1. Выбор способа регулирования напряжения обмоток ВН трансформатора
При выборе типа обмотки ВН следует учитывать необходимость выполнения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения. Согласно ГОСТ 16110-82 предусмотрено два вида переключения ответвлений обмотки трансформатора:
– без перерыва нагрузки РПН;
– переключение ответвлений обмотки трансформатора без возбуждения (ПБВ), т.е. после отключения всех обмоток трансформатора от сети.
В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВ*А с ПБВ предусмотрено выполнение 4-х ответвлений в обмотках ВН соответственно на +5 %, +2,5 %, –2,5 %, –5 % относительно номинального напряжения. Переключение ответвлений должно производиться специальными переключателями.
Переключение ответвлений обмоток допускается только при отключении всех обмоток трансформатора от сети и должно производиться специальными переключателями, встроенными в трансформатор с выведенными из бака рукоятками управления.
Наиболее употребляемые схемы регулирования приведены на рис. 1. Схема по рис. 1, а применяется для регулирования при многослойной цилиндрической обмотке. По схеме рис. 1, б, в может выполняться регулирование напряжения при многослойной цилиндрической катушечной и непрерывной катушечной обмотке при номинальном напряжении до 38,5 кВ. Схемы рис. 1, в и 1, г применяются для тех же обмоток, что и схема рис. 1, б, но при номинальном напряжении
от 3 до 220 кВ.
Рис. 1. Принципиальные схемы регулирования напряжения обмоток ВН
В сухих трансформаторах применяется регулирование напряжения обмотки ВН на ±2×2,5 % по схеме 1, б. Регулирование ответвления ответвлений выводится на доску зажимов, и переключение с одной ступени на другую осуществляется при отключении всех обмоток от сети.
В трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) устанавливаются следующие пределы регулирования:
1000–6300 кВ*А 20 и 35 кВ ±6×1,5 % = ±9 %
2500 кВ*А 110 кВ, РПН на НН +10×1,5 % = 15 %, -8×1,5 % = -12 %
6300 – 125000 кВ*А 110 кВ ±9×1,67 % = ±16 %
Аппаратура РПН в обмотках класса напряжения 110 кВ имеет класс напряжения 35 кВ и встраивается в нейтраль этих обмоток. Нейтраль должна быть заземлена наглухо. Применяются различные схемы регулирования РПН с применением различных способов ограничения токов при переключении витков, которые подробно описаны в [1].
2. Расчет основных параметров обмоток ВН
Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле
W н2 = 
или W н2 = 
.
Обычно ступени регулирования напряжения трансформатора делаются равными между собой, что обусловливает также и равенство числа витков на стержнях. В этом случае число витков на ответвлениях:
– при четырех ступенях регулирования напряжения.
1-я верхняя ступень W2 = Wн2 + 2Wр;
2-я верхняя ступень W2 = Wн2 + Wр; Wр = 
при номинальном напряжении W2 = Wн2;
2-я нижняя ступень W2 = Wн2 – Wр; 
1-я нижняя ступень W2 = Wн2 – 2Wр.
Плотность тока D2, А/мм2, в обмотке ВН предварительно определяется по формуле
D2 » D2ср – D1,
Сечение витка, мм2, предварительно определяется по формуле
П2 = 
.
Предварительное определение числа катушек для многослойной цилиндрической катушечной и непрерывной катушечной обмоток производится с таким расчетом:
– чтобы число катушек было четным;
– рабочее напряжение одной катушки при классе напряжения
до 35 кВ не превосходило 800¸1000 В; при классе 110 кВ – 1500¸1600 В; при классе 220 кВ – 2500¸3000 в;
– при номинальном напряжении обмотки ВН 35 кВ и выше все витки, служащие для регулирования напряжения, и витки с усиленной изоляцией были размещены в отдельных катушках.
После того, как обмотка высокого напряжения рассчитана и размещена на стержне, для предварительной оценки ее нагрева определяется плотность теплового потока, Вт/м2, на ее охлаждаемой поверхности по формуле
q2 = 
.
Полученное значение q2 должно быть не более допустимого для соответствующего типа обмоток, мощности трансформатора и способа его охлаждения.
3. Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода
После определения ориентировочного значения сечения витка П2 из табл.. подбирается провод подходящего сечения или два-три параллельных провода с диаметром провода без изоляции d2 и провода в изоляции 
.
Подобранные размеры записываются так:
– марка провода × nв2 × 
,
где nв2 – число параллельных проводов.
Полное сечение, мм2, витка определяется по выражению
П`2 = nв2 
,
где П`2 – сечение одного провода; nв – число проводов в витке.
Полученная плотность тока,А/мм2,
.
Число витков в слое
Wcл2 = 
.
Число слоев в обмотке
ncл2= 
,
ncл2 – округляется до большего целого числа.
Рабочее напряжение двух слоев, В,
Uм сл = 2Wсл2Uв. .
В большинстве случаев по условиям охлаждения трансформатора обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3¸2/5 от общего числа слоев обмотки. В случае применения этого типа обмотки на стороне НН числа слоев внутренней и наружной катушек делаются равными.
Минимальная ширина масляного канала между катушками выбирается по табл. для масляных трансформаторов и табл. – для сухих. В трансформаторах мощностью на один стержень не более 3–4 кВ*А возможно применение обмотки, состоящей из одной катушки без осевого канала.
Возможны варианты, когда обмотка делится на 3–4 и более катушек.
Напряжение двух слоёв определяется для того, чтобы выбрать толщину межслоевой изоляции dм.сл по табл.
Радиальный размер, см, обмотки:
- одна катушка без экрана
= 
nck2 + dм.сл.(nсл2 –1);
- две катушки без экрана
= 
nck2 + dм.сл.(nсл2-1) + 
,
где 
– диаметр провода с изоляцией; dм.сл – межслоевая изоляция по табл. 3.6 в зависимости от напряжения двух слоёв Uм сл.
Для защиты обмоток трансформатора от импульсных перенапряжений в обмотках класса напряжения 35 кВ под внутренним слоем их устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из латунного листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычной межслойной изоляцией или листом картона толщиной 0,1см. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.
При наличии экрана радиальный размер обмотки определяется по формуле
+ dэкр + dм.сл.,
где dэкр = 0,05 см.
Внутренний диаметр, см, обмотки:
D``2 = D``1 + 2
,
где D``2 – наружный диаметр обмотки НН.
Наружный диаметр обмотки, см,
– без экрана
D``2 = D`2 + 2
;
– с экраном
D``2 = D`2 + 2
.
Для обмотки, состоящей из одной катушки, намотанной непосредственно на изоляционный цилиндр без осевого канала, – одна поверхность охлаждения, м2:
П02 = cКπ(D`2 + D``2) 
10-4, м2; (К = 1,0).
Для одной катушки, намотанной на цилиндре на рейках, – две поверхности охлаждения:
П02 = cКπ(D`2 + D``2) 
10-4; (К = 0,88).
Для обмотки, состоящей из двух катушек с осевым каналом между ними, внутренняя катушка намотана непосредственно на цилиндр, – три поверхности охлаждения
П02 = 1,5cКπ(D`2 + D``2)
10-4; (К = 0,83).
Для того же случая, когда внутренняя катушка на цилиндре на рейках
П02 = 2cКπ(D`2 + D``2) 
10-4; (К = 0,8).
4. Расчет непрерывной катушечной обмотки
Определяется ориентировочное сечение витка П2. По этому сечению по сортаменту обмоточного провода подбираются подходящие сечения прямоугольного провода. Число проводов – один или два–четыре одинакового сечения.
Выбранные размеры провода записываются так:
марка провода × nв2 ×
.
Принятое сечение одного провода – П`2, мм2.
Полное сечение витка П2 = nв2 П`2, мм2.
Действительная плотность тока в обмотке, А/мм2,
= 
.
Высота катушки hкатв этой обмотке равна большему размеру провода в изоляции 
.
Число катушек на одном стержне определяется по формулам:
– для случая, когда каналы сделаны между всеми катушками
nкат2 = 
,
здесь 
– канал между катушками, в` принимается в см;
– для сдвоенных катушек с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками
nкат2 = 
.
Число витков в катушке ориентировочно
Wкат.2 
,
где W2 – число витков с учётом регулировочных W2 = W2н + W2р.
Осевой размер (высота) канала hкв трансформаторах мощностью S от 160 до 6300 кВ*А и рабочим напряжением не более 35 кВ колеблется от 0,4 до 0,8 см; в сухих трансформаторах – от 1,0 до 2,0 см. В двойных катушках, если в них не делается канал, прокладываются шайбы толщиной 0,05 см. В трансформаторах большей мощности и при напряжениях 110 и 220 кВ высота канала может быть выбрана до 1,2–1,5 см.
При проектировании обмотки должны соблюдаться следующие требования:
– общая высота (осевой размер) обмотки 
должна совпадать с высотой обмотки НН 
;
– регулировочные витки и витки с усиленной изоляцией должны быть уложены в отдельные катушки;
– общее количество катушек должно быть четным, число различных видов катушек не более 4.
Высота обмотки с каналами между всеми катушками, см,
= в`nкат2 + К [hк(nкат2 – 2) + hкр];
а для обмотки с шайбами в двойных и с каналами между двойными катушками
.
Высота канала в месте разрыва обмотки и размещениях регулировочных витков hкрвыбирается по табл. 3.8. Коэффициент К, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки принимается равным 0,96.
Радиальный размер обмотки, см,
,
где Wкат2 – число витков катушки, дополненное до большего целого числа; 
– толщина провода в изоляции; nв – число параллельных проводов в витке.
Внутренний диаметр обмотки, см,
D`2 = D``1+ 2a12,
внешний диаметр обмотки
D``2 = D`2 + 2
,
Поверхность, м2, охлаждения обмотки: при наличии радиальных каналов между всеми катушками
-4, (К = 0,75).
при наличии радиальных каналов только между двойными катушками
-4.
