7. 5.7. Выбор конструкции обмоток

Выбор типа конструкции обмоток при расчете трансформатора должен производиться с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам в целом (см. § 5.1).

В настоящем параграфе даются общие указания по выбору конструкции обмотки по ее электрическим величинам: току нагрузки одного стержня I_с, мощности трансформатора S и номинальному напряжению U_ном, а также по поперечному сечению витка обмотки П. Именно эти данные трансформатора служат основными критериями при выборе типа обмотки.

Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, м², может быть определено по формуле

П = I_с/J_ср, (5.3)

где I_с — ток соответствующей обмотки одного стержня, А; J_ср — средняя плотность тока в обмотках ВН и НН, А/м².

Выбор средней плотности тока в обмотках не является произвольным. На том этапе расчета, когда выбирается тип обмотки, уже известны основные размеры магнитной системы, ЭДС одного витка и числа витков в каждой из обмоток, а также ориентировочные основные размеры обмотки (внутренний диаметр и высота). В зависимости от выбора значения J_ср будут изменяться объем и масса обмоток, а следовательно, и основные потери в них Р_осн- Обычно при расчете трансформатора потери короткого замыкания Р_к бывают заданы и выбор средней плотности тока должен быть связан с заданной величиной Р_к.

Для определения средней плотности тока в обмотках, А/м², обеспечивающей получение заданных потерь короткого замыкания, можно воспользоваться формулами, выведенными в § 7.1:

для медных обмоток

J_ср= 0,746k_д10⁴; (5.4)

для алюминиевых обмоток

J_cp= 0,463 k_д10⁴. (5.5)

Плотность тока в обмотках из транспонированного провода определяется по (5,4), в обмотках из алюминиевой ленты — по (5.5),

При расчете трехобмоточного трансформатора в (5.4) и ,(5.5) следует подставлять потери короткого замыкания Р_к для двух внутренних обмоток при 100 %-ной мощности, полную (100 %) мощность трансформатора S и диаметр d₁₂ для двух внутренних обмоток, определяемый по методике, принятой для двухобмоточных трансформаторов. Для обмоток, рассчитываемых на 67 % полной мощности трансформатора, значение плотности тока, найденное по (5.4) и (5.5), следует умножить на 0,67.

Для автотрансформаторов под S следует понимать типовую (расчетную) мощность автотрансформатора.

Формулы (5.4) и (5.5) связывают искомую среднюю плотность тока в обмотках ВН и НН с заданными величинами: полной мощностью трансформатора S, кВ·А, потерями короткого замыкания Р_к, Вт, и величинами, определяемыми до расчета обмоток: ЭДС одного витка u_в, В, и средним диаметром канала между обмотками d₁₂, м. Коэффициент k_д учитывает наличие добавочных потерь в обмотках, потери в отводах, стенках бака и т. д. Значения k_д могут быть взяты из табл. 3.6. Значение плотности тока, полученное из (5.4) или (5.5), следует сверить с данными табл. 5.7, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов. Сверка рассчитанного значения J_ср с таблицей имеет целью избежать грубых ошибок в расчете J_ср. Точного совпадения J_ср с цифрами таблицы не требуется. По этой же таблице можно выбрать среднюю плотность тока в обмотках в том случае, когда потери короткого замыкания не заданы.

Найденное по (5.4) или (5.5) значение плотности тока является ориентировочным средним значением для обмоток ВН и НН. Действительная средняя плотность тока в обмотках должна быть выдержана близкой к этой. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформатора с медными или алюминиевыми обмотками могут отличаться от среднего значения, желательно, однако, чтобы не более чем на 10 %. Следует помнить, что отклонение действительной средней плотности тока от найденной по (5.4) и (5.5) в сторону возрастания увеличивает потери короткого замыкания Р_к и в сторону уменьшения—снижает.

В сухих трансформаторах вследствие существенного различия условий охлаждения для внутренних и наружных обмоток плотность тока во внутренней обмотке НН обычно снижают на 20-30 % по сравнению с плотностью в наружной обмотке ВН. Поэтому в таких трансформаторах отклонение действительной плотности тока в обмотках от найденного среднего значения может достигать ±(15—20) %.

Таблица 5.7. Средняя плотность тока в обмотках J, МА/м², для современных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ

а) Масляные трансформаторы
Мощность трансформатора, кВ·А	25 - 40	65 - 630	1000 - 6300	10000 - 16000		25000 - 80000
Медь
Алюминий
б) Сухие трансформаторы
Мощность трансформатора, кВ·А	10 - 160; 0,5 кВ		160 - 1600; 10кВ
Обмотка	Внутренняя НН	Наружная НН	Внутренняя НН		Наружная НН
Медь	2,0 - 1,4	2,2 - 2,8	2,0 - 1,2		2,0 - 2,8
Алюминий	1,3 -0,9	1,3 - 1,8	1,4 - 0,8		1,4 - 2,0

Примечания: 1. Для трансформаторов с потерями короткого замыкания выше указанных ГОСТ возможен выбор плотности тока в масляных трансформаторах до 4,5 МА/м²в медных и до 2,7 МА/м²в алюминиевых обмотках; в сухих трансформаторах — соответственно до 3 и 2 МА/м².