Расчет основных параметров трансформатора распределительных сетей (стр. 4 )

Витки винтовой обмотки следуют друг за другом в осевом направ­лении по винтовой линии (рис. 3.3). Сечение витка образуется из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения одинакового разме­ра. Обмотка может быть одно- или двухходовой с охлаждающими каналами между всеми витками или частью витков.

При расчете винтовых обмоток следует выдерживать следую­щие условия:

1) осевой размер проводника b не должен существенно отличаться от ориентировочного размера витка и не должен превышать максимально допустимого значения, вычисленного по формуле (3.1);

2) количество проводов в витке одноходовой обмотки должно быть не менее четырех, в витке двухходовой обмотки – не менее восьми;

3) все провода должны иметь одинаковые размеры;

4) суммарное сечение витка должно быть близким к расчетному.

Ориентировочный осевой размер витка одноходовой винтовой обмотки определяется по формуле, мм:

, (3.22)

где – ширина осевого ох-лаждающего канала, = 4 – 8 мм.

Если найденный по формуле (3.22) осевой размер витка превышает 10,6 мм, следует выбрать двухходовую обмотку. В этом случае ориентировочный осевой размер проводника при наличии канала между ходами, мм, , (3.23)

при отсутствии канала (сдвоенные витки), мм,

, (3.24)

где – толщина прокладки, обычно принимают = 1 – 1,5 мм.

По найденным размерам и ориентировочному сечению витка подбираются необходимое число и типоразмер проводников, запись которых производится по форме (3.2).

Реальные осевой и радиальный размеры витка определяются по эскизу витка (рис. 3.4), наличие которого в пояснительной записке обязательно.

Рис. 3.4. Осевые и радиальные размеры витка

Радиальный размер (толщина) обмотки, мм,

(3.25)

где – число параллельных проводников в витке (при двухходовой обмотке – 0,5 ).

Осевой размер (высота) обмотки определяется по формуле, мм:

одноходовая обмотка (рис. 3.4, а) –

; (3.26)

двухходовая с каналами между ходами (рис. 3.4, б) –

; (3.27)

двухходовая с плотным прилеганием ходов (рис. 3.4, в) –

. (3.28)

Коэффициент учитывает усадку обмотки после опрессовки и суш­ки, можно принять = 0,94 – 0,96 .

Внутренний диаметр обмотки определяется по формуле (3.19), наруж-ный – по формуле (3.20).

Катушечная обмотка является наиболее универсальной, она с успе­хом может быть применена как на стороне ВН, так и на стороне НН трансформатора. Обмотка обладает достаточной механической прочностью и имеет хорошие условия охлаждения. Обмотка состоит из ряда последовательно соединенных катушек, намотанных в виде плоских спиралей и разделенных осевыми охлаждающими каналами (рис. 3.5).

Виток катушечной обмотки может включать в себя от одного до четырех проводников прямо-угольного сечения с одинаковыми размерами. Сум-марное сечение витка должно быть близко к ориен-тировочному, рассчитанному по формуле (3.8) или (3.9). Провод может быть взят с любым осевым раз-мером при соблюдении условия по формуле (3.1) .

При использовании данной обмотки на стороне ВН, варьируя осевым размером проводника , следует подобрать такой провод, чтобы число витков в катушке было близко к рассчитанному по формуле (3.11), или . В последнем случае одна ступень регулирования будет состоять из двух катушек.

В принципе допускается использование катушек различного типа (но не

более четырех) с незначительными отличиями числа витков, которое может быть и дробным, но обязательно кратным числу реек (см. подразд. 3.1).

Ориентировочное число катушек на одном стержне

(3.29)

где – высота обмотки НН, мм, при использовании данной обмотки на стороне НН подставляется ориентировочная высота обмотки, найденная по формуле (2.12);

– высота осевого охлаждающего канала, не менее 4 мм;

– размер провода в осевом направлении с учетом изоляции, мм.

Число витков в катушке (ориентировочно)

, (3.30)

где – число витков обмотки фазы; при использовании данного типа обмотки на стороне ВН .

Обычно бывает необходимым перебрать несколько вариантов, чтобы подо­брать соответствующий провод и свести полное число витков к (обмотка НН) или (). Например, в табл. 3.3 приведено распределение витков по типам катушек.

Т а б л и ц а 3.3

Распределение числа витков

Тип катушки	Количество катушек	Полное число витков
Регулировочная типа А Основная типа В Основная типа С	8 – по 12 витков 54 – по 12 и 1/6 витка 16 – по 13 витков	96 657 208
В с е г о	78	961

При использовании обмотки на стороне ВН число любого типа катушек должно быть четным, так как они располагаются симметрично относительно канала регулирования . На стороне НН может быть и нечетное число катушек, поскольку регулировочных катушек в этом случае нет.

В курсовой работе необходимо привести эскиз витка обмотки и схему расположения катушек.

После окончательного подбора проводников производится их запись по форме (3.2), уточняются сечение витка, плотность тока и находится осевой размер (высота) обмотки:

, (3.31)

где – коэффициент усадки обмотки после сушки и опрессовки, = 0,94 – 0,96;

– канал регулирования, при использовании обмотки на стороне низкого напряжения = 0.

Высота обмотки ВН ни в коем случае не должна быть больше .

Радиальный размер (толщина) обмотки определяется по катушке с наибольшим числом витков, мм:

. (3.32)

Внутренний и наружный диаметры обмотки НН определя­ются по выражениям (3.19) и (3.20) соответственно. Для обмотки на стороне ВН внутренний диаметр, мм,

, (3.33)

наружный диаметр, мм,

. (3.34)

3.8. Расчет многослойной цилиндрической обмотки

из круглого провода

При заданных диапазонах мощностей и напряжений данная обмотка может быть использована на стороне ВН для некоторых вариантов трансформаторов.

По найденному ранее ориентировочному сечению витка подбирается необходимый провод по таблице сортамента круглых проводов (табл. 3.4). Виток может состоять из одного или двух параллельных проводников. Запись выбранного провода производится по форме (3.3).

Т а б л и ц а 3.4

Номинальные сечения круглых обмоточных проводов

Диаметр, мм	Сечение, мм2	Диаметр, мм	Сечение, мм2	Диаметр, мм	Сечение, мм2
2,00 2,12 2,24 2,36 2,50 2,65	3,14 3,53 3,94 4,38 4,91 5,52	2,80 3,00 3,15 3,35 3,55 3,75	6,16 7,07 7,80 8,81 9,90 11,05	4,00 4,10 4,25 4,50 4,75 5,00	12,55 13,20 14,20 15,90 17,70 19,63

Число витков в слое

, (3.35)

где – уточненная высота обмотки НН, мм;

– диаметр изолированного проводника, мм;

– число параллельных проводников в витке.

Число слоев обмотки

(3.36)

округляется до ближайшего большего целого числа. Если округлению подлежит часть слоя много меньше половины, целесообразнее изменить размеры провода.

Рабочее напряжение между двумя соседними слоями

, (3.37)

где – уточненное значение напряжения на один виток (после расчета обмотки НН).

По найденному напряжению выбирается толщина междуслойной изоляции (табл. 3.5). При мощности трансформатора 1000 кВ×А и более толщина междуслойной изоляции должна быть не менее шести слоев (0,72 мм)

Т а б л и ц а 3.5

Толщина междуслойной изоляции

(кабельная бумага К-120 толщиной 0,12 мм)

Напряжение между соседними слоями Uм. сл , В	Число слоев бумаги	Суммарная толщина изоляции dм. сл, мм
4001 – 4500 4501 – 5000 5000 – 5500 5501 – 6000	7 ´ 0,12 8 ´ 0,12 9 ´ 0,12 10 ´ 0,12	0,72 0,96 1,08 1,20

По условиям охлаждения катушку чаще всего приходится разделять на две (иногда на три) части с осевым охлаждающим каналом; причем внутренняя часть должна составлять примерно 1/3 – 2/5 от общего числа слоев. Ширина ка­нала между катушками а'22 при высоте обмотки до 500 мм составляет 4 – 6 мм, при высоте обмотки от 500 до 1000 мм – 6 – 8 мм, свыше 1000 мм – 8 –10 мм.

Радиальный размер (толщина) обмотки, мм,

. (3.38)

Внутренний и наружный диаметры обмотки при использовании ее на стороне ВН определяются по формулам (3.33) и (3.34) соответственно.

Поверхность охлаждения может быть найдена по формуле, м2:

. (3.39)

Коэффициенты и в формуле (3.39) определяются конструкцией обмотки: для одной катушки, намотанной на рейках, можно принять = 1,

= 0,88; для двух катушек с осевым охлаждающим каналом – = 2, = 0,8.

4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4.1. Определение массы обмоток

Масса металла обмоток, кг,

, (4.1)

где – средний диаметр витка, равный полусумме внутреннего и наруж-ного диаметров обмотки, мм;

– полное число витков обмотки (в том числе регулировочные витки на стороне ВН);

– уточненное сечение витка соответствующей обмотки, мм2;

– плотность металла обмотки (у меди = 8900 кг/м3; у алюминия = 2700 кг/м3);

– номер обмотки (1 – НН, 2 – ВН).

Для обмотки ВН необходимо определить также массу металла при работе трансформатора на средней ступени регулирования, которая потребуется позднее для расчета потерь короткого замыкания (к. з.).

Масса проводов обмоток с учетом изоляции увеличивается ориенти­ровочно на 3 % для прямоугольных и на 2 % для круглых проводов при нор­мальной толщине изоляции.

4.2. Расчет потерь короткого замыкания

Основные потери в обмотках находятся по формуле, Вт:

, (4.2)

где – уточненная плотность тока в соответствующей обмотке, А/мм2;

– коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и плотность

металла обмоток, при расчетной температуре 75оС следует принять = 2,4 для меди и = 12,75 для алюминия.

При расчете потерь в обмотке ВН за расчетную принимается масса металла при работе на средней ступени регулирования. Расчетной температурой по ГОСТ при термостойкости изоляции класса А является 75оС.

Добавочные потери в обмотках учитываются коэффициентом добавочных потерь:

для прямоугольного провода –

, (4.3)

для круглого провода –

, (4.4)

где – размер неизолированного провода в радиальном направле­нии, мм;

– то же в осевом направлении, мм;

– диаметр круглого неизолированного провода, мм;

– число проводников в радиальном направлении;

– число проводников в осевом направлении (по высоте);