Расчёт цилиндрических обмоток из прямоугольного провода

В цилиндрической обмотке витки (по высоте обмотки) плотно прилегают друг к другу. При этом в зависимости от величины тока витки могут выполняться одним или несколькими параллельными проводами. При мощностях на стержне до 16 кВ×А все витки возможно расположить в один слой, до 250 кВ×А – в два слоя, при бόльших – в три – четыре слоя. Укладка провода может быть осуществлена плашмя или на ребро.

Во всех случаях для обеспечения нормального охлаждения каждый слой обмотки хотя бы с одной стороны должен омываться маслом.

Применяемые прямоугольные провода для масляных трансформаторов имеют изоляцию класса нагревостойкости А, выполняемую лентами кабельной бумаги, и маркируются – медные ПБ, алюминиевые АПБ. Электрическая прочность изоляции достаточна для межвитковой изоляции, а изоляция между слоями, кроме того, обеспечивается либо масляным охлаждающим каналом, либо двумя слоями электроизоляционного картона толщиной 0,5 мм. Вопрос выбора того или другого вида межслойной изоляции решается путём определением плотности теплового потока на поверхности охлаждения обмотки по результатам сравнения её с допустимой.

На рис. 3.1 изображена для показа её устройства цилиндрическая двухслойная обмотка, выполненная двумя проводами прямоугольного сечения. Между слоями имеется масляный охлаждающий канал.

Рис. 3.1 Двухслойная цилиндрическая обмотка из провода прямоугольного сечения

Продолжение расчёта цилиндрической обмотки следует проводить в следующей последовательности:

1. Допустимый радиальный размер металла обмотки НН между охлаждаемыми маслом поверхностями

 

,

где - допустимая плотность теплового потока; для цилиндрических обмоток НН из прямоугольного алюминиевого провода Вт/м²; из медного - Вт/м²;

- коэффициент, учитывающий закрытие охлаждающего канала рейками и изоляционными материалами; для цилиндрических обмоток .

2. По полученным значениям и по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. приложение 3) подбираются подходящие провода и способ намотки с соблюдением следующих правил:

а) с целью упростить намотку обмотки на станке и получить компактное ее размещение на магнитопроводе желательно применять наиболее крупные сечения проводов;

б) способ намотки (плашмя или на ребро) выбирается, исходя из значений и размеров провода без изоляции: необходимо, чтобы получаемый размер металла одного слоя (при намотке на ребро) или двух-трех слоев (при намотке плашмя) был примерно равен .

в) число параллельных проводов должно быть не более 4 – 6 при намотке плашмя и не более 6 – 8 при намотке на ребро;

г) все провода должны иметь одинаковые размеры поперечного сечения;

д) при кВ использовать прямоугольный провод с толщиной изоляции на две стороны мм;

е) радиальные размеры всех параллельных проводов витка должны быть равны между собой;

ж) при намотке на ребро отношение радиального размера к осевому не менее 1,3 и не более 3;

з) расчетная высота обмотки должна быть на 5 – 15 мм меньше .

Подобранные размеры провода витка записываются по форме:

3. Полное сечение витка из параллельных проводов, м²

,

где – сечение одного провода, мм² (из приложения 3).

4. Полученная плотность тока, А/м²

.

5. Осевой размер витка, м

,

 

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

6. Число витков обмотки в одном слое

,

где - высота обмотки НН; ; м – увеличение осевого размера из-за неплотности намотки.

7. Необходимое число слоев обмотки

;

округляется до бόльшего.

8. Радиальный размер металла обмотки

,

где - радиальный размер провода без изоляции; при намотке на ребро .

Если , то охлаждающий осевой канал в обмотке не предусматривается. В противном случае обмотку нужно разделить на катушки с радиальным размером металла в каждой , а между катушками выполнить охлаждающий масляный канал.

9. Радиальный размер межслойного канала; выбирается по условиям изоляции мм при кВ и проверяется по условиям отвода тепла по табл. 3.3; принимается наибольшее значение, определённое по этим условиям.

10. Изоляция между слоями обмотки при плотной намотке выполняется двумя слоями кабельной бумаги толщиной по 0,12мм, при неплотной – двумя слоями электроизоляционного картона толщиной по 0,5мм.

11. Радиальный размер обмотки:

выполненной без охлаждающего канала

,

где - радиальный размер провода с изоляцией; при намотке на ребро (из приложения 3);

- толщина межслойной изоляции;

 

выполняемой с охлаждающим каналом

,

где - ширина охлаждающего канала.

Таблица 3.3

Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках масляных трансформаторов

 

Вертикальные каналы	Горизонтальные каналы
Длина канала, мм	Обмотка – обмотка, мм	Обмотка – цилиндр, мм	Обмотка – стержень, мм	Длина канала, мм	Обмотка – обмотка, мм
До 300 300-500 500-1000 1000-1500	4-5 5-6 6-8 8-10	5-6 6-8	4-5 5-6 6-8 8-10	До 40 40-60 60-70 70-80

 

12.Внутренний диаметр обмотки

,

где – ширина канала между обмоткой НН и стержнем; определяется по условию изоляции обмотки из табл. 2.7.

13.Наружный диаметр обмотки

.

14. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН всего трансформатора:

при обмотке без охлаждающего канала

,

при обмотке с одним каналом

.

15. Масса металла обмотки

.