2.3. Расчет обмоток вн
2.3.1. Общие замечания
Определяются число витков обмотки для получения номинального напряжения и всех ступеней регулирования, плотность тока (предварительно), ориентировочное сечение витка. Выполняется глубокий анализ всех вариантов и выбирается тип провода и тип обмотки, а также схема регулировочных ответвлений.
Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения и напряжений всех ответвлений.
Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле:
,
(2.88)
где
− по формуле (2.3) с учетом округления;
,
– по формуле (1.4) или (1.6).
Число витков на одной ступени регулирования напряжения
,
(2.89)
где
– по формуле (1.4) или (1.6);
– по формуле (2.4).
Полученные
округлить до ближайшего целого числа.
Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях при четырех ступенях регулирования равно:
– на
верхних ступенях:
;
;
– при
номинальном напряжении:
;
– на
нижних ступенях:
;
.
Плотность
тока
в обмотке ВН предварительно определяется
по формуле:
,
(2.90)
где
– по формуле (2.2);
− по формуле (2.12), или (2.22), или (2.33), или
(2.45), или (2.66), или (2.81) для соответствующего
типа обмотки НН.
Отметим,
что предварительно рассчитанное
в дальнейшем будет уточнено.
Заданное ориентировочное сечение витка обмотки ВН
,
(2.91)
где
– по формуле (1.3) или (1.5);
– по формуле (2.90).
Предварительно
рассчитанное
в дальнейшем также будет уточнено.
Методика выбора типа провода и типа обмотки для обмотки ВН такая же, как и для обмотки НН.
Исходя из ориентировочного сечения витка обмотки, подберите по прил. 7 и 8 необходимое сечение провода для вариантов как круглого, так и прямоугольного. Какой из них выбрать окончательно, определим позже. Если в задании разрешено использовать по выбору и медный, и алюминиевый провод, предварительно рассмотрите оба варианта. При этом могут возникнуть следующие ситуации:
1. Ориентировочное сечение провода настолько мало, что соответствующий прямоугольный провод отсутствует – проверьте круглый провод, сортамент которого представлен для более малых сечений, чем сортамент прямоугольного.
2. Ориентировочное сечение провода немного больше максимального по сортаменту – выберите два одинаковых параллельных провода близкого суммарного сечения.
3. Ориентировочное сечение провода в несколько раз больше максимального по сортаменту (наиболее частая ситуация) – выберите соответствующее число одинаковых параллельных проводов близкого суммарного сечения.
После выбранных вариантов проводов дальнейший расчет зависит от выбранного типа обмотки ВН.
Внимательно изучите таблицу, приведенную в прил. 9. Далее для указанного в задании материала обмоток (медь и/или алюминий) и выбранных выше круглого и/или прямоугольного проводов проанализируйте возможность использования каждого типа обмотки, исходя из допустимого числа параллельных проводов (исключите неподходящие варианты). Затем выполните то же самое, исходя из пределов применения обмоток по мощности, току на стержень, напряжению и сечению витка (исключите неподходящие варианты). Если к трансформатору предъявляются какие-либо особые требования (в пределах данного проекта их нет), то проанализируйте основные достоинства и недостатки обмоток (исключите неподходящие варианты).
Если в результате такого анализа остался только один вариант типа обмотки, то дальнейшая задача расчетов облегчается (тип обмотки определен). Если же остались несколько типов обмоток, то вполне возможно, что все эти варианты действительно подходят, тогда можно выбрать любой из них. В противном случае какой-либо из вариантов может не подойти, но это выяснится уже в процессе окончательного расчета. Поэтому, опираясь на большой опыт расчетов трансформаторов, предлагаем еще один способ определить нужный тип обмотки.
При расчете обмоток ВН, как правило, получается большое количество витков. Это не позволяет использовать одно- и двухслойную цилиндрическую обмотки. Также большое количество витков не позволяет использовать и винтовую обмотку, которая вообще наматывается только в один слой (причем часто с выполнением еще и радиальных каналов). Использование ленты при большом числе витков требует делать ее толщину настолько маленькой, что намотку придется вести из фольги, а это трудно и нецелесообразно. Поэтому остается всего два варианта обмоток: многослойная цилиндрическая (из прямоугольного или круглого провода) и катушечная.
В обмотке ВН выполняют ответвления для регулирования напряжения путем ПБВ после отключения всех обмоток от сети. В ГОСТ 12022–76, ГОСТ 11920–85, ГОСТ 12965–85 предусмотрено пять ответвлений на +5 %; +2,5 %; 0 %; –2,5 %; –5 % от номинального напряжения. Основные схемы выполнения регулировочных ответвлений приведены на рис. 2.11.
Схему регулировочных ответвлений выбирают по мощности и номинальному напряжению трансформатора с учетом типа и схемы соединения обмотки ВН (прил. 9). Задача выбора нужной схемы упрощается, так как в пределах данного курсового проекта обмотка ВН может быть либо цилиндрическая, либо катушечная.
Схему на рис. 2.11, а применяют для регулирования напряжения в трансформаторах мощностью до 160 кВ∙А с многослойной цилиндрической обмоткой ВН. Здесь регулировочные витки расположены в наружном слое обмотки несимметрично относительно середины ее высоты. При больших мощностях с многослойной цилиндрической обмоткой ВН механические силы, действующие на отдельные витки при коротком замыкании трансформатора, могут быть опасными, и регулировочные витки обмотки ВН рекомендуется размещать также в наружном слое обмотки, но симметрично относительно середины ее высоты (рис. 2.11, б).
В катушечной обмотке на напряжение до 35 кВ регулировочные катушки размещают в конце фазы (рис. 2.11, в), однако при соединении обмотки в «треугольник» данную схему не применяют. Схема (рис. 2.11, г) с регулировочными катушками в середине обмотки применима для катушечных обмоток на напряжение от 3 до 220 кВ.
Выберите подходящую схему для выбранного типа обмотки.
Рассмотрим расчет каждого варианта обмоток (см. свой предполагаемый вариант).