует учесть необходимость выполнения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения. В ГОСТ 16110-82 предусмотрены два вида регулирования напряжения силового трансформатора: регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети; регулирования без перерыва нагрузки (РПН) и без отключения обмоток трансформатора от сети. В данной курсовой работе студенту рекомендуется выбрать первый вид регулирования.

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВА с ПБВ предусмотрено выполнение в обмотке ВН четырех ответвлений на +5; +2,5; -2,5 и -5% от номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

В сухих трансформаторах применяется регулирование напряжения ВН на двух ответвлениях +5 и 5%.

Регулировочные ответвления выводятся на доску зажимов, и пере соединение с одной ступени на другую осуществляется при отключении всех обмоток трансформатора от сети перестановкой контактной пластины, зажимаемой под гайки контактных шпилек.

Регулировочные ответвления на обмотках ВН служат обычно для поддержания напряжения у потребителей электрической энергии на одном уровне при колебаниях нагрузки. В меньшей мере регулировочными ответвлениями пользуются для какого-либо произвольного изменения вторичного напряжения. У понижающих трансформаторов при необходимости повысить или понизить напряжение на вторичной стороне НН следует на первичной стороне ВН переходить соответственно на меньшее или большее число витков. Поддержание стабильного напряжения при постоянно изменяющейся нагрузке при необходимости перерыва нагрузки и ручном управлении переключателями чрезвычайно затруднительно, так как требует много времени и не может быть автоматизировано.

Часто применяемые схемы размещения регулировочных ответвлений в трансформаторах с ПБВ показаны на рисунке 5.1.

Схемы регулирования напряжения вблизи нулевой точки при соединении обмотки в звезду по рис. 5.1а-в допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя – одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частями переключателя не превышают 10% от линейного напряжения трансформатора. В схеме 5.1г, часто применяют отдельные переключатели для обмотки каждой фазы трансформатора.

Рисунок 5.1 Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

Схема рис 5.1,а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяется в трансформаторах мощностью до 160 кВА.

В трансформаторах мощностью от 250 кВА и выше механические силы, действующие на отдельные витки при коротком замыкании трансформатора, могут быть опасными и регулировочные витки обмотки ВН, обычно располагаемые в ее наружном слое, рекомендуется размещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схеме рис. 5.1,б. Намотка регулировочных витков производиться тем же проводом и с тем же направлением намотки, что и основных витков обмотки.

По схеме рис 5.1,в может выполнятся регулирование напряжения при многослойной цилиндрической катушечной обмотке при номинальном напряжении до 38,5 кВ. При этом одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Схема рис.5.1,г может применятся для тех же обмоток, что и схема рис. 5.1, в, но при номинальном напряжении от 3 до 220 кВ.

При соединении обмотки ВН в треугольник задача расположения регулировочных витков усложняется. В схемах регулирования рис. 5.1, а и б регулировочные витки каждой обмотки фазы присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100% номинального напряжения обмотки. Для многослойных цилиндрических обмоток это неизбежно. Непрерывная катушечная обмотка при соединении в треугольник с расположением регулировочных витков по схеме рис.5.1, г допускает применение переключателей тех же типов, что и при соединении в звезду. Схема рис. 5.1, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

В пояснительной записки курсовой работы студенту необходимо привести выбранную схему ответвлений в обмотке ВН и обосновать свой выбор.

Расчет обмотки ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле:

(5.18)

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду:

(5.19)

где ∆U – напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность

напряжений двух соседних ответвлений, В;

при четырех ступенях регулирования;

при двух ступенях регулирования.

U_в – напряжение одного витка обмотки, В.

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в треугольник:

(5.20)

Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях:

При двух ступенях:

верхняя ступень напряжения: W_1(I) = W₁ + W_p;

нижняя ступень напряжения: W_1(II) = W₁ - W_p.

При четырех ступенях:

верхние ступени напряжения: W_1(I) = W₁ + 2·W_p;

W_1(II) = W₁ + W_p;

нижние ступени напряжения: W_1(III) =W₁ - W_p;

W_1(IV) =W₁ - 2·W_p.

Осевой размер обмотки ВН l₁ принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l₂.

Плотность тока, А/м², в обмотке ВН предварительно определяется по формуле:

j₁ ≈ 2·j_ср – j₂ (5.21)

Предварительное сечение витка обмотки ВН, мм², определяется по формуле:

П₁^/ = I₁/( j₁∙ 10^-6) (5.22)

По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбирается провод подходящего сечения. Выбор производится по тем же таблицам и согласно рекомендациям, что и для обмотки НН.

Далее, расчет для обмотки ВН таких величин как полное сечение витка, плотность тока, число витков в одном ряду, число рядов и радиальный размер обмотки, следует проводить аналогично расчету обмотки НН по формулам (5.7 – 5.12).

Внутренний диаметр обмотки ВН, м

Д_{1в =} Д_2н +2·а₁₂ ∙ 10^-3 (5.23)

Изоляционное расстояние между обмотками НН и ВН выбирается по таблице 4.2 для масляных трансформаторов и таблицы 4.3 для сухих трансформаторов.

Наружный диаметр обмотки ВН, м

Д_1н = Д_1в +2·а₁ (5.24)

По формулам (5.16) и (5.17) определяется масса металла обмоток ВН для медного или алюминиевого провода согласно индивидуальному заданию на курсовую работу.

Для обмотки ВН ее средний диаметр, м

Д_ср1 = (5.25)

После расчета обмотки ВН, зная теперь ее реальный радиальный размер а₁, нужно пересчитать средний диаметр канала между обмотками d₁₂ по формуле 4.6.