Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Методика расчета обмоток трансформаторов различных типов

Методика расчета обмоток трансформаторов различных типов

В процессе расчета обмотки трансформатора следует добиваться наибольшей компактности в ее размещении, распределении витков и катушек с тем, чтобы получить наилучшее заполнение окна трансформатора. Одновременно следует стремиться к получению более развитой поверхности охлаждения обмотки и обеспечению достаточных размеров охлаждающих каналов, что даст возможность уменьшить внутренний перепад температуры в обмотках и, как следствие этого, несколько уменьшить охлаждающую поверхность бака трансформатора. Расчет обмоток начинается с обмотки низкого напряжения.
Расчет обмоток НН. Число витков на одну фазу обмотки НН определяется
W1 =  .

Полученное значение W1 округляется до ближайшего целого числа, которое может быть как четным, так и нечетным.
После округления числа витков следует уточнить напряжение одного витка, В,
Ub = ,
и определить действительную индукцию, Тл, в стержне

Вс = .
Дальнейший расчет для каждого типа обмоток НН производится своим особым путем.

1. Расчет цилиндрических обмоток из прямоугольного провода

Различают однослойные, двухслойные и многослойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода.
Число витков в одном слое:
– для однослойной обмотки Wсл1 = W1;
– для двухслойной обмотки Wсл1 = ;
– для многослойной обмотки Wсл1 = , где n – число слоев.
Однослойные и двухслойные обмотки применяются обычно как обмотки НН, многослойные обмотки могут быть как обмотками НН, так и обмотками ВН.
Ориентировочный осевой размер, см, витка
hB1 = ,
где l – высота обмотки.
Ориентировочное сечение, мм2, витка

П = , или  ,

По полученным величинам П1 и hв1, по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбираются подходящие провода с соблюдением следующих правил:
– число параллельных проводов nв1 не более 4–6 при намотке «плашмя» и не более 6–8 при намотке «на ребро»;
– число различных размеров проводов не более 2;
– радиальные размеры всех параллельных проводов витка равны между собой;
– при намотке «на ребро» отношение радиального размера провода к осевому его размеру – не менее 1,3 и не более 3;
– расчетная высота обмотки (Wсл1+1)hв на 0,5–1,5 см меньше, чем l.
Размеры провода записываются следующим образом:
Марка провода – число параллельных проводов  
х =
ПБ ×  × .

Полное сечение, мм2, витка из nв1 параллельных проводов определяется по формуле
П1 = П1,
где П1 – сечение одного провода.
Осевой размер обмотки, см,
l1 = hв1 (Wсл1+1) + (0,5/1,5),
при намотке на ребро: ;
при намотке плашмя: .
Радиальный размер однослойной обмотки , при намотке «плашмя» и   при намотке «на ребро». Для двухслойной обмотки  при намотке «плашмя» и  при намотке «на ребро».
Внутренний диаметр обмотки
D1= d + 2а01.
Наружный диаметр обмотки
D`1 = D 1 + 2а1.
Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность, м2, обмотки НН для всего трансформатора в этом случае:
П01 = с·К·П·( D1 + D`1) ·l1·10-4.
Двухслойная обмотка с каналом между слоями имеет четыре охлаждаемые поверхности
П01 = 2с·К·П·( D1 + D`1) ·l1·10-4, м2.
где    с – число стержней; К – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями;
К = 0,75.
Для многослойной обмотки, м2, с каналами между всеми слоями
П01 = n· С·К·П ( D`1 + D``1) ·l1·10-4,
где n – число слоев.
Компоновка витка цилиндрических обмоток показана на рис. 5.1, а, б, в, г, компоновка витка параллельной одноходовой и двухходовой обмотки (рис. 5.1, д, е).     


  а           б           в        г                 д                          е 
Формы сечения и компоновки витка обмотки трансформаторов

Рис. 1.  Формы сечения и компоновки витка обмотки при различных размерах поперечного сечения и различном числе параллельных проводов: а – цилиндрическая обмотка из круглого провода с одним проводом в витке; б – цилиндрическая обмотка из круглого провода с двумя проводами в витке; в – цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода с одним проводом в витке;
г – цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода с тремя параллельными проводами в витке; д – винтовая одноходовая обмотка с пятью параллельными проводами в витке; е – винтовая двухходовая обмотка с десятью параллельными проводами в витке

 

 

 

Расчет многослойной цилиндрической обмотки трансформатора из прямоугольного провода

Устройство многослойной цилиндрической обмотки трансформатора из прямоугольного провода поясняет рис. 1.
Многослойная цилиндрическая обмотка

Рис. 1. Многослойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода: 1 – междуслойная изоляция из кабельной бумаги; 2 – бумажно-бакелитовое опорное кольцо; 3 – рейка, образующая охлаждающий канал

Реальные сечения проводов подбираются по табл.   и записываются так:


Марка провода×число проводов×

Размеры провода без изоляции

Размеры провода в изоляции

или                           Марка провода × .
Полное сечение витка, мм2,
.                                         
Полученная плотность тока, А/мм2,
 – для обмотки НН;
 – для обмотки ВН.

Число витков в слое соответственно для обмотки НН и ВН

          ,
где , см;
Число слоев в обмотке:
 ;  ,
( округляется до ближайшего большего числа).
Рабочее напряжение двух слоев, В,
.
По рабочему напряжению двух слоев по табл. 3.6  выбираются число слоев и общая толщина dмс кабельной бумаги изоляции между двумя слоями обмотки.
В обмотках классов напряжения 20 и 35 кВ под внутреннем слоем обмотки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из листа немагнитного металла толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычной междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.
Радиальный размер обмотки без экрана, см,
Для обмоток НН
.
Для обмоток ВН
,
где ,  – радиальные размеры охлаждающих каналов (принимаем, см;  – число осевых каналов).
Размеры  подставляются в мм.
Радиальный размер обмотки с экраном, cм,
,
где для классов напряжения 20 и 35 кВ принято увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 0,003 м (0,3 см).
Минимальный радиальный размер  осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора согласно разд. 3 для масляных трансформаторов.
Различные варианты конструктивного исполнения многослойной цилиндрической обмотки из круглого или прямоугольного провода показаны на рис. 23.
       а                  б                     в                      г                    д
Конструктивное исполнение многослойной цилиндрической обмотки

Рис. 2. Конструктивное исполнение многослойной цилиндрической обмотки

Внутренний диаметр обмотки НН, см,
D`1 .
Внешний диаметр обмотки НН, см,
D``1 = D`1 .
Внутренний диаметр обмотки ВН (при наличии экрана до его внутренней изоляции), см,
D`2 = D``1 + .
Наружный диаметр обмотки, м:

без экрана                              D``2  = D`2 + ;
с экраном                                D``2  = D`2  + ..

Поверхность охлаждения, м2,
для обмотки НН              П01 = cnkp (D`1 + D``1) ;
для обмотки ВН              П02 = cnkp (D`2 + D``2) .

 
« Магнитное поле трансформатора при нагрузке   Механические усилия в трансформаторе »
электрические сети