Розрахунок обмотки вн
Визначаємо число витків, необхідних для отримання номінальної напруги, за формулою:
=
. (4.31)
Число витків на одній ступені регулювання напруги
=
/
, (4.32)
де - напруга на одній ступені регулювання, В;
- напруга одного витка обмотки, В.
Ступені регулювання напруги однакові між собою, що обумовлює також однаковість чисел витків у ступенях. Тому, число витків обмотки на відводах дорівнює:
- верхня
+2
;
- верхня середня + ;
- при номінальній напрузі ;
- нижня середня – ;
- нижня –2 .
Осьовий розмір
обмотки ВН дорівнює осьовому розміру
= . (4.33)
Густина струму, А/м2, в обмотці ВН визначається попередньо за формулою:
≈2
–
. (4.34)
Переріз витка обмотки ВН, мм2, попередньо визначається за формулою:
=
/(
10-6)
. (4.35)
Після того як обмотка ВН розрахована і уявно розміщена на стержні, для попередньої оцінки її нагріву визначається густина теплового потоку на її охолоджуваній поверхні, Вт/м2, за формулою:
.
(4.36)
Подальший розрахунок залежить від конструкції обмотки.
Розрахунок багатошарової циліндричної обмотки
із круглого провідника
За перерізом і асортиментом обмоткового провода (див. табл.2.4) вибираємо провід необхідного перерізу. Вибрані розміри провода записуються так:
Марка провода
,
мм ,
де - число паралельних проводів.
Повний переріз витка, м2,
=
10-6
, (4.37)
де - переріз одного провода, мм2.
Густину струму, А/м2, визначаємо за формулою:
= / . (4.38)
Число витків у шару обмотки дорівнює
=
103/(
)–1
. (4.39)
Число шарів в обмотці
=
/
,
(4.40)
(
заокруглюється до найближчого більшого
числа).
Робоча напруга двох шарів, В,
=2
.
(4.41)
За робочою напругою
двох шарів і табл.2.13 вибираємо число
шарів і загальну товщину
кабельного паперу для ізоляції між
двома шарами обмотки.
У більшості випадків за умовами охолодження обмотка кожного стержня виготовляється у вигляді двох концентричних котушок з осьовим масляним каналом між ними. Число шарів внутрішньої котушки не повинно перевищувати 35-40% загального числа шарів обмотки. Якщо така обмотка використовується як обмотка НН, то числа шарів внутрішньої і зовнішньої котушок однакові.
Ширина масляного
каналу між котушками
вибирається за табл. 8.2.
В обмотках класу напруги 20 і 35 кВ під внутрішнім шаром обмотки встановлюють металевий екран – незамкнений циліндр із алюмінієвого листа товщиною 0,5 мм. Екран з'єднується електрично з лінійним кінцем обмотки (початок внутрішнього шару) та ізолюється від внутрішнього шару обмотки міжшаровою ізоляцією.
Радіальні розміри обмотки, м:
- одна котушка без екрана
=[
+
(
–1)]10-3
; (4.42)
- дві котушки без екрана
=[ + ( –1)+ ]10-3. (4.43)
За наявності екрана радіальний розмір обмотки визначають за формулою:
ЕКР=
+[
+2
]10-3
, (4.44)
де - визначається за формулою (4.42) або (4.43); =0,5мм; -за табл.2.13.
Для робочої напруги 35 кВ можна прийняти додаткове збільшення радіального розміру обмотки за рахунок екрана і двох шарів міжшарової ізоляції на 3 мм.
Мінімальний радіальний розмір а12, мм, осьового каналу між обмотками НН та ВН і товщина ізоляційного циліндра вибираються згідно з §2.5.
В обмотках з екраном радіальний розмір ЕКР, визначений за (4.44), використовується тільки для визначення розмірів обмотки. При визначенні е.р.с. розсіяння для цих обмоток слід брати розмір визначений за (4.42) або (4.43) і збільшити розрахункову ширину масляного каналу між обмотками, тобто вважати
=(
а12+
+2
)10-3
. (4.45)
Внутрішній діаметр обмотки (за наявності екрана – до його внутрішньої ізоляції), м,
=
–2
. (4.46)
Зовнішній діаметр обмотки:
- без екрана
=
+2
,
(4.47)
- з екраном
=
+2
.
(4.48)
Ізоляційний
проміжок між зовнішніми обмотками
сусідніх стержнів
визначаємо за табл. 2.10.
Поверхня охолодження, м2,
=
(
+
)
,
(4.49)
де - число стержнів магнітної системи ( =3).
Для однієї котушки, що намотана безпосередньо на циліндр, рис. 2.25,а; =1; =1.
Для однієї котушки, рис. 2.25, б =1; =0,88.
Для двох котушок, рис. 2.25, г =1,5; =0,83.
Для двох котушок, рис. 2.25, д =2; =0,8.
Коефіцієнт в (4.49) ураховує закривання частин поверхонь обмотки ізоляційними деталями та число внутрішніх і зовнішніх поверхонь. Для внутрішніх поверхонь =0,75. Для зовнішньої поверхні при вільному доступі масла =1. При використанні цього типу обмотки на стороні НН (внутрішня обмотка, рис. 2.25,в) в (4.49) треба прийняти =0,75; =2.
Розрахунок багатошарової циліндричної обмотки
з прямокутного провідника
Такий тип обмоток
(рис.4.7) може використовуватись як обмотки
ВН у масляних трансформаторах із класами
напруг 10 і 35 кВ та потужністю 1000 кВА і
більше. Після визначення величин
,
,
необхідно вибрати 1-3 паралельних проводів
загальним перерізом
так, щоб густина теплового потоку на
охолоджуваній поверхні обмотки
не перевищувала гранично допустимих
значень
=1200÷1400
Вт/м2 і додаткові втрати не
перевищували прийнятий рівень (від 5%
до 20%).
Рис. 4.7. Переріз багатошарової циліндричної обмотки
із прямокутного провідника:
1 – провід; 2 – електростатичний екран; 3 – паперово-бакелітове опорне кільце шару; 4 – міжшарова ізоляція із кабельного паперу; 5 – рейка з електроізоляційного картону
Сумарний радіальний розмір провідників, м, що необхідний для отримання повного перерізу усіх витків обмотки, для обмотки ВН
=
/(
),
(4.50)
де =0,92 – коефіцієнт, що ураховує ізоляцію мідних проводів в осьовому напрямку обмотки.
Якщо обчислений за (4.50) розмір буде більший, ніж допустимий за густиною теплового потоку, то обмотку слід розділити на дві або три концентричні котушки так, щоб у кожної із них сумарний розмір не перевищував допустимий. Ширина кожного осьового каналу між котушками дорівнює 0,01 , але не менше 5 мм.
Радіальний розмір
провідника
і число шарів
необхідно вибрати так, щоб додаткові
втрати в обмотці не перевищили допустиме
значення.
Реальний переріз провідників вибирається за табл. 2.5 і записується так:
Марка провідника
.
Повний переріз витка, м2,
=nB2 10-6 , (4.51)
де – переріз одного провідника.
Густина струму, А/м2,
= / . (4.52)
Число витків у шару
=
103
1
. (4.53)
Число шарів в обмотці
2= / , (4.54)
( 2 заокруглюється до ближчого більшого числа).
Робоча напруга двох шарів, В,
=2 . (4.55)
За робочою напругою двох шарів і табл. 2.13 вибирається число шарів і загальна товщина кабельного паперу як ізоляція між двома шарами обмотки.
В обмотках класів напруги 20 і 35 кВ під внутрішнім шаром обмотки встановлюється металевий екран – незамкнений циліндр із листа немагнітного металу товщиною 0,5 мм. Екран з'єднується електрично з лінійним кінцем обмотки та ізолюється від внутрішнього шару обмотки звичайною міжшаровою ізоляцією. Така ж ізоляція екрана встановлюється з боку масляного каналу.
Радіальний розмір обмотки без екрана, м,
=[
+
(
–1)+
]10-3,
(4.56)
де - радіальний розмір каналу, мм; - число осьових каналів.
Радіальний розмір обмотки з екраном, м,
= +0,003 . (4.57)
Розмір осьового каналу між обмотками НН і ВН та товщина ізоляції вибираються за таблицями згідно з §2.5 для масляних трансформаторів.
В обмотках з екраном радіальний розмір , визначений за (4.57), приймається до розрахунку тільки при визначенні розмірів обмотки. При розрахунку е.р.с. розсіяння для цих обмоток треба брати величину розміру визначену за (4.56), і відповідно збільшити ширину масляного каналу між обмотками
=(
+3)10-3
. (4.58)
Внутрішній діаметр обмотки (за наявності екрана – до його внутрішньої ізоляції), м,
= +2 . (4.59)
Зовнішній діаметр обмотки, м:
- без екрана
= +2 ; (4.60)
- з екраном
= +2 . (4.61)
Проміжок між обмотками сусідніх стержнів вибирають згідно з вказівками §2.4.
Схема розміщень регулювальних відводів приймається за рис.4.5.
Поверхню охолодження, м2, визначають за формулою:
= ( + ) . (4.62)
Для обмотки ВН із двох котушок =2; =0,8, для цієї ж обмотки як НН =2; =0,75.
Розрахунок неперервної котушкової обмотки (рис.2.29)
Орієнтовний переріз витка визначаємо за формулою:
.
(4.63)
До визначеного перерізу витка за табл.2.5 підбираємо необхідний переріз одного або чотирьох прямокутних провідників. Більший розмір провода в при цьому не повинен перевищувати граничний розмір, визначений за допустимим значенням теплонагріву.
Вибрані розміри провода записуються так:
Марка провода ×
.
(4.64)
За прийнятим перерізом провода , мм2, визначаємо повний переріз витка, м2,
.
(4.65)
Густина струму, А/м2, дорівнює
.
(4.66)
Перерізу
відповідає декілька перерізів провода
з різними співвідношеннями сторін в
/ а, що дає можливість використання
багатьох варіантів розміщення витків
котушки. Для отримання більш компактної
конструкції обмотки рекомендується
вибирати з асортименту більші перерізи
при меншому числі паралельних провідників
і перерізи з більшим розміром в. При
цьому необхідно дотримуватись таких
правил:
загальне число котушок має бути парним, різних видів котушок – не більше чотирьох;
робоча напруга однієї котушки для класів напруг до 35 кВ не повинна перевищувати 800÷1000 В;
при номінальній напрузі обмотки ВН понад 20 кВ усі витки, що використовуються для регулювання напруги, і витки з підсиленою ізоляцією необхідно розміщувати в окремих котушках;
число витків котушки може бути цілим і дробовим (в останньому випадку знаменником дробу повинно бути число, що дорівнює числу рейок по колу обмотки);
осьовий розмір
обмотки ВН після сушки і пресування
повинен співпадати з висотою
обмотки НН.
Висота котушки
в цій обмотці дорівнює більшому розміру
провода з ізоляцією
.
Висота радіального
каналу
в масляних трансформаторах потужністю
від 160 кВА до 6300 кВА і напрузі до 35 кВ
знаходиться в межах 4÷6 мм.
Число котушок на одному стержні орієнтовно визначають за формулою:
,
(4.67)
де
,
- в мм.
Для здвоєних котушок з шайбами в подвійних котушках і з каналами між подвійними котушками число котушок визначають за формулою:
.
(4.68)
Число витків котушки орієнтовно визначають за формулою:
.
(4.69)
Осьовий розмір обмотки з каналами між усіма котушками, м, дорівнює
.
(4.70)
Для обмотки з шайбами в подвійних котушках і каналами між подвійними котушками
.
(4.71)
Радіальний розмір обмотки, м,
,
(4.72)
де
- число витків котушки, заокруглене до
найбільшого цілого числа;
- радіальний розмір
провода, мм.
Внутрішній і зовнішній діаметри обмотки визначають за формулами (4.59) і (4.60).