 |
Расчет обмоток трансформатора
|
|
|
|
3.1 Выбор типа обмоток:
3.1.1 Средняя плотность тока в обмотках из условия обеспечения заданных потерь короткого замыкания.
Для обмоток, выполненных из меди:
, А/м2.
Для обмоток, выполненных из алюминия:
, А/м2,
где 
в Вт; 
в В; 
в кВ∙А; 
в м.
Величина 
принимается равной от 0,96 при номинальной мощности до 100 кВ∙А и до 0,93 при мощности 630 кВ∙А.
Плотность тока должна находиться в следующих пределах: (1,2... 2,5)∙106 А/м2 – для алюминия и (2,2... 3,5)∙106 А/м2 – для меди.
3.1.2 Предварительное значение сечения витка обмотки НН:
, мм2,
где 
– в А/м2.
3.1.3 Тип обмотки выбирается из следующих соображений. В трансформаторах до 80000 кВ∙А в качестве обмотки НН и ВН при напряжении до 35 кВ рекомендуется использовать многослойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода при величине тока до 1200 А, приходящемся на 1 стержень (табл. 5.8 [1]). В мощных высоковольтных трансформаторах с напряжением 110-220 кВ в качестве обмотки НН и ВН чаще всего используют катушечные непрерывные или дисковые обмотки из прямоугольного медного провода, а в трансформаторах с напряжением 35 кВ и ниже при токах на стержень 200 А и выше применяют винтовые обмотки, обладающие высокой электродинамической стойкостью (табл. 5.8 [1]). Для трансформаторов небольшой мощности в качестве обмотки НН рекомендуется цилиндрическая обмотка: однослойная при номинальной мощности до 100 кВ∙А и двухслойная при мощности от 100 до 630 кВ∙А. Обмотка ВН выполняется в виде цилиндрической многослойной из круглого провода
Ниже приводится пример расчета этих обмоток.
3.2 Расчет обмотки НН:
3.2.1 Число витков определено ранее в п. 2.4.6, W1 =....
3.2.2 Число витков в слое:
– для двухслойной обмотки.
|
|
|
3.2.3 Стандартное сечение витка:
Оно составляется из одного или нескольких стандартных проводников, общее сечение которых должно быть достаточно близким к рассчитанному в п. 3.1.2. Выбор стандартных проводников производится по табл. 5.2 [1] или по табл. 3.1.
Предварительно следует определить приблизительно число проводников в сечении витка, сопоставляя полученное сечение витка с имеющимися стандартными проводниками. При этом имеет смысл определить ориентировочно осевой размер витка по формуле
, м,
где 
. Осевой размер витка 
составляется из одного или нескольких стандартных проводников, расположенных, как показано на рисунке 1.
Рис. 1
Проводники вплотную прилегают друг к другу с учетом изоляции между ними. Все проводники должны иметь одинаковые размеры, а число их не более 8. В некоторых случаях приходится обмотку НН из прямоугольного провода наматывать на ребро. В этом случае высота витка определяется 
. Рассчитанная величина (WСЛ1+l) должна быть на 5... 15 мм меньше длины обмотки 
.
Условно марка проводника записывается так:
,
где 
– число параллельных проводов в витке (1 
8);
− размеры провода без изоляции;
− размеры провода c изоляцией, 
; 
мм.
Сечение витка:
, м2,
где 
– стандартное сечение одного проводника, мм2 (по табл. 5.2 [1] или табл. 3.1)
Таблица 3.1
Номинальные размеры и сечения медного и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ. Размеры а и в - в мм, сечения - мм2.
  а
в
| 1,40 | 1,50 | 1,60 | 1,70 | 1,80 | 1,90 | 2,00 |
| 3,75 | 5,04 | - | 5,79 | - | 6,39 | - | 7,14 |
| 4,00 | 5,39 | 5,79 | 6,19 | 6,44 | 6,84 | 7,24 | 7,64 |
| 4,25 | 5,74 | - | 6,59 | - | 7,29 | - | 8,14 |
| 4,50 | 6,09 | 6,54 | 6,99 | 7,29 | 7,74 | 8,19 | 8,64 |
| 4,75 | 6,44 | - | 7,39 | - | 8,19 | - | 9,14 |
| 5,00 | 6,79 | 7,29 | 7,79 | 8,14 | 8,64 | 9,14 | 9,64 |
| 5,30 | 7,21 | - | 8,27 | - | 9,18 | - | 10,2 |
| 5,60 | 7,63 | 8,19 | 8,75 | 9,16 | 9,72 | 10,3 | 10,8 |
| 6,00 | 8,19 | - | 9,39 | - | 10,4 | - | 11,6 |
| 6,30 | 8,61 | 9,24 | 9,87 | 10,4 | 11,0 | 11,6 | 12,2 |
| 6,70 | 9,17 | - | 10,5 | - | 11,7 | - | 13,0 |
| 7,10 | 9,73 | 10,4 | 11,2 | 11,7 | 12,4 | 13,1 | 13,8 |
| 7,50 | 10,3 | - | 11,8 | - | 13,1 | - | 14,6 |
| 8,00 | 11,0 | 11,6 | 12,6 | 13,2 | 14,0 | 14,8 | 15,6 |
| 8,50 | 11,7 | - | 13,4 | - | 14,9 | - | 16,6 |
| 9,00 | 12,4 | 13,3 | 14,2 | 14,9 | 15,8 | 16,7 | 17,6 |
| 9,50 | 13,1 | - | 15,0 | - | 16,7 | - | 18,6 |
| 10,00 | 13,8 | 14,8 | 15,8 | 16,6 | 17,6 | 18,6 | 19,6 |
| 10,60 | 14,6 | - | 16,8 | - | 18,7 | - | 20,8 |
| 11,20 | 15,5 | 16,6 | 17,7 | 18,7 | 19,8 | 20,9 | 22,0 |
| 11,80 | - | - | 18,7 | - | 20,9 | - | 23,2 |
| 12,50 | - | 18,5 | 19,8 | 20,9 | 22,1 | 23,4 | 24,6 |
| 13,20 | - | - | - | - | 23,4 | - | 26,0 |
| 14,00 | - | - | - | - | 24,8 | 26,2 | 27,6 |
Продолжение таблицы 3.1
|
|
|
 а
в
| 2,12 | 2,24 | 2,36 | 2,50 | 2,65 | 2,80 | 3,00 | 3,15 | 3,35 |
| 3,75 | - | 8,04 | - | 8,83 | - | - | - | - | - |
| 4,00 | 8,12 | 8,60 | 8,89 | 9,45 | 10,1 | 10,7 | - | - | - |
| 4,25 | - | 9,16 | - | 10,1 | - | 11,4 | - | - | - |
| 4,50 | 9,18 | 9,72 | 10,1 | 10,7 | 11,4 | 12,1 | 13,0 | 13,6 | - |
| 4,75 | - | 10,3 | - | 11,3 | - | 12,8 | - | 14,4 | - |
| 5,00 | 10,2 | 10,8 | 11,3 | 12,0 | 12,7 | 13,5 | 14,5 | 15,2 | 16,2 |
| 5,30 | - | 11,5 | - | 12,7 | - | 14,3 | - | 16,2 | - |
| 5,60 | 11,5 | 12,2 | 12,7 | 13,5 | 14,3 | 15,1 | 16,3 | 17,1 | 18,2 |
| 6,00 | - | 13,1 | - | 14,5 | - | 16,3 | - | 18,4 | - |
| 6,30 | 13,0 | 13,8 | 14,3 | 15,2 | 16,2 | 17,1 | 18,4 | 19,3 | 20,6 |
| 6,70 | - | 14,7 | - | 16,2 | - | 18,2 | - | 20,6 | - |
| 7,10 | 14,7 | 15,5 | 16,2 | 17,2 | 18,3 | 19,3 | 20,8 | 21,8 | 23,2 |
| 7,50 | - | 16,4 | - | 18,2 | - | 20,5 | - | 23,1 | - |
| 8,00 | 16,6 | 17,6 | 18,3 | 19,5 | 20,7 | 21,9 | 23,5 | 24,7 | 26,3 |
| 8,50 | - | 18,7 | - | 20,7 | - | 23,3 | - | 26,2 | - |
| 9,00 | 18,7 | 19,8 | 20,7 | 22,0 | 23,3 | 24,7 | 26,5 | 27,8 | 29,6 |
| 9,50 | - | 20,9 | - | 23,2 | - | 26,1 | - | 29,4 | - |
| 10,00 | 20,8 | 22,0 | 23,1 | 24,5 | 26,0 | 27,5 | 29,6 | 31,0 | 33,0 |
| 10,60 | - | 23,4 | - | 26,0 | - | 29,1 | - | 32,8 | - |
| 11,20 | 23,4 | 24,7 | 25,9 | 27,5 | 29,1 | 30,8 | 33,1 | 34,7 | 37,0 |
| 11,80 | - | 26,1 | - | 29,0 | - | 32,5 | - | 36,6 | - |
| 12,50 | 26,1 | 27,6 | 29,0 | 30,7 | 32,6 | 34,5 | 37,0 | 38,8 | 41,3 |
| 13,20 | - | 29,2 | - | 32,5 | - | 36,4 | - | 41,0 | - |
| 14,00 | 29,3 | 31,0 | 32,5 | 34,5 | 36,6 | 38,7 | 41,5 | 43,6 | 46,4 |
| 15,00
| - | 33,2 | - | 37,0 | - | 41,5 | - | 46,7 | - |
| 16,00 | 33,6 | 35,5 | 37,2 | 39,5 | 41,9 | 44,3 | 47,5 | 49,9 | 53,1 |
| 17,00 | - | - | - | - | - | 47,2 | - | 53,2 | - |
| 18,00 | - | - | - | - | - | - | 53,1 | 55,8 | 59,4 |
Окончание таблицы 3.1
 a
в
| 3,55 | 3,75 | 4,00 | 4,25 | 4,50 | 4,75 | 5,00 | 5,30 | 5,60 |
| 5,00 | 17,2 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 5,30 | 18,3 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 5,60 | 19,3 | 20,1 | 21,5 | - | - | - | - | - | - |
| 6,00 | 20,8 | - | 23,1 | - | - | - | - | - | - |
| 6,30 | 21,8 | 22,8 | 24,3 | 25,9 | 27,5 | - | - | - | - |
| 6,70 | 23,2 | - | 25,9 | - | 29,3 | - | - | - | - |
| 7,10 | 24,7 | 25,8 | 27,5 | 29,3 | 31,1 | 32,9 | 34,6 | - | - |
| 7,50 | 26,1 | - | 29,1 | - | 32,9 | - | 36,6 | - | - |
| 8,00 | 27,9 | 29,1 | 31,1 | 33,1 | 35,1 | 37,1 | 39,2 | 41,5 | 43,9 |
| 8,50 | 29,6 | - | 33,1 | - | 37,4 | - | 41,6 | - | 46,7 |
| 9,00 | 31,4 | 32,9 | 35,1 | 37,4 | 39,6 | 41,9 | 44,1 | 46,8 | 49,5 |
| 9,50 | 33,2 | - | 37,1 | - | 41,9 | - | 46,6 | - | 52,1 |
| 10,00 | 35,0 | 36,6 | 39,1 | 41,6 | 44,1 | 46,6 | 49,1 | 52,1 | 55,1 |
| 10,50 | 37,1 | - | 41,5 | - | 46,8 | - | 52,1 | - | 58,5 |
| 11,20 | 39,2 | 41,4 | 43,9 | 46,7 | 49,5 | 52,3 | 55,1 | 58,5 | 61,9 |
| 11,80 | 41,3 | - | 46,8 | - | 52,2 | - | 58,1 | - | 65,2 |
| 12,50 | 43,8 | 46,0 | 49,1 | 52,3 | 55,4 | 58,5 | 61,6 | 65,4 | 69,1 |
| 13,20 | 46,3 | - | 51,9 | - | 58,5 | - | 65,1 | - | 73,1 |
| 14,00 | 49,2 | 52,0 | 55,1 | 58,6 | 62,1 | 65,6 | 69,1 | 73,3 | 77,5 |
| 15,00 | 52,7 | - | 59,1 | - | 66,6 | - | 74,1 | - | 83,1 |
| 16,00 | 56,3 | 59,1 | 63,1 | 67,1 | 71,1 | 75,1 | 79,1 | 83,9 | 88,7 |
| 17,00 | 59,4 | - | 67,1 | - | 75,6 | - | 84,1 | - | 94,3 |
| 18,00 | 63,0 | 66,6 | 71,1 | 75,6 | 80,1 | 84,6 | 89,1 | 94,5 | 99,9 |
|
|
|
Толщина изоляции на две стороны при напряжении до 35 кВ 2d = 0,5 мм, при напряжении 110 кВ - 2d = 1,35 мм.
3.2.4 Действительная плотность тока:
, А/м2 .
3.2.5 Осевой размер обмотки
, м,
где 
− осевой размер одного витка в изоляции, м; или при намотке на ребро 
∙10-3, м.
Величина должна совпадать с найденным в п. 2.4.3 значением высоты обмотки. В противном случае нужно выбрать другой стандартный проводник в сечении витка.
3.2.6 Радиальный размер обмотки:
,м – при двухслойной обмотке,
где 
мм – ширина масляного канала между слоями обмотки, или 
, м – при намотке на ребро.
3.2.7 Внутренний диаметр обмотки:
, м,
где 
может быть принято равным 5 мм при UИСП = 5 кВ.
3.2.8 Наружный диаметр обмотки:
, м.
3.2.9 Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН:
− для однослойной и двухслойной без масляного канала
, м2,
− для двухслойной с масляным каналом между слоями
, м2,
где с – число активных стержней (с=3);
k = 0,75 – коэффициент, учитывающий закрытие поверхности рейками, изоляцией и др.
3.3 Расчет обмотки ВН
3.3.1 В обмотке выполняются отводы для регулирования напряжения, например, на ±5 % от номинала:
.
3.3.2 Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении:
,
− округляется до целого числа.
3.3.3 Полное число витков обмотки ВН:
.
3.3.4 Предварительное значение плотности тока в МА/м2:
, А/м2.
3.3.5 Предварительное значение сечения витка обмотки:
, м2.
3.3.6 Тип провода, число параллельных проводов и фактическое сечение витка обмотки определяются по табл. 5.1 [1] или по табл. 3.2:
, м2, 
,
где П2С – стандартное сечение одного проводника, мм2; 
;
=0,3 мм.
Обычно сечение витка состоит из одного проводника, реже – из двух.
3.3.7 Уточняем значение плотности тока:
, А/м2.
3.3.8 Число витков в слое:
,
где 
(м), 
(м).
Число витков в слое округляем до ближайшего целого числа.
Таблица 3.2
Номинальные размеры круглого обмоточного провода ПБ и АПБ.
| d мм | П2 мм2 | d мм | П2 мм2 | d мм | П2 мм2 |
| 0,77 | 0,465 | 1,32 | 1,370 | 3,15 | 7,300 |
| 0,80 | 0,502 | 1,40 | 1,510 | 3,35 | 8,810 |
| 0,83 | 0,541 | 1,50 | 1,770 | 3,55 | 9,900 |
| 0,86 | 0,580 | 1,60 | 2,020 | 3,75 | 11,050 |
| 0,90 | 0,636 | 1,70 | 2,270 | 4,00 | 12,550 |
| 0,93 | 0,679 | 1,80 | 2,550 | 4,10 | 13,200 |
| 0,96 | 0,723 | 1,90 | 2,810 | 4,25 | 14,200 |
| 1,00 | 0,785 | 2,00 | 3,140 | 4,50 | 15,900 |
| 1,04 | 0,849 | 2,12 | 3,530 | 4,75 | 17,700 |
| 1,08 | 0,916 | 2,24 | 3,940 | 5,00 | 19,630 |
| 1,12 | 0,985 | 2,36 | 4,380 | 5,20 | 21,220 |
| 1,16 | 1,056 | 2,50 | 4,910 | Только для АПБ для | |
| 1,20 | 1,131 | 2,65 | 5,520 | 5,30 | 22,060 |
| 1,25 | 1,227 | 2,80 | 6,160 | 6,00 | 28,260 |
| 1,30 | 1,327 | 3,00 | 7,070 | 8,00 | 50,240 |
|
|
|
3.3.9 Число слоев в обмотке ВН:
,
число слоев округляем до большего целого числа. 
3.3.10 Рабочее напряжение двух слоев:
, В.
3.3.11 Обмотка выполняется в виде двух катушек с масляным каналом между ними, 
.
3.3.12 Радиальный размер обмотки:
, м
Величина междуслойной изоляции 
определяется по табл. 4.7 [1] или по табл. 3.3.
Таблица 3.3
Номинальная междуслойная изоляция
| Рабочее напряжение двух слоев, В | Число слоев кабельной бумаги на толщину листа, δмсл , мм |
| До 1000 | 2 ´ 0,12 |
| От 1000 до 2000 | 3 ´ 0,12 |
| От 2001 до 3000 | 4 ´ 0,12 |
| От 3001 до 3500 | 5 ´ 0,12 |
| От 3501 до 4000 | 6 ´ 0,12 |
| От 4001 до 4500 | 7 ´ 0,12 |
| От 4501 до 5000 | 8 ´ 0,12 |
| От 5001 до 5500 | 9 ´ 0,12 |
3.3.13 Внутренний диаметр обмотки:
,м,
где радиальный размер осевого канала между обмотками
.
3.3.14 Наружный диаметр обмотки:
, м.
3.3.15 Полная поверхность охлаждения обмотки ВН при отсутствии масляного канала
.
То же при наличии масляного канала в обмотке:
.
3.3.16 Средний диаметр канала между обмотками:
, м.
3.3.17 Соотношение между шириной и высотой трансформатора:
,
где 
Полученные уточненные значения и 
принимаются для дальнейших расчетов.
|
|
|
