4. 6.4. Примеры расчета. Расчет обмоток

   1. Трансформатор тм-1600/35. Вариант im— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.)

Расчет обмотки НН (по § 6.1). Число витков обмотки НН ω₁ = U_Ф1/u_в = 399/17,18=23,22. Принимаем ω₁ = 24 витка. Напряжение одного витка u_в = 399/24 = 16,63 В.

Средняя плотность тока в обмотках по (5.4)

J_ср= 0,746k_д10⁴= 0,746·0,9110⁴= 3,48 МА/м²

Сечение витка ориентировочно

П'_в≈ 1339/(3,48·10⁶) = 384,8·10^-6м²= 384,8 мм².

По табл. 5.8 по мощности 1600 кВ·А, току на один стержень 1339 А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 384,8 мм² выбираем конструкцию винтовой обмотки. Размер радиального канала предварительно h=5 мм. Согласно §5.1 число реек по окружности обмотки 12, ширина междувитковых прокладок b_пр = 40 мм.

Ориентировочный осевой размер витка

h_в1= l/(ω₁+ 4)- h_к= 0,635/(24 + 4) -0,05 = 0,0177 м = 17,7 мм.

Ввиду того что h_в1 > 15 мм и по графикам рис. 5.38, а при максимальном размере медного провода b=15 мм и плотности тока J = 3,50 МА/м² плотность теплового потока q = 2000 Вт/м², что при естественном масляном охлаждении не допускается, выбираем двухходовую винтовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией.

По полученным ориентировочным значениям П₁ и h_в1 по табл. 5.2 подбираем сечение витка из двенадцати параллельных проводов

ПБ 12×, разделенных на две группы по шесть проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками (рис. 6.13).

Для частичной компенсации разрыва в обмотке ВН при регулировании напряжения размешаем в середине высоты обмотки НН шесть радиальных каналов по 10 мм.

Полное сечение витка

П₁= 12·32,9 = 394,7 мм²= 394,7·10^-6м².

Плотность тока

J₁= 1339·10⁶/394,7 = 3,39 МА/м².

 

Рис. 6.13. Сечение витка обмотки НН из медного провода (вариант I_М)

По графикам рис. 5.34, а находим для J = 3,4 МА/м² и b = 7,5 мм q = 900 Вт/м². Высота обмотки

l₁= (24 + 1)·2·8·10^-3+ [(24·2 + 1 - 6)·5+ 10·6] × 0,95·10^-3= 0,661 м ≈ 0,660 м.

Радиальный размер обмотки a₁ = 6,5·10^-3 = 0,030 м.

По табл. 4.4 для U_исп = 5 кВ, S = 1600 кВ·А и винтовой обмотки находим а₀₁ = 15 мм, обмотка наматывается на 12 рейках на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами

Ǿ × 0,770 м.

Внутренний диаметр обмотки

D'₁= d+2a₀₁= 0,260+ 2·0,015 = 0,290 м.

Внешний диаметр обмотки

D''₁= D'₁+ 2a_0l= 0,290 + 2·0,030 = 0,350 м.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки по (7.19)

В обмотке предусматривается равномерно распределенная транспозиция параллельных проводов—12 транспозиций по принципиальной схеме рис. 5.29. Первая транспозиция после первого витка, 11 последующих с шагом в два витка, т. е. после третьего, пятого витка и т. д.

Масса металла обмотки по (7.6)

G₀₁= 28·10³сD_срω₁П₁= 28·10³·3×0,32·24·394,7·10^-6= 254,6 кг.

Масса провода по табл. 5.5

G_npl= 1,02·254,6 = 259,7 кг.

 

Рис. 6.14. Схема регулирования напряжения ВН (вариант I_М, обмотка из медного провода)

Расчет обмотки ВН (по § 6.3). Выбираем схему регулирования по рис. 6.14 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 26,4 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее 10/ % U₂, т. е. 2020 В; испытательное 2·10/% U₂, т.е. 4040 В.

Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:

Напряжение, В	Ответвления обмотки
36750	А2А3 В2В3 С2С3
35875	А3А4 В3В4 С3С4
35000	А4А5 В4В5 С4С5
34125	А5А6 В5В6 С5С6
33250	А6А7 В6В7 С6С7

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении

ωн2 = U_ф2/u_п= 20207/16,63 = 1215 витков.

Число витков на одной ступени регулирования

ω_р=875/ (u_в) = 875/(·16,63 ) - 31,24 ≈ 31 виток.

Для пяти ступеней:

Напряжение, В	Число витков на ответвлениях
36750	1215 + 2·31 = 1277
35875	1215 + 31 = 1246
35000	1215
34125	1215 — 31 = 1984
33250	1215 — 2·31 = 1953

Ориентировочная плотность тока

J ≈ 2·3,48·10⁶- 3,39·10⁶= 3,57 МА/м².

Ориентировочное сечение вятка

П'₂≈ 26,4/(3,57·10⁶) = 7,39·10^-6м²= 7,39 мм².

По табл. 5.8 выбираем непрерывную катушечную обмотку из медного прямоугольного провода (S = 1600 кВ·А; I₂=26,4 A; U₂=35000 В; П'₂ =7,39 мм²). По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 5.2) выбираем провод марки ПБ

ПБ - 1×сечением П₂= 7,625·10^-6м².

В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой         фазы применяем провод того же размера с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм, с размерами провода в изоляции 2,90×7,10 мм (см. табл. 4.10).

Плотность тока в обмотке

J₂= 26,4/(7,625·10^-6) = 3,46 МА/м².

При J₂ = 3,46 МА/м² и b = 5,6 мм по графикам рис. 5.34, а находим q ≈ 800 Вт/м².

Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4,5 мм между всеми катушками. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10). Схема регулирования напряжения — по рис. 6.14, канал в месте разрыва обмотки h_кр=12 мм (см. табл. 4.9). Осевой размер катушки 6,1 мм.

Число катушек на стержне ориентировочно по (6.63)

nкат ≈ l·103/(b' + h'к) ≈ 0,635/(6,1 + 4) = 62,9 ≈ 62 катушки.

Число витков в катушке ориентировочно ω_кат ≈ 1277/62 = 20,6, и радиальный размер а'₂ =1,90·21 = 39,9 ≈ 40 мм.

Общее распределение витков по катушкам:	Количество витков
43 основные катушки В по 22 витка	946
7 основных катушек Г по 21 витку	147
8 регулировочных катушек Д по 15,5 витка	124
4 катушки с усиленной изоляцией Е по 15 витков	60
Всего 62 катушки	1277

Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 6.15, а. Данные катушек приведены в табл. 6.1, Осевой размер обмотки

l = Σh_кат+ Σh_кан= [6,1·58 + 7,1·4 + 0,95(12,1 + 7,5·56)] ×10^-3= 0,661,l м ≈ 0,660 м.

По испытательному напряжению U_исп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.5 находим:

Канал между обмотками ВН и НН	а'12 = 27 мм
Толщина цилиндра	δ'12., = 5 мм
Выступ цилиндра за высоту обмотки	lц = 55 мм
Между обмотками ВН двух соседних стержней	а'22 = 30 мм
Толщина междуфазной перегородки	δ'12 = 3 мм
Расстояние обмотки ВН до ярма	l0 = 75 мм

Согласно § 4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках наматывается обмотка, диаметром 0,370/0,380×0,770 м.

Таблица 6.1. Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТМ-1 600/35. Вариант I_М— медные обмотки

Данны	Условные обозначения катушки				Всего
	В	Г	Д	Е
Назначение катушки	Основная	Основная	Регулировочная	С усиленной изоляцией	-
Катушек на стержень	43	7	8	4	62
Число витков в катушке	22	21	15,5	15	-
Всего	946	147	124	60	1277
Размеры провода:
без изоляции, мм	1,40×5,6			1,40×5,6	-
с изоляцией, мм	1,90×6,1			2,90×7,1	-
Сечение витка, мм2	7,625	7,625	7,625	7,625	7,625
Плотность тока, МА/м2	3,46	3,46	3,46	3,46	3,46
Размер, мм
радиальный	42<	42	40 (30,5)*	43,5	42
осевой	6,1	6,1	6,1	7,1	660
Масса провода, кг:
без изоляции	270,3	42,0	35,3	17,2	364,8
с изоляцией	278,3	43,3	36,3	19,0	376,9
k<из по табл. 5.5	1,03	1,03	1,03	1,105	-
Диаметры, м
Внутренний	0,404	0,404	0,404	0,404	0,404
Внешний	0,488	0,488	0,484	0,491	0,488

—————

* В катушку Д вмотать полоску картона до радиального размера 40 мм

   Примечание. k_из– учитывает увеличение массы провода за счет массы изоляции

Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 6.15,б.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушки Г по (7.19)

Масса металла обмотки ВН по табл. 6.1

G₀₂=364,8 кг.

Масса провода в обмотке ВН с изоляцией

G _пр2= 376,9 кг.

Рис. 6.15. Обмотки трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант I_М: а – расположение катушек и радиальных каналов; б – основные размеры обмоток

Масса металла (меди) двух обмоток

G₀= 254,6 +364,8 = 619,4 кг.

 Масса провода двух обмоток

G_np= 259,7 + 376,9 = 636,6 кг.