6.3. Расчет обмоток вн

Расчет обмоток ВН начинается с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения, для напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле

ω_н2= ω₁. (6.27)

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду

ω_р= ΔU/(u_в). (6.28)

где ΔU — напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В; u_в — напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно ступени регулирования напряжения выполняются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях:

При двух ступенях:

• верхняя ступень напряжения ω2 = ωн2 + ωр; (6.29)

• при номинальном напряжении: ωн2;

• нижняя ступень напряжения ωн2 - ωр; (6.30)

На четырех ступенях:

верхние ступени напряжения ω2 = ωн2 + 2ωр, ωн2 + ωр; (6.31)

• при номинальном напряжении: ωн2

нижние ступени напряжения ωн2 - ωр, ωн2 - 2ωр. (6.32)

Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток двух стержней найденное число витков ω_н2 + ω_р или ω_н2 + 2ω_р является числом витков на один стержень. В однофазном трансформаторе с последовательным соединением обмоток двух стержней на одном стержне располагается половина этого числа витков.

Осевой размер обмотки ВН l₂ принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН l₁.

Плотность тока, А/м², в обмотке ВН предварительно определяется по формуле

J₂≈ 2 J_ср– J₁(6.33)

В тех случаях, когда потери короткого замыкания Р_к не заданы, для выбора плотности тока можно руководствоваться табл. 5.7.

Сечение витка обмотки ВН, мм², предварительно определяется по формуле

П₂' = I₂/( J₂- 10^-6).        (6.34)

После того как обмотка ВН рассчитана и размещена на стержне, для предварительной оценки ее нагрева определяется плотность теплового потока на ее охлаждаемой поверхности, Вт/м², по формуле    

q₂= k_д2 (6.35)

или по (7.19) — (7.19в). Полученное q не должно быть более допустимого по § 5.7.

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода (рис. 6.10)

Ориентировочное сечение витка n_в2' определяется по (6.34). По этому сечению и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.1) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции d₂ и провода в изоляции d₂', мм. Подобранные размеры провода записываются так:

Марка провода ×n_в2× , мм,

где n_в2 — число параллельных проводов.

Полное сечение витка, м²,

П₂= n_в2П''₂·10^-6, (6.36)

где П''₂ — сечение одного провода, мм².

Полученная плотность тока, А/м²,

J₂= I₂/П₂. (6.37)

 

Рис. 6.10. Многослойная цилиндрическая обмотка из провода круглого сечения

Число витков в слое

ω_сл2= l₂·10^-3/( n_в2d₂') – 1. (6.38)

Число слоев в обмотке

n_сл2= ω₂/ω_сл2(6.39)

(n_сл2 округляется до ближайшего большего числа).

Рабочее напряжение двух слоев, В,

U_мсл= 2ω_сл2u_в(6.40)

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 4.7 в соответствии с указаниями §4.5 выбираются число слоев и общая толщина δ_мсл кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.

В большинстве случаев по условиям охлаждения обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3—2/5 общего числа слоев обмотки. В случае применения этого типа обмотки на стороне НН между двумя цилиндрами числа слоев внутренней и наружной катушек делаются равными.

Минимальная ширина масляного канала между катушками а₂₂' выбирается по табл. 9.2. В трансформаторах мощностью на один стержень не более 3—6 кВ·А возможно применение обмотки, состоящей из одной катушки без осевого канала.

Радиальный размер обмотки, м:

одна катушка без экрана

а₂= [d₂' n_сл2+ δ_мсл(n_сл2- 1)]·10^-3; (6.41)

две катушки без экрана

а₂= [d₂' n_сл2+ δ_мсл(n_сл2- 1) + а₂₂']·10^-3; (6.42)

В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран — незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.

При наличии экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле

a_2экр= a₂+ [δ_экр+ 2 δ_мсл]·10^-3, (6.43)

где а₂ определяется по (6.41) или (6.42); δ_экр = 0,5 мм; δ_мсл по табл. 4.7.

Для рабочего напряжения 35 кВ можно принять дополнительное увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 3 мм.

Минимальный радиальный размер a'₁₂ мм, осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН согласно § 4.5 для масляных и § 4.6 для сухих трансформаторов.

В обмотках с экраном радиальный размер а_2экр, определенный по (6.43), принимается в расчет только при определении размеров обмотки. При подсчете ЭДС рассеяния для этих обмоток следует в расчет вводить размер а₂, определенный по (6.41) или (6.42), и соответственно увеличивать расчетную ширину масляного канала между обмотками, т. е. принимать

а_12экр= (а'₁₂+ δ_экр+ 2 δ_мсл)·l0^-3; (6.44)

Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана — до его внутренней изоляции), м,

D'₂= D''₁+ 2 а₁₂; (6.45)

Наружный диаметр обмотки: без экрана

D''₂= D'₂+ 2а₂; (6.46)

с экраном

D''₂= D'₂+ 2а_2экр. (6.47)

Изоляционное расстояние между наружными обмотками соседних стержней а₂₂= а''₂₂·10^-3, где а''₂₂, мм, находится по табл. 4.5 для масляных и по табл. 4.15 для сухих трансформаторов.

Поверхность охлаждения, м²,

П_о2= cnkπ (D'₂+ D''₂) l₂, (6.48)

где с — число стержней магнитной системы.

Для одной катушки, намотанной непосредственно на цилиндр, по рис. 5.22, a n = l,0; D'2=0; k = l,0.

Для одной катушки по рис. 5.22,б n = 1,0; k = 0,88.

Для двух катушек по рис. 5.22, г n = 1,5; k = 0,83 и по рис. 5.22, д n = 2; k = 0,8.

Коэффициент k в (6.48) учитывает закрытие части поверхностей обмотки изоляционными деталями и число внутренних и наружных поверхностей. Для внутренних поверхностей k = 0,75. Для наружной поверхности при свободном доступе охлаждающего масла k = 1,0. При применении этого типа обмотки на стороне НН (внутренняя обмотка, рис. 5.22,в) в (6.48) надлежит принимать k = 0,75; n = 2.