Выбор конструкции и расчет обмоток

Выбор конструкции обмотки производится с учетом: мощности трансформатора, отнесенной к одному стержню, выбранного металла обмотки – меди или алюминия, тока обмотки одного стержня, номинального напряжения обмотки и сечения витка по табл. 16.

 

Таблица 16. Обычные пределы применения различных типов обмоток масляных трансформаторов

 

Тип обмотки	Примене-ние на стороне		Материал обмоток	Пределы применения включительно				Число параллельных проводов
	главное	возможное		по мощ-ности трансфор-матора, кВ∙А	по току обмотки стержня, А	по напря-жению, кВ	по сече- нию вит- ка, мм^2	от	до
Цилиндрическая одно- и двухслойная из провода прямоуголь-ного сечения	НН	ВН	Медь	До 630	От 15-18 до 800	До 6	От 5,04 до 250	1	4-8
			Алюминий	До 630	От 10-13 до 600-650	До 6	От 6,39 до 300
Цилиндрическая много-слойная из провода прямоугольного сече-ния	ВН	НН	Медь	От 630 до 80000	От 15-18 до 1000-1200	10 и 35	От 5,04 до 400	1	4-8
			Алюминий	До 16000-25000	От 10-13 до 1000-1200	10 и 35	От 6,30 до 500
Цилиндрическая много-слойная из провода круглого сечения	ВН	НН	Медь	До 630	От 0,5 до 80-100	До 35	От 1,094 до 42,44	1   1	2   1
			Алюминий	До 630	От 2-3 до 125-135	До 35	От 1,37 до 50,24
Непрерывная кату-шечная из провода прямоугольного сече-ния	ВН	НН	Медь	От 160 и выше	От 15-18 и выше	От 3 до 110-220	От 5,04 и выше	1	3-5
			Алюминий	От 100	От 10-13 и выше	От 3 до 110-220	От 6,39 и выше
Винтовая одно- и двухходовая	НН	–	Медь	От 160 и выше	От 300 и выше	До 35	От 75-100 и выше	4	Без огра-ничения
			Алюминий	От 100 и выше	От 150-200 и выше	До 35	От 75-100 и выше

 

 

Число витков обмотки на фазу

; .

Средняя плотность тока в обмотках ВН и НН (предварительно):

для медного провода, МА/мм²,

;

для алюминиевого провода

;

где  – по табл. 17. Если  не задано, то  выбирается по табл. 18. Далее определяется сечение витка в мм²: , по сортаменту обмоточного провода (табл. 19, 20) подбираются сечение, число и размеры параллельных проводов для обмоток НН и ВН и определяется действительная плотность тока

,

где . Затем производится размещение каждой обмотки – рассчитываются числа их витков, число и расположение слоев в цилиндрических обмотках, число ходов в винтовых и катушек в непрерывных катушечных обмотках, числа и размеры охлаждающих каналов.

Для получения заданных параметров короткого замыкания осевые размеры (высоты) обеих обмоток должны быть равны ранее найденному значению l. Радиальные размеры обмоток a ₁ и a ₂ определяются по размерам сечения провода и числу слоев и междуслойной изоляции в цилиндрических обмотках; по числу параллельных проводов в одном ходу винтовых обмоток и числу витков в катушке непрерывных катушечных обмоток. Все эти размеры выражаются в метрах.

Затем определяются поверхности охлаждения обмоток  с учетом закрытия части этих поверхностей различными изоляционными деталями. Массы металла, кг, каждой обмотки (для обмоток ВН отдельно для средней и высшей ступеней) определяются:

для медных обмоток ,

для алюминиевых обмоток ,

 

Таблица 17. Значения k для трехфазных масляных трансформаторов

 

Мощность трансфор-матора, кВ∙А	До 100	160-630	1000-6300	10000-16000	25000-63000	80000-100000
k	0,97	0,96-0,93	0,93-0,85	0,84-0,82	0,81-0,78	0,77-0,75

 

Примечание. Для сухих трансформаторов мощностью 10-160 кВ∙А принимать k = 0,99÷0,96, для трансформаторов мощностью 250-1600 кВ∙А k = 0,92÷0,86.

где с – число активных стержней; w – число витков (для ВН на соответствующей ступени); D _СР – средний диаметр витка, м.

Масса металла отводов, кг: для медного провода ; для алюминиевого провода , где  м для соединения обмоток в звезду и  м для соединения в треугольник . Здесь l – высота обмотки.

 

Таблица 18. Средняя плотность тока I, МА/м², для современных трансформаторов с потерями

Короткого замыкания по ГОСТ

а) Масляные трансформаторы

Мощность трансфор-матора, кВ∙А	25-40	63-630	1000-6300	10000-16000	25000-80000
Медь	1,8-2,2	2,3-3,5	2,2-3,5	2,0-3,5	2,0-3,5
Алюминий	1,1-1,8	1,2-2,5	1,5-2,6	1,5-2,7	–

б) Сухие трансформаторы

Мощность трансформатора, кВ∙А	10-160; 0,5 кВ		160-1600; 10 кВ
	Внутренняя обмотка	Наружная обмотка	Внутренняя обмотка	Наружная обмотка
Медь	2,0-1,4	2,2-2,8	2,0-1,2	2,0-2,8
Алюминий	1,3-0,9	1,3-1,8	1,4-0,8	1,4-2,0

 

 

РАСЧЕТ ОБМОТОК НН

1. Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода (рис. 10) применяется преимущественно в трансформаторах мощностью не более 630 кВ∙А. Обмотка может применяться при больших мощностях, если в процессе производства она подвергается специальной технологической обработке, обеспечивающей механическую прочность при коротких замыканиях. Обмотка выполняется: при мощностях до 16–25 кВ∙А – в один-два слоя, при 40–630 кВ∙А – в два слоя, соединяемых последовательно. Число параллельных проводов – до восьми, намотка предпочтительно плашмя, менее желательно – на ребро; все параллельные провода должны иметь одинаковые размеры и площади поперечных сечений.

При намотке на ребро отношение сторон поперечного сечения провода должно быть не менее 1,3 и не более 3. Для обеспечения крепления крайних витков слоя и учета отклонений в толщине изоляции провода расчетную сумму высот проводов в слое выдерживают на 5–15 мм менее высоты обмотки.

Рассмотрим определение геометрических размеров одно- и двухслойной цилиндрических обмоток из прямоугольного провода. Обозначение линейных размеров однослойной обмотки при намотке плашмя показано на рис. 9.

 

q

 

	Рис. 9. Обозначение линейных размеров цилиндрической обмотки из прямоугольного провода

 

 

Виток обмотки на этом рисунке состоит из двух проводов. Площадь поперечного сечения одного витка:

,

где  - ток обмотки,  - плотность тока, определенная в п. 3.7.

Осевой размер витка:

,

где  - высота обмотки на 5-15 мм меньшая, чем определенная в п. 3.3 высота обмотки .

Если обмотка в один слой не убирается, то выполняют два слоя, при этом , где  - число витков обмотки,  - число витков в слое

Если по величине тока (по табл. 20) нельзя подобрать провод нужного сечения, то берется несколько параллельных проводов. Тогда полное сечение витка:

,

где  - число параллельных проводов,  - сечение одного провода. При этом осевой размер витка , где  - осевой размер провода с изоляцией (рис. 9).

Подобранные провода записываются так:

Число параллельных проводов ×	Размер без изоляции
	Размер с изоляцией

 

Размер провода без изоляции , где - меньший размер.

Уточненный осевой размер (высота) обмотки:

.

 

Радиальный размер обмотки:

-однослойной

-двухслойной , где  - радиальный размер провода с изоляцией (рис. 9),  - радиальный размер канала (если имеется), который должен соответствовать таблице 14.

Внутренний диаметр обмотки:

,

где  - диаметр стержня магнитопровода, - изоляционное расстояние между обмоткой НН и стержнем магнитопровода (табл. 9).

Наружный диаметр обмотки:

Полная поверхность охлаждения обмотки НН всего трансформатора для однослойной обмотки:

,

где  - число стержней, на которых расположена обмотка НН,  - коэффициент закрытия части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями.

Если имеется радиальный канал между слоями двухслойной обмотки, то число поверхностей увеличивается до четырех, то есть по сравнению с однослойной увеличивается в 2 раза.

Определение удельного теплового потока без расчета поверхности охлаждения:

в формулу для , приведенную в п. 2.4, подставляем ,  и получаем:

.

Коэффициент добавочных потерь  определяется, как указано в п. 3.10.

При намотке на ребро, что делается в исключительных случаях, размеры  и  меняются местами. Для меди  Ом·м, для алюминия  Ом·м.

 

2. Винтовая обмотка (рис. 11) применяется только как обмотка НН в трансформаторах с медными обмотками мощностью на один стержень от 160 кВ∙А и выше при токе не менее 300 А (при алюминиевых обмотках – от 100 кВ∙А и выше при токе не менее 150–200 А). Верхний предел по мощности и току практически не ограничен. В изготовлении она несколько дороже цилиндрической обмотки. Минимальное число параллельных проводов 4, все параллельные провода должны иметь одинаковые размеры и площадь поперечного сечения, намотка – только плашмя.

 

Таблица19. Номинальные размеры сечения и изоляция круглого медного и алюминиего обмоточного провода марок ПБ и АПБ с толщиной изоляции на две стороны 2 =0,30 (0,40) мм

 

Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %	Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %	Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %
Марка ПБ – медь			2,00 2,12   2,24 2,36   2,50 2,65   2,80 3,00   3,15 3,35   3,55 3,75	3,14 3,53   3,94 4,375   4,91 5,515   6,16 7,07   7,795 8,81   9,895 11,05	3,0 3,0   3,0 2,5   2,5 2,5   2,5 2,5   2,0 2,0   2,0 1,5	4,00 4,10 4,25 4,50 4,75 5,00 5,20	12,55 13,2 14,2 15,9 17,7 19,63 21,22	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
1,18 1,25	1,094 1,23	6,0 5,5
Марка ПБ – медь Марка АПБ - алюминий						Марка АПБ – алюминий
1,32 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90	1,37 1,51 1,77 2,015 2,27 2,545 2,805	5,0 5,0 4,5 4,0 4,0 3,5 3,5				5,30 6,00 8,00	22,06 28,26 50,24	1,5 1,5 1,0

 

Примечания: 1. Изоляция – кабельная бумага.

2. Без скобок указана номинальная толщина изоляции, в скобках – расчетная.

3. Для алюминиевого провода увеличение массы в три раза больше, чем указано в таблице для медного провода.

 

Таблица 20. Номинальные размеры и сечения медного и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ (размеры a и b – в мм, сечения – в мм²)