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
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.
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
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) 
.
