V Выбор типа конструкции и расчет обмоток нн и вн

Выбор типа конструкции обмоток производится согласно §5-1, §5-6, а также таблицы 5-4 [Л.1]. После этого следует внимательно ознакомиться с конструктивными деталями и изоляцией выбранных обмоток, §5-2÷ 5-7 [Л.1], гл. IV [Л.5].

Для расчета обмоток следует решить, из какого металла – меди или алюминия – будут изготовлены обмотки.

В настоящее время в целях экономии электролитической меди при изготовлении трансформаторов довольно широко применяется алюминиевый провод.

Вследствие меньшей допустимой плотности и меньшей механической прочности объем алюминиевых обмоток по сравнению с эквивалентными медными возрастает. Это приводит к увеличению стоимости работ по намотке обмоток, к увеличению расхода изоляционных материалов, к увеличению стоимости бака и масла трансформатора.

Однако, стоимость и вес обмоток из алюминиевого провода меньше стоимости и веса медных обмоток, благодаря чему общая стоимость рационально спроектированного трансформатора с алюминиевыми обмотками практически не отличается от стоимости эквивалентного по мощности, классу напряжения и характеристикам х.х. и к.з. трансформатора с медными обмотками.

Если в задании на проект в отношении материала обмоток нет никаких оговорок, то рекомендуется исходить из того, что в настоящее время в качестве материала обмоток в значительной части силовых двухобмоточных трансформаторов общего назначения мощностью 25÷16000 кВА применяется алюминиевый обмоточный провод.

Расчет обмоток производится по §§6-1÷ 6-3 [Л.1] в зависимости от типа выбранных обмоток.

При расчете обмоток нужно иметь в виду следующее:

1. При выборе сечения металла проводника обмоток по сортаменту обмоточного провода по табл. 5-2а или табл. 5-2б [Л.1, стр.176, 179] возможно некоторое отклонение фактических плотностей тока обмоток ВН и НН от средних значений, полученных по формулам (5-2) или (5-2^΄), [Л.1]. Однако это отклонение не следует допускать более 5-10% от среднего значения, причем полусумма действительных значений плотности тока обеих обмоток должны быть практически равна расчетному среднему значению

2. Следует стремиться к тому, чтобы высота обмоток НН и ВН была одинаковой и достаточно близкой к значению, полученному при определении главных размеров трансформатора (п. IV схемы расчёта). Радиальные размеры а₁ и а₂ обмоток должны быть получены такими, чтобы величина была близка к значению, выбираемому по таблице 3-3 [Л.1] при предварительном определении главных размеров.

Значительное отклонение указанных величин от полученных ранее значений вызовут в дальнейшем существенные отклонения от оптимального решения, положенного в основу при определении или выборе соотношения основных размеров β и, следовательно, существенное, а то и недопустимое отклонение результатов окончательного расчета от задания.

Осевой и радиальный размеры обмотки из провода прямоугольного профиля можно, пользуясь таблицей 5-2а [Л.1], изменять в желаемом направлении путем соответствующего варьирования соотношения размеров сторон обмоточного провода, сохраняя сечение его неизменным. Эти же размеры многослойных цилиндрических обмоток из круглого провода регулируются изменением числа проводов в слое.

Высоту катушечных обмоток в небольших пределах можно также подбирать за счет осевого размера высоты каналов между катушками. При этом необходимо иметь в виду, что высота канала не должна быть меньше минимальных допустимых значений, приведенных в таблице 9-2а [Л.1].

В отдельных случаях осевые размеры обмоток ВН и НН могут быть взяты различными, причем более низкой выполняется обмотка ВН, т.к. расстоянием именно этой обмотки от ярма определяется высота стержня сердечника трансформатора и, следовательно, его масса. Однако следует иметь в виду, что возникающие при этом дополнительные механические усилия в обмотках снижают их механическую устойчивость (см, разд.VI). Поэтому такое решение может быть принято, если для получения одинаковых размеров обмоток приходится, например, выходить за пределы рекомендуемой высоты канала между катушками, применять обмоточный провод чрезмерно тонкий и др.

Катушечные обмотки ВН содержат катушки разного назначения – основные, регулировочные, с усиленной изоляцией. Эти катушки могут содержать различное количество витков. Однако радиальные размеры всех катушек должны быть достаточно близкими, не следует допускать значительного различия в числах витков отдельных катушек, исключение могут составлять только регулировочные катушки, которые должны содержать количество витков, жестко ограниченное заданными пределами регулирования напряжения трансформатора.

Если никакими комбинациями число витков регулировочных катушек не удается выполнить близким (но не большим) числу витков катушек основных, то между витками регулировочных катушек следует прокладывать полосы из электротехнического картона так, чтобы радиальные размеры этих катушек были такими же как и у основных.

3. При выборе одной из схемы выполнения ответвлений в обмотках ВН для регулирования напряжения без возбуждения, приведенных в [Л.1] на рис. 6-6, следует учитывать следующее: схемы рис. 6-6а и 6-6б применяются при многослойной цилиндрической обмотке. Схема рис. 6-6в («оборотная») может выполняться при многослойной цилиндрической катушечной и спиральной катушечной обмотке для трансформаторов мощностью не более 1000 кВА при номинальном напряжении не свыше 38,5 кВ.

Перечисленные схемы позволяют применять простой и дешевый переключатель – один на три фазы трансформатора.

Схема рис. 6-6г применяется для трансформаторов мощностью от 1000 кВА и выше ввиду неудовлетворительной механической устойчивости обмоток таких трансформаторов при выполнении регулирования по схеме рис. 6-6в. Однако, схема рис. 6-6г требует применения на каждую фазу отдельного (однофазного) переключателя. В трехфазных трансформаторах 3-го габарита три однофазных переключателя удается конструктивно объединить в один с общим приводом.

После определения массы металла обмоток НН и ВН для ориентовочной оценки реальности полученного результата целесообразно сравнить его с приближенной массой металла обмоток серийного трансформатора такой же мощности и класса напряжения с помощью таблицы 14-23 [Л.2, стр.366] или таблицы 2-13 [Л.4, стр.218]. Следует иметь в виду, что в указанных таблицах для трансформаторов мощностью 25÷16000 кВА приведены данные для обмоток из алюминия. Ориентировочная оценка массы меди обмоток по массе алюминия может быть осуществлена с помощью приближенных соотношений, приведенных также в [Л.2, стр.366].