3.3. Выбор конструкции и расчет обмоток

Конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т. п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать по данным табл. П8 и П10.

Обмотки одно- или двухслойные и винтовые используются только на стороне НН, многослойные из круглого провода, как правило, – на стороне ВН, катушечные из прямоугольного провода могут быть использованы на любой стороне трансформатора.

Многослойная обмотка из круглого провода наиболее проста в изгото­влении, однако имеет наихудшие условия охлаждения. Обмотка из прямоугольного провода имеет более лучшие условия охлаждения, проста в изготовлении и в связи с этим широко используется в практике трансфор­маторостроения. Катушечная обмотка является наиболее универсальной, достаточно простой и хорошо охлаждаемой. Поэтому для дальнейшего рас­смотрения выбираем обмотку непрерывную катушечную из прямоугольного провода (принять для всех вариантов).

Катушкой называется группа последовательно соединенных витков об­мотки, конструктивно объединенная и отделенная от других таких же групп или от других обмоток трансформатора. Следовательно, каждая обмотка может состоять из одной, двух, нескольких или многих катушек.

Во всех типах обмоток принято различать осевое и радиальное направ­ления. Осевым считается направление, параллельное оси стержня трансформатора, на который насаживается данная обмотка. Радиальным считается направление любого радиуса окружности обмотки. В этом смысле принято говорить также об осевых и о радиальных каналах (рис. П5).

Расчет обмоток проводим в следующей последовательности.

1. Расчет обмотки НН.

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле

,

где U_фНН  фазное напряжение НН;

u_в  ЭДС одного витка.

Тогда число витков на одну фазу обмотки НН составит

= 10500 / 29,16 = 360 витков (округляем до целого числа).

Уточняем ЭДС одного витка:

= 10 500 / 360 = 29,17 В.

Действительная индукция в стержне уточняется по формуле

= = 1,65 Тл.

Ориентировочное сечение витка НН определяется как

= 200 / 1,8 = 111 мм²,

где J  средняя плотность тока в обмотках, равная 1,8 А/мм² (по табл. П9 для алюминиевого провода).

К этому сечению витка по сортаменту обмоточного провода (табл. П11) подбираются число параллельных прямоугольных проводов, обычно равное 2 (не более 4–6), и подходящие сечения прямоугольного провода. По табл. П11 выбираем провод с номинальными размерами по стороне а и сто­роне b с изоляцией на две стороны 0,5 мм (см. рис. П6).

Подобранные размеры провода записываются следующим образом:

Марка провода × Число параллельных проводов × × ;

АПБ ∙ n_пр ∙ = 2 ∙ = 2 ∙ 56,25 = 112,5 мм²,

где АПБ – марка алюминиевого (круглого и прямоугольного сечения) провода (медные провода имеют марку ПБ);

n_пр – число проводников в витке, которое подобрано из расчета, что их суммарное сечение должно быть близким к рассчитанному (111 мм²), т. е. по табл. П11 подбираем два провода в витке НН с сечением каждого провода 111 / 2 = 55,5 мм², ближайшее будет 56,25 мм².

Следовательно, реальное сечение витка из двух параллельных проводов НН принимается равным

= 2 ∙ 56,5 = 112,5 мм².

Уточняем плотность тока:

= 200 / 112,5 = 1,777 А/мм².

Число катушек на одном стержне определяем по формуле

,

где h_канНН – осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ∙А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6). Принимаем h_канНН = 0,4 см, тогда

.

Принимаем n_катНН = 60, тогда число витков в катушках НН (округляем до целого числа) составит

Определяем высоту обмотки НН:

= = = 123 см,

где k_у – коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрес­совки обмотки, принимается равным 0,94÷0,96 (принимаем равным 0,95).

Определяем радиальный размер обмотки:

= 0,405 ∙ 2 ∙ 6 = 4,86 см.

Внутренний диаметр обмотки:

см.

Наружный диаметр обмотки:

см.

2. Расчет обмотки ВН.

Число витков при номинальном напряжении на одну фазу обмотки ВН:

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой. В этом случае число витков обмотки на одной ступени регулирования составит

= 2,5 ∙ 693 / 100 = 17,325,

где 2,5 – процентная ступень регулирования.

Принимаем _р = 17 витков.

Обычно ответвления для регулирования напряжения выполняют от на­ружных витков обмотки ВН. Для трансформаторов типа ТМ обычно применяется регулирование напряжения без возбуждения (ПБВ).

Число витков на ответвлениях на верхних ступенях:

Число витков на номинальное напряжение _номВН = 693.

Число витков на ответвлениях на нижних ступенях:

;

.

Ориентировочная плотность тока:

= 2 ∙ 1,8 ‒ 1,777 = 1,823 А/мм².

Ориентировочное сечение витка:

= 104 / 1,823 = 57,04 мм².

По полученному сечению витка (см. табл. П11) подбираем число и реальное сечение провода ВН:

где АПБ – марка провода;

n_пр – число проводников в витке ВН, по табл. П10 принимаем равным 1, т. е. один провод в витке ВН, так как самое близкое к расчетному значению 57,04 мм².

Следовательно, реальное сечение витка ВН принимается равным

= 56,25 мм².

Уточняем плотность тока:

= 104 / 56,25 = 1,849 А/мм².

Таким образом, получили унифицированный провод, т. е. один и тот же в обеих обмотках НН и ВН, поэтому и число катушек ВН в первом прибли­жении примем равным числу катушек НН, т. е. n_катВН = 60. Если в дальней­шем при расчете высоты обмотки ВН H_0ВН окажется, что этот размер силь­но отличается от высоты обмотки НН H_0НН, следует изменить число катушек ВН n_катВН, но в любом случае число должно быть четным, чтобы была возможность симметричного регулирования напряжения как в сторону повышения напряжения, так и в сторону его снижения. При незначительных расхождениях в высотах обмоток ВН и НН следует принять высоту обмоток, равной среднему из высот ВН и НН.

Обычно в обмотке ВН выделяют регулировочную часть (иногда в виде отдельной обмотки) и разделяют на ряд ступеней с необходимым числом витков, концы которых выводят с помощью ответвлений (катушечные обмотки).

Тогда из расчета, что число витков на одной ступени регулирования равно 17, предусматриваем на каждую ступень регулирования по две катушки с числом витков в каждой по 8,5. Поэтому регулировочных катушек будет (2 кат. × 4 отв.) = 8 катушек. Следовательно, основных катушек будет 60 – 8 = 52 (рис. П7).

Число витков в основных катушках ВН (округляем до целого):

= 693 / 52 = 13.

Определяем высоту обмотки ВН:

= = 1,65 ∙ 60 + 0,94 ∙ [0,4 ∙ (60 ‒ 2) + 1,5] = 123 см,

где h_{кан ВН}  осевой размер (высота) канала (в трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ∙А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,6), принимаем 0,4 см;

h_{кан р}  высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных витков, выбирается по изоляционным соображениям и рекомендуется принять равной 1,5 см;

k_у – коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрес­совки обмотки, принимается равным 0,94÷0,96 (принимаем равным 0,94).

Как видим, высота обмотки ВН совпадает с высотой обмотки НН:

= = = 123 см.

Следовательно, число катушек ВН не изменяем и принимаем равным n_катВН = 60.

Определяем радиальный размер обмотки:

= 4,05 ∙ 1 ∙ 13 = 5,27 см.

Внутренний диаметр обмотки:

см.

Наружный диаметр обмотки:

см.