3. Расчёт обмоток трансформатора

3.1. Выбор типа обмоток ВН и НН

Выбор типа обмоток трансформатора производится с учетом эксп­луатационных и производственных требований, предъявляемых к транс­форматорам [13]. Предварительно следует определить ЭДС одного вит­ка Uв, среднюю плотность тока в обмотках Δср А/м и площадь сечения витка П, м. ЭДС витка, В,

, (3.1)

где П_с - площадь активного сечения стержня, т.е. чистое сечение стали, м. Площадь сечения П_с можно определить через коэффи­циенты кз и ккр, воспользовавшись рекомендациями п.2.4 (кз = 0.95…0.96) и данным таблицы 2.2 или 2.3:

(3.2)

Однако в случае масляных трансформаторов предпочтительней определить Пс через коэффициент заполнения кз и площадь сечения фигуры стержня Пф.с, взятую из табл. 3.1, где Пф.я – площадь сечения фигуры ярма:

(3.3)

Таблица 3.1

Площади сечения стержня и ярма

	Без прессующей пластины				С прессующей пластины					С прессующей пластины
0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.14 0.16 0.18	43.3 56.7 72.0 86.2 112.3 141.5 183.5 232.8	44.8 58.2 73.2 89.7 115.3 144.0 188.3 237.6	0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40	277.9 342.5 407.9 478.0 556.2 644.7 732.7 828.6 910.3 1019.6 1143.2		279.4 343.7 409.4 488.5 566.6 654.2 743.9 837.4 917.5 1037.6 1150.4	0.42 0.45 0.48 0.50 0.53 0.56 0.60 0.63 0.67 0.71 0.75		1255.0 1451.2 1657.4 1788.4 2013.6 2258.9 2596.5 2697.0 3226.6 3651.2 4055.7		1270.0 1393.1 1670.1 1800.7 2030.8 2275.4 2618.4 2916.3 3273.0 3729.8 4140.2

Средняя плотность тока в обмотках определяется из условия получения заданных потерь короткого замыкания, :

для алюминия

,

для меди (7.6)

,

где - коэффициент, определяющий долю электрических потерь в обмотке от потерь короткого замыкания,< 1 (табл. 3.2);

- номинальная мощность, В·А - из выражения (2.5), м.

Таблица 3.2

Значения для трёхфазных масляных трансформаторов

кВ·А	До 100	160…630	1000…6300	10000…16000	25000…63000	80000…100000
	0.97	0.96…0.92	0.91…0.9	0.9…0.87	0.86…0.78	0.77…0.75

Во избежание грубых ошибок расчётные значения следует сверить с табл. 3.3, где приведены ориентировочные значения плотностей тока в обмотках современных трансформаторов.

Таблица 3.3

Средняя плотность тока в обмотках

а. Масляные трансформаторы

кВ·А	25…40	63…630	1000…6300	10000…16000	25000…80000
	Алюминий
	1.2…1.4	1.4…1.8	1.5…1.8	1.2…1.5	-
	Медь
	1.8…2.2	2.2…2.8	2.3…2.8	2.2…2.6	2.2…1.6

б. Сухие трансформаторы

кВ·А	10…160;			160…1600;
Обмотка	Внутренняя НН	Наружная ВН	Внутренняя НН		Наружная ВН
	Алюминий			Алюминий
	1.3…0.9	1.3…0.8	1.2…0.8		1.4…1.7
	Медь			Медь
	2…1.4	2.2…2.8	2…1.2		2.1…2.6

Площади сечения витков обмоток НН и ВН, :

; .

Затем с помощью табл. 3.4 можно установить типы обмоток НН и ВН масляных трансформаторов, стремясь к применение одно-, двух- и многослойных цилиндрических обмоток как наиболее простых и дешевых в изготовлении. Если по табл. 3.4 проходит цилиндрическая обмотка, то сразу же следует определить число цилиндрических поверхностей соприкосновения такой обмотки с маслом исходя из допусти­мой плотности теплового потока,,

, (3.5)

откуда, полагая = [], можно определитьокруглив его до ближайшего целого числа; с =m в случае трехстержневого трансформатора; - площадь поверхности цилиадра, м²; 0,75 - коэф­фициент, учитывающий закрытие части поверхности рейками; .

Число поверхностей соприкосновения цилиндрической обмотки с маслом определяет конструктивную схему такой обмотки. Так, при обмотку следует наматывать непосредственно на изоляцион­ный цилиндр; при= 2 на данный цилиндр перед намоткой сле­дует наложить рейки, при= 3 обмотку следует наматывать непосредственно на цилиндр, но внутри предусмотреть осевой охлаж­дающий канал, образованный рейками и разделяющий обмотку на две концентрические катушки - внутреннюю и наружную. При= 4 должны быть рейки на цилиндре и внутри обмотки. При> 4 из­готовление цилиндрической обмотки существенно усложняется, т.к. требуется два и более осевых канала внутри обмотки, и целесообраз­но применять другие типы обмоток (винтовые, катушечные), обладаю­щие развитыми поверхностями охлаждения.

При выборе типа обмоток для сухого трансформатора можно поль­зоваться табл. 3.4 с уменьшением наибольшего предела применения по току на один стержень на 30...35 %, а напряжение обмоток не должно быть более 15 кВ.

3.2. Расчет обмоток

После выбора типа обмоток необходимо ознакомиться с особеннос­тями их конструкция и выполнить расчет обмоток.

Таблица 3.4

Пределы применения различных типов обмоток масляных трансформаторов

Тип обмотки	Материал обмотки	Пределы применения					Число параллельных проводов			Схема регулирования напряжения
		по , кВ·А	поА	по U, кВ	По	от		до
Цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода	Алюминий	До 630	10… 650	До 6	7.21… 300	1		4…6 (плашмя) 6…8 (на ребро)	-
	Медь		15… 800		5.04… 250				Рис. 3.6, а, б
Цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода	Алюминий	630… 25000	10… 1200	10 и 35	7.21…500
	Медь	630… 80000	15… 1200		5.04…400
Цилиндрическая многослойная из круглого провода	Алюминий	До 630	2… 135	До35	1.43… 50.24	1		2
	Медь		0.3… 100		0.11…42			1
Винтовая одно-, двух- и многоходовая из прямоугольного провода (НН)	Алюминий	100 и выше	150 и выше	До35	75 и выше	4		12…16 и более	-
	Медь	160 и выше	300 и выше
Непрерывная катушечная из прямоугольного повода	Алюминий	100 и выше	10 и выше	3… 220	7.21 и выше	1		3…5	Рис. 3.6, в, г
	Медь	160 и выше	15 и выше		5.04 и выше
Цилиндрическая многослойная и катушечная из алюминиевой фольги	Алюминий	25… 630	1.5… 300	До10	1… 120			1	-

3.2.1. Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода

Эту обмотку чаще всего применяют как обмотку НН в трансформато­рах мощностью до 630 кВ·А и выполняют в один, два и иногда три слоя. Витки наматываются по винтовой линии впритык друг к другу. Вертикальные (осевые) каналы между слоями или между обмоткой и изоляционным цилиндром, если они предусмотрены, в обмотках с напря­жением меньше 35 кВ образуют с помощью деревянных реек шириной до 0.015 м, к которым с обеих сторон приклеены полоски из электрокар­тона толщиной 0.0005 м. Число реек в трансформаторах мощностью до 100 кВ·А - 6, в трансформаторах мощностью от 100 до 630 кВ·А - 8. Минимальные размеры вертикальных охлаждающих каналов зависят от высоты обмотки и для масляных трансформаторов приведены в табл. 3.5, а для сухих - в табл. 3.6.

Таблица 3.5

Минимальные размеры охлаждающих каналов в обмотках масляных трансформаторов

Ширина вертикальных каналов, м					Высота горизонталь­ных каналов, м
Длина ка­нала, м	Обмотка-обмотка	Обмотка-цилиндр	Обмотка-стержень	Длина ка­нала, м		Обмотка-обмотка
До 0.3 0.3…0.5 0.5…1.0 1.0…1.5	0.004…0.005 0.005…0.006 0.006…0.008 0.008…0.01	0.004…0.005 '' 0.005…0.006 0.006…0.008	0.004…0.005 0.005…0.006 0.006…0.008 0.008…0.01	До 0.04 0.04…0.06 0.06…0.07 0.07…0.08		0.004 0.005 0.006 0.007

Таблица 3.6

Размеры каналов в сухих трансформаторах

Класс изоляции	Допустимые пре­вышения температур,ºС	Плотность теплового потока, Bt/,при ширине верти­кального канала, м				Плотность теплового потока, Вт/,при вы­соте горизонтального канала, м
		0.007	0.010	0.015	0.008		0.012	0.016
А Е…В F H	60 75…80 100 125	160 230 300 380	300 450 600 800	380 550 720 950	280 320 420 580		380 420 540 720	450 540 720 1000

Намотка провода может производиться на ребро или плашмя. При на­мотке на ребро увеличиваются добавочные потери в обмотках. Поэ­тому рекомендуется избегать данного способа, а в случае примене­ния употреблять провод с соотношением сторон поперечного сечения 1.3<<3. Обмотка может наматываться пучком параллельных проводов с одинаковыми радиальными размерами и расположенных один за другим в осевом направлении. Допускается применение параллель­ных проводов различных сечений, но не более двух сечений. Число параллельных проводов не более 4...6 при намотке плашмя и 6...8 при намотке на ребро.

Для выравнивания винтовой поверхности крайних витков к ним ка­перной лентой прикрепляют разрезные бумажно-бакелитовые клинооб­разные кольца, которые придают обмотке форму цилиндра и создают торцовую опорную поверхность обмотки.

Расчет обмотки начинают с определения числа витков

,

которое округляют до ближайшего целого числа. Здесь - фазное напряжение,- ЭДС одного витка по (3.1). После округленияуточняют ЭДС одного витка и индукцию в стержне:

,

.

После нахождения числа поверхностей (3.5) однозначно оп­ределяют число слоев, число витков в сдое, и ориенти­ровочный осевой размер витка. При=I...2 =1, при= 3...4= 2.

Число витков в слое

.

Ориентировочный осевой размер витка, , м,

,

где - высота обмотки, равнаяиз выражения (2.6) .

Ориентировочная площадь сечения витка, м²,

Зная высоту витка и площадь его сечения, по приложению 1 под­бираем размеры провода. Вначале просматривается возможность вы­полнения витка одним проводом. Если нет провода требуемой площади сечения , или не удовлетворяется размер, то прини­мают виток из нескольких параллельных проводов П_Л|Н при уклад-

ке их плашмя (рис. 3.1, а). Принимают =2…3 и определяют площадь сечения параллельного провода:

и высоту провода

По значению исогласно приложению 1 выбирают провод. Если не удается подоб­рать провод, то уве­личивает число па­раллельных проводов до 4…6 или распо­лагают их на ребро (рис. 3.1,6);

в пос­леднем случае может быть 6...8;

при намотке на ребро необходимо выполнять условие 1.3<<3.

Подобранные размеры проводов записывают так:

полная площадь сечения витка

.

Далее уточняем плотность тока

(3.6)

и осевой размер обмотки

.

Радиальный размер обмотки

(3.7)

где - радиальный канал между слоями (обмотка-обмотка) – см. табл. 3.5 и 3.6

Далее определяют массу металла обмотки, кг:

где - число активных стержней обмотки,

;

- внутренний диаметр обмотки,

- наружный диаметр обмотки,

;

- площадь сечения витка, ;

- плотность материала обмоточного провода, , для алюминиевого провода, для медного провода.

Расчёт основных электрических потерь в обмотке и коэффициента добавочных потерь представлен в выражениях (4.1), (4.3)… (4.6).

Действительная плотность теплового потока на поверхности обмотки, ,

(3.8)

Здесь - поверхность охлаждения,

:

- коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками,.

3.2.2. Многослойные цилиндрические обмотки из круглого провода

Эту обмотку широко применяют для НН и ВН в трансформаторах мощ­ностью до 630 кВ·А. Для предохранения обмотки от разряда между соседними слоями по ее торцевой поверхности высота межслойной изо­ляции 2 (рис. 3.2) делается обычно большей, чем высота обмотки, на 0.02...0.05 м, в зависимости от испытательного напряжения. Вырав­нивание высоты слоя обмот­ки с высотой междуслойной изоляции и создание твер­дой опорной поверхности обмотки осуществляется пу­тем прикрепления к каждому слою так называемых борти­ков 5 (свернутых в кольцо полосок из электрокартона) толщиной, равной толщине слоя.

В обмотках с напряжением 35·В для сглаживания неравномерного распре­деления напряжений при импульсах результаты даёт металлический экран (рис. 3.2) из латунного или медного листа толщиной (0.4...0.5)· м, свёрнутый в виде разрезанного цилиндра. Экран от первого (внутреннего) слоя обмотки изолируется; толщина изоляции равняется толщине междуслойной изоляции. При наличии экрана ввод линейного конца делается к внутреннему слою обмотки, экран электрически сое­диняется с началом обмотки, и в этом случае отпадает необходимость усиления изоляции входных катушек.

Расчет обмотки ВН начинают с определения числа витков, необхо­димого для получения номинального напряжения,

,

которое округляется до ближайшего целого числа.

Полное число витков обмотки

,

здесь - число регулировочных витков на одну ступень регули­рования,

,

округляется до ближайшего целого числа.

Распределение витков по ступеням:

верхняя ступень с пределом регулирования + 5 % - ;

верхняя ступень с пределом регулирования + 2,5 % - ;

ступень при номинальном напряжении -

нижняя ступень с пределом регулирования - 2,5 % - ;

нижняя ступень с пределом регулирования - 5 % - ;

Далее определяют ориентировочную площадь сечения витка, ,

,

где - предварительная плотность тока, ,

;

- действительная плотность тока в обмотке НН (3.6).

По сортаменту обмоточного провода (приложение 2) подбираем про­вод с диаметром неизолированного провода а диаметром изолиро­ванного провода. Если не удается подобрать провод нужного сечения, то принимают 2-3 параллельных провода=2...3, находят площадь сечения параллельного провода;

и для него по приложению 2 подбирают провод, который записывают следующим образом:

Марка провода

.

Полная площадь сечения витка

.

Действительная плотность тока

.

Число витков в одном слое

,

где - высота обмотки ВН, ,,

Полное число слоев в обмотке

,

округляется до ближайшего большего числа.

Рабочее напряжение двух слоев

.

По величине этого напряжения из табл. 3.7 находим число слоев кабельной бумаги и общую толщину междуслойнои изоляции ,,

× число слоёв кабельной бумаги.

В многослойной обмотке при прохождении теплового потока через ее толщу возникает значительный внутренний перепад температуры, для снижения которого уменьшает радиальный размер обмотки. Для этой цели обмотку подразделяют на две катушки с осевым каналом между ними. Число слоев внешней катушки обычно находится в пре­делах от 2/3 до 3/5 общего числа сдоев. Планки, образующие канал между катушками в обмотках с рабочим напряжением (6…10)·10³ В - могут быть деревянными, при напряжении 35·10³ В - целиком из электрокартона. Размеры канала (рис. 3.2) выбирает по табл. 3.5, а размеры и количество планок - так же, как в цилинд­рической обмотке из прямоугольного провода.

Радиальный размер обмотки с каналом между слоями

. (3.9)

Внутренний диаметр обмотки

.

Наружный диаметр обмотки

.

В обмотках класса напряжения 35·10³ В под внутреннем слоем обмотки устанавливает металлический экран - не замкнутый цилиндр латунного листа толщиной который изолируется с обеих сторон. При наличии экрана радиальный размер обмотки

.

Внутренний диаметр обмотки

.

Наружный диаметр обмотки

.

Таблица 3.7

Нормальная междуслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках

Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В	Число слоев кабельной бумаги и толщина	Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сто­рону), м
До 1000 включительно	2×0.12	0.010
1001…2000 2001…2000 3001…3500	3×0.12 4×0.12 5×0.12	0.016
3001…4000 4001…4500 4501…5000 5001…5500	6×0.12 7×0.12 8×0.12 9×0.12	0.022

При определении индуктивного сопротивления обмоток или реактив­ной составляющей напряжения короткого замыкания приведенный канал рассеяния для обмотки с экраном

, (3.10)

где ,

принимают из табл. 2.7 для

- из выражения (3.9), т.е. без учета экрана, который учтен в размере .

Расчет основных электрических потерь в обмотке и коэффи­циента добавочных потерьпредставлен в выражениях (4.2)... (4.6).

Действительная плотность теплового потока на поверхности обмотки

,

где - поверхность охлаждения,,

,

- число поверхностей соприкосновения обмотки с маслом;

= 3, если внутренняя часть обмотки наматывается на изоляционный цилиндр;

= 4 при намотке внут­ренней части на рейки; в обоих случаях внутри обмот­ки предусмотрен канал (обмотка-обмотка) – рис. 3.2 и табл. 3.6;

- коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками, 0.75;- средний диаметр обмотки,

3.2.3. Винтовая обмотка

Эту обмотку применяет как обмотку НН в трансформаторах мощность 100 кВ·А и выше при больших токах (600...800 А и выше). Сечение каждого витка (рис. 3.3) состоит из нескольких параллельных прово­дов прямоугольного сечения в количестве от 6 до 100 штук. Провода располагается плашмя в радиальном направлении. При выборе числа параллельных проводов следует исходить из того, чтобы радиальный размер одного провода для алюминиевой обмотки не превышал 3,8·м, а для медной - 3·м,

(в противном случае резко возрастают добавочные потери в проводе).

Винтовая обмотка может выполняться одним пупсом одинаковых па­раллельных проводов (одноходовая) либо несколькими пучками прово­дов (многоходовая обмотка).

Винтовую обмотку наматывают на жесткий бумажно-бакелитовый изо­ляционный цилиндр. Предварительно на цилиндр накладывают рейки 6 (рис. 3.3) из древесины или склеенных полосок элекарокартона. Чис­ло реек, образующих вертикальные каналы, выбирают в зависимости от мощности трансформатора: от 100 до 630 кВ·А - 8 реек, от 1000 до. 2500 кВ·А - 8...10 реек и от 4000 до 6300 кВ·А - 10...12 реек, при больших мощностях - 12...24 рейки.

Горизонтальные каналы между витками (катушками) образуют прок­ладками 3 из нескольких листов спрессованного электрокартона тол­щиной (0,5...3)· м. Ширину прокладки проверяют в дальнейшем по механической прочности, а затем по этой ширине согласно рис. 3.3 устанавливают ширину реек. Длину прокладки внутренней обмотки (обмотки НН) выбирают до расположенного снаружи изоляцион­ного цилиндра 2, служащего основанием для обмотки ВН, причем углы прокладок, упирающихся в данный цилиндр, необходимо скруг­лять. В трансформаторах большой мощности (1000 кВ·А и выше) при­меняется дополнительное крепление прокладок при помощи наружных реек 4. Эта "прошивка" наружных концов прокладок препятствует их смещению в горизонтальной плоскости и повышает стойкость обмоток по отношению к механическим усилиям при коротком замыкании. Кроме того, в этих трансформаторах для уменьшения осевых сдвигающих усилий при отключении регулировочных витков (катушек) обмотки ВН необходимо выполнить разгон витков (катушек) обмотки НН в зоне регулирования (в середине обмотки) увеличением, двух-трех гори­зонтальных каналов до0.015…0.02 м. Разгон необходимо учитывать при определении высоты обмотки.

Рис. 3.3. Размеры вертикальных реек и горизонтальных прокладок; 1 - обмотка НН; 2 - изоляционный цилиндр обмотки ВН; 3 - горизон­тальная прокладка; 4 - наружная вертикальная рейка для дополнитель­ного крепления прокладок; 5 - изоляционный

цилиндр обмотки НН; 6 -вертикальная рейка

Число витков в обмотке

округляют до ближайшего числа и уточняют ЭДС одного большего витка:

.

Выбор числа ходов обмотки зависит от осевого размера (высоты) од­ного витка.

Вначале принимают одноходовую обмотку с тремя транспозициями и находят высоту витка:

,

где - осевой размер масляного охлаждающего канала между витками,

ориентировочно =0,004…0,006 м.

Если не превышает 0,0185 м для алюминиевого провода и 0.015 м для медного провода, то применяют одноходовую обмотку, где число ходов .В этом случае, когда 0.035…0.04 м ≥>0.015 (или 0.0185) м, принимают двухходовую обмотку

с равномерно-распределенной транспозицией (рис. 3.4,6). Высоту витка в этом случае находят из выражения

.

При высоте витка > 0.045 м применяет четырехходовую обмот­ку с числом ходов(рис. 3.4,г). Эта обмотка чаще всего встречается в трансформаторах мощностью до 1.600 кВ·А и напряже­нии обмотки НН до 400 В.

Площадь сечения витка

.

Рис. 3.4. Осевые размеры витка винтовой обмотки: а) одноходовой; б) двухходовой с каналом между двумя группами проводов; в) двух­ходовой без канала; г) четырехходовой с каналами между всеми груп­пами проводов

В одноходовой обмотке , высота провода с изоляцией; в двухходовой обмотке ,;

в четырехходовой обмотке ,

Принимают вначале произвольное число параллельных проводов например от10 до 40, и находят площадь сечения одного провода:

.

Зная и высоту провода м (тип винтовой обмотки предварительно выбран), по приложению 1 выбирают размер прямоугольного провода так, чтобы радиальный размер провода лежал в пределах (1.81…3.8)·м. Если > 3.8·м, то необходимо увеличить число параллельных проводов, а если > 1.81·м, то уменьшить . Подобранные размеры про­вода записывают:

Марка провода .

Далее определяют осевой размер обмотки с каналами между все­ми катушками (между всеми группами проводов):

для одноходовой обмотки без разгона катушек

; (3.11)

для двухходовой обмотки с разгоном катушек

;

для четырехходовой обмотки с разгоном катушек

. (3.12)

- коэффициент, учитывающий усадку междукатушечных прок­ладок, - число разгонов катушек НН,- высота канала в местах разгона,

Требуемую высоту можно подкорректировать высотой кана­ла, которая может быть равна (4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5;7)·м , или высотой канала в местах разгона . Минимально допусти­мые размеры высот горизонтальных каналов приведены в табл. 3.5 и 3.6 в зависимости от радиального размера обмотки .

Радиальный размер обмотки

, (3.13)

где должно быть целым числом; в противном случае уточняют, площадь сечения витка

и плотность тока в обмотке

.

Плотность теплового потока:

для обмотки из алюминиевого провода

, (3.14)

для обмотки аз медного провода

,

где - коэффициент закрытия поверхности обмотки,;

- коэффициент добавочных потерь; расчет его приводится в выражениях (4.3)…(4.6).

Плотность теплового потока для масляных трансформаторов должна находиться в пределах 500...800 Вт/м². При≤ 300...400 Вт/м² можно применить сдвоенные витки или группы проводов. В этом слу­чае горизонтальный канал между этими витками или группами прово­дов заменяют прокладкой (шайбой) толщиной .

Чтобы сохранить высоту обмотки неизменной (), можно размер проводаоставить без изменения, увеличив горизонталь­ный канал между сдвоенными витками или сдвоенными группами проводов, можно сохранить неизменными горизонтальные каналы между сдвоенными витками или группами проводов, изменив размеры провода, увеличиви уменьшив.

При сдвоенных витках или группах проводов осевой размер опреде­ляют по формулам:

одноходовая обмотка без разгона витков (катушек)

(3.15)

двухходовая с разгоном катушек

; (3.16)

четырехходовая с разгоном катушек

(3.17)

Внутренний диаметр обмотки

Наружный диаметр обмотки

Средний диаметр витка

Расчет основных электрических потерь в обмотке приводится в выра­жении (4.1).

3.2.4. Непрерывная катушечная обмотка

Обмотку наматывают на жесткий бумажно-бакелитовый цилиндр на рейках, образующих вертикальный канал вдоль внутренней поверхнос­ти обмотки. Количество и размеры реек определяется аналогично вин­товой обмотке. В каждой катушке несколько витков. Высота катушки, т.е. осевой размер провода , определяется по рис. 3.5. Плотность теплового потока для алюминиевых обмоток принимается равной

500...800 . При этом необходимо иметь в виду, что большему значении , т.е. большему значению, соответствует мень­шее число катушек и лучше используется объем, отводимый под обмот­ку.

Параллельные провода в витке, число которых от 1 до 6, укладыва­ют плашмя. При определении числа параллельных проводов витка необходимо учитывать, что величина добавочных потерь обмотки про­порциональна четвертой степени радиального размера проводника . Для выравнивания активных и индуктивных сопротивлений проводов Битка при каждой перекладке делается одна общая транспозиция.

Непрерывная катушечная обмотка, как правило, не имеет паек, при этом переходы из одной катушки в другую выполняются с чередованием по наружной и по внутренней поверхностям обмотки. Достигается это за счет перекладывания всех нечетных (временных) катушек. Процесс намотки непрерывной обмотки показан на рис. 3.6.

Число катушек непрерывной обмотки, за очень редким исключением, четное, при этом начало и конец обмотки располагают или снаружи, или оба внутри обмотки. Нечетное число катушек применяют лишь в тех случаях, когда необходимо один конец вывести наружу, а другой - внутрь обмотки.

В каждой катушке может быть целое или дробное число витков, од­нако для упрощения намотки рекомендуется рассчитывать катушки с целым числом витков. Если все же выполняется обмотка с дробным числом витков в катушке, то знаменатель дроби должен определяться числом реек по окружности обмотки. Максимальный радиальный размер обмотки в этом случае определяется целым числом витков в катушке плюс один виток. При нахождении массы обмоточного провода катушки обычно разбивают на две группы: в одной группе определяется возмож­ное количество катушек с числом витком, равным целому числу витков в катушки, плюс один виток, и другая группа будет представлять все оставшиеся катушки с целым числом витков в катушке. Для каждой из этих групп находят массы обмоточного провода, которые затем суммируют.

Витки, служащие для регулирования напряжения в обмотке ВН, должны располагаться в отдельных регулировочных катушках, при этом регулировочные ответвления должны выполняться на переходах между катушками, а не от средних витков катушки. Обычно регули­ровочные ответвления выполняют от наружных переходов, т.е. регу­лировочные витки одной ступени регулирования должны располагаться в четном числе катушек (минимальное число 2). Ответвление or внут­реннего перехода менее удобны, чем от наружного, т.к. в этом случае внутренние регулировочные ответвления выполняет из полос ленты толщиной 1 мм, и для получения нужного поперечного сечения полосы складывает в несколько слоев. Такие ответвления припаивает к про­воду обмотки в соответствующем месте.

Рис. 3.5. Графики для ориентировочного определения размера провода по заданным ив катушечных, винтовых и цилиндри­ческих обмотках из прямоугольного провода:

а - алюминиевый провод; б - медный провод

Рис.3.6. Процесс намотки непрерывной катушечной обмотки

Если в регулировочных катушках число витков меньше, чем в основ­ных, то эти катушки "разгоняют" до требуемого наружного диаметра, закладывая при намотке между проводами полосы из электрокартона.

Расчет обмотки рассмотрим на примере обмотки ВН. Определив высоту катушки или высоту провода по рис. 3.5, находим предва­рительно полное число катушекдля случая, когда каналы вы­полнены между всеми катушками:

,

где округляем до ближайшего четного числа;- высота обмотки,;

- высота горизонтальных каналов, прини­каем

Далее необходимо рассчитать число витков , соответствую­щее номинальному напряжению:

округляем до ближайшего целого числа. Определяем число регулировочных витков на одну ступень регулирования напряже­ния. Если предел регулирования напряжения одной ступени 2.5%

;

округляем до ближайшего целого числа. Размещая все регули­ровочные витки в отдельных регулировочных катушках, минимальное число которых равно 8 (), находим число основных кату­шек:

.

Количество витков в этих основных катушках

при двух ступенях регулирования напряжения вниз от средней ступе­ни (- 2 х 2.5 %).

Ориентировочное число витков в одной основной катушке

.

Далее следует распределить основные витки по основным катушкам, принимая во внимание, что в одной обмотке можно применять не бо­лее четырех типов катушек с разным числом витков в катушке, а ра­диальные размеры наиболее широкой и наиболее узкой катушек обмот­ки стержня должны отличаться не более чем на двойную толщину про­вода. Исключение составляют регулировочные катушки, в которых вы­равнивание радиального размера до размера основных катушек осуще­ствляется путем вматывания между их витками полосок электротехни­ческого картона.

В трансформаторах новых серий при рабочем напряжении 35·В катушки с усиленной изоляцией не применяют.

Рассмотрим пример распределения витков по катушкам.

Дано: число витков на среднюю ступень регулирования , количество витков на одну ступень регулирования, полное число катушек обмотки ВН.

Находим количество основ­ных катушек:

.

Число витков в основных катушках

.

Выполнять обмотку с такой дробностью нежелательно, предпочтитель­но иметь целое число витков в катушке, например 8 или 9.

Если взять , то

Приняв (четное число), получаем 256 витков вместо 245; 2 витков лишних. Значит, в одиннадцати катушках число вит­ков должно быть на один виток меньше, т.е. равно 7 виткам.

Получаем следующее распределение витков по катушкам:

21 катушка основная по 8 витков = 168;

11 катушек основных по 7 витков = 77;

8 катушек регулировочных по 3 витка = 24.

Всего 40 катушек. Полное числе витков обмотки = 269. Для сохранения неизменной высоты обмотки при увеличениинадве катушки (32 вместо 30) можно несколько уменьшить высоту канала между катушками или высоту провода .

Радиальные каналы в непрерывной обмотке обычно выполняют меж­ду всеми катушками. Размеры прокладок представлены на рис. 3.3, а выбор их производится по ширине прокладки, определяемой по условию механической прочности.

Далее находим площадь сечения одного витка и плотность тока:

;

По сечению и осевому размеру провода- 0.005 м сог­ласно сортаменту обмоточного провода (приложение 1) выбираем провод. Если не удается подобрать провод или размерполучается боль­ше, то принимают несколько параллельных проводови находят площадь сечения параллельного провода:

.

Затем по сечению и размерувыбирают провод записывают его так:

марка провода

Уточняют площадь сечения витка и плотность тока

.

Высота обмотки с каналами между всеми катушками

, (3.18)

где - полное число катушек после распределения витков по катушкам;

- коэффициент, учитывающий усадку прокладок, ;

- высота горизонтального канала (минимально допустимые размеры каналов приведены в табл. 3.5 и 3.6);

-высота канала в месте разрыва обмотки, где размещаются катушки с регулировочными витками, м.

Требуемую высоту , можно получить за счет изменения высоты канала, которая может быть равна (4;4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7)м, или изменения высоты провода.

Радиальный размер обмотки

(3.19)

где - наибольшее число витков в основных катушках.

Плотность теплового потока:

для обмотки из алюминиевого провода

(3.20)

для обмотки из медного провода

(3.21)

Здесь , аопределяется по выражениям (4.3) ... (4.6).

Если < 500 Вт/м², то следует применять обмотку со сдвоен­ными катушками, между которыми будут проложены шайбы толщиной

м. Каналы будут только между сдвоен­ными катушками. Высота такой обмотки

. (3.22)

Требуемую высоту можно подобрать за счет канала или изменения высоты провода , сохраняя его сечение,

Плотность теплового потока для таких обмоток из алюминиевого провода

.

Внутренний диаметр обмотки

Наружный диаметр обмотки

.

Средний диаметр витка обмотки

Если непрерывная катушечная обмотка применяется в качестве обмотки НН, то расчет ее производится аналогично. Определяют число витков обмотки

и возможное число катушек по высоте обмотки

,

округляют до ближайшего четного числа, находят по рис. 3.5. В этой обмотке будут только основные витки, и произ­водят распределение витковпо катушкам . Число катушек ориентировочное и может быть изменено при распре­делении витков по катушкам (см. распределение витков по катушкам для обмотки ВН).

Рассчитывают площадь сечения витка

и подбирают размеры провода, принимая при необходимости несколько параллельных проводов .

Высота обмотки

где , ,- см. винтовую обмотку.

Высоту обмотки корректируют за счет канала или высоты провода Радиальный размер обмотки

.

Внутренний диаметр обмотки

.

Наружный диаметр обмотки

Средний диаметр витка

3.3. Регулирование напряжения обмоток ВН

Согласно ГОСТ 16110-70 регулирование напряжения силового транс­форматора может осуществляться путем переключения ответвлений об­моток без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток транс­форматора от сети и без перерыва нагрузки (РПН).

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВ·А с ПБВ ГОСТ 12022-66, 11920-73 и 12965-74 предусматривают выполне­ние в обмотках ВН (и СН) четырех ответвлений на + 5; + 2.5; -2.5; - 5% (± 2 × 2.5%) от номинального напряжения помимо основ­ного зажима с номинальным напряжением. Переключение ответвлений обмоток должно производиться специальными переключателями, вст­роенными в трансформатор, с рукоятками управления, выведенными из бака.

В сухих трансформаторах применяется регулирование напряжения ВН на ± 2 × 2.5 %, При этом регулировочные ответвления выводятся зеку зажимов, и пересоединение с одной ступени на другую осу­ществляется при отключении всех обмоток трансформатора от сети путём перестановки контактной пластины, зажимаемой под гайки кон­тактных шпилек.

Наиболее употребительные схемы выполнения .регулировочных от­ветвления в обмотках ВН и СН трансформаторов и стандартные обозначения начал, концов и ответвлений обмоток ВН представлены на рис. 3.7. Схемы регулирования напряжения вблизи нулевой точки при соединении обмотки в звезду, (рис. 3.7, а, б, в) допускают примене­ние наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформаторе. В таких схемах рабочее напряжение между от­дельными частями переключателя не превышает 10 % линейного напряжения трансформатора. В схеме 3.7, г часто применяют отдельные переключатели для обмотки каждой фазы трансформатора. Выполнение одного трехфазного переключателя для этой схемы представляет не­которые трудности, т.к. рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки. Сле­дует отметить, что регулирование напряжения сухих трансформаторов осуществляется по схеме 3.7, г.

Схема 3.7, а применяется при многослойной цилиндрической об­мотке в трансформаторах мощностью до 160 кВ·А включительно. В трансформаторах мощностью 250 кВ·А и выше по условию механической прочности обмоток при коротком замыкании трансформатора применяют схему 3,7, б с расположением регулировочных витков в наружном слое обмотки ВН и в середине высоты обмотки. Намотка регулировочных витков ведется тем же проводом и с тем же направлением намотки, что и основных витков обмотки.

По схеме 3.7, в регулируется напряжение при многослойной ци­линдрической катушечной и непрерывной катушечной обмотках с номи­нальным напряжением до 38,5 кВ включительно. При этом одна полови­на обмотки мотается правой, а другая левой намоткой. Схеме, 3.7, г может применяться для тех же обмоток, что и схема 3.7,в при но­минальном напряжении от 3 до 220 кВ.

Рис. 3.7. Схемы выполнения ответвлений в обмотке АН при регулировании напряжения

без возбуждения

При соединении обмотки ВН в треугольник в схемах регулирования многослойных цилиндрических обмоток (рис. 3,7, а и б) регулировоч­ные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы, в рабочее напряжение между контактами различных фаз на переключателе достигает 100 % номинального напряжения об­мотки. Непрерывная катушечная обмотка при соединении в треуголь­ник с расположением регулировочных витков по схеме 3.7,г допус­кает применение переключателей тех же типов, что и при соединении в звезду. Схема 3.7,в при соединении обмотки в треугольник не применяется.