2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -

Величина коэффициента соответствует числу поверхностей охлаждения обмоток НН и ВН и определяет схему размещения обмоток. Схема размещения обмоток характеризуется числом концентров в катушках. В настоящее время в практике трансформаторостроения используют две основные схемы 1 и 2, продольный разрез обмоток схем 1 и 2 приводится на рис. 3.6.

Коэффициент рассчитывается по формуле

, (2.13)

где ,- число вертикальных поверхностей охлаждения обмоток НН и ВН.

Для трансформаторов мощностью 25 кВ·А рекомендуется применять схему 1, что соответствует .

При указанной схеме обмотки трансформатора имеют по одному концентру и выполняются без охлаждающих каналов между слоями обмоток. Обмотка НН в схеме 1 обычно двухслойная с изоляцией между слоями электрокартоном толщиной 0,5 мм.

Катушка НН наматывается на мягком цилиндре, поэтому теплоотдача с внутренней поверхности этой катушки ухудшается и в расчете она принимается за половинную. Обмотка ВН наматывается на изоляционном цилиндре на рейках. При выполнении обмоток по схеме 1 они в сумме имеют 3,5 поверхности охлаждения. Для всех остальных мощностей трансформаторов до 1000 кВ·А включительно рекомендуется принять схему 2, что соответствует величине. При выполнении обмоток по схеме 2 каждая из них состоит из двух концентров. Обмотки НН и ВН также разделены вертикальным охлаждающими каналами. Внутренний слой обмотки ВН намотан непосредственно на жестком изоляционном цилиндре и в процессе теплоотдачи не участвует. В схеме 2 обмотки имеют 6,5 поверхностей охлаждения.

Рисунок 2.6. Радиальное строение обмоток для схем 1 и 2

2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток

Коэффициент учитывает закрытие поверхности обмоток дистанцирующими и крепёжными рейками и рассчитывается по формуле:

, (2.14)

где - число и ширина реек (прокладок) по окружности катушки обмотки;

- коэффициент пропорциональности между средним диаметром канала рассеяния (D₁₂) обмоток и диаметром стержня.

Для трансформаторов мощностью от 25 до 1000 кВА значение =0,850,92.

Величина средней удельной тепловой нагрузки обмоток трансформатора оказывает существенное влияние на срок службы изоляции и величину затрат. Величинадолжна быть такой, чтобы перегрев обмоток над маслом был не выше 25⁰С.

В качестве оптимальных можно рекомендовать зоны значений , приведённых в табл. 2.10.

Табл. 2.10.Рекомендуемые значения для медных и алюминиевых обмоток.

Диапазон мощностей кВ·А	, Вт/м2
	Медь	Алюминий
25100	450750	350450
1601000	400900	400800

2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.

Разработки новых трансформаторов выполняются в соответствии с заданными (или выбранными) критериями, обеспечивающими их необходимые технико-экономические параметры. Эти критерии принято называть критериями оптимальности.

Оптимальным расчетным вариантом трансформатора принято называть тот расчетный вариант, в котором наряду с удовлетворением всех необходимых технических требований обеспечиваются наилучшие (обычно минимальные) значения критериев оптимальности.

Критерии оптимальности устанавливаются (выбираются) в зависимости от назначения проектируемого трансформатора. Ими могут служить масса, габариты, стоимость, уровень потерь электрической энергии и т.д.

Для трансформаторов общепромышленного применения используются свернутые (скалярные) критерии, в которых с определенными весовыми коэффициентами учитывается ряд частных критериев, характеризующих затраты на трансформацию электрической энергии. Критерии других показателей трансформатора при таком подходе рассматриваются как ограничения или дополнительные характеристики (шум, вибрация, экологичность, удобство и диапазон регулирования напряжения) и др.

В ряде стран СНГ в течении многих лет как технико-экономический критерий используется критерий приведенных затрат. В эти затраты входят [2, 3, 7] стоимость (цена) трансформатора, все эксплуатационные расходы и капитальные вложения, обусловленные включением трансформатора во всех звеньях системы электроснабжения от места установки трансформатора в энергосистеме до электростанции. Эти затраты, отнесенные обычно к определенному периоду эксплуатации трансформатора в конкретной энергетической системе, принято называть приведенными затратами на трансформацию электрической энергии. Коэффициенты значимости составляющих затрат в этом критерии определялись с учетом плановой экономики и в настоящее время в значительной части утратили свое практическое значение.

Оптимальным по приведенным затратам считается расчетный вариант трансформатора, в котором выполняются все поставленные технические требования, обеспечиваются заданные технические характеристики, а приведенные затраты минимальны.

В современных условиях, когда в ведущих странах мира и в Украине реализуется рыночная экономика, целесообразно использовать как критерий экономической эффективности критерий капитализированных затрат, который по математической структуре аналогичен критерию приведенных затрат, но коэффициенты значимости его составляющих определяются исходя из современных экономических показателей, как капитализованные величины.

При оптимальном проектировании трансформаторов экономическую оценку и сопоставление вариантов расчета целесообразно выполнять уже на той стадии, когда проектировщику известны их основные размеры, массы активных материалов (электротехнической стали магнитной системы и провода обмоток) и потери. Это обусловлено тем, что ряд составляющих затрат (особенно при заданной величине напряжения короткого замыкания) практически не изменяются (стоимость вводов, отводов, переключающего устройства, компенсации реактивной мощности и т.д.).

С учетом этих соображений и сформированы математические модели приведенных и капитализированных затрат трансформацию электрической энергии, представленные далее.