Глава 6

РАСЧЕТ ОБМОТОК ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ТРАНСФОРМАТОРА

При выборе типа обмотки ВН следует учитывать необходимость выполнения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения.

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200 000 кВ·A с ПБВ (регулирование напряжения переключением ответвлений обмотки после отключения обмоток трансформатора от сети) предусмотрено выполнение в обмотке ВН четырех ответвлений на +5%; +2,5%; -2,5%; -5% номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

Часто применяемые схемы размещения регулировочных ответвлений в трансформаторах с ПБВ показаны на рис. 4.

Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении определяется по формуле:

W₂ = W₁

Число витков для одной ступени регулирования

W_P = 0,025W₂ .

Значения W₂ и W_P округляются до ближайшего целого числа.

Число витков обмотки на отводах:

а) верхние ступени напряжения

W₂ + 2W_P ; W₂ + W_P;

б) при номинальном напряжении

W₂;

в) нижние ступени напряжения

W₂ = 2W_P ;W₂-W_P

.

Плотность тока в обмотке ВН предварительно определяется по форму­ле, А/мм,

J₂ 2J_ср - J₁.

Предварительное сечение витка обмотки ВН, мм

П₂^' = .

1. Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода (рис. 10)

По предварительному сечению П'₂ из сортимента круглого обмоточно­го провода (табл. 20, 21) подбирается провод подходящего сечения или два параллельных одинаковых провода с диаметром провода без изоляции d₂ и провода с изоляцией d₂' мм.

Подобранные размеры провода записываются:

Марка провода

× n_в2 × ,

где п_в2 — число параллельных проводов.

1. Полное сечение витка, мм²

П₂ = n_в2 × П''₂

где П₂" - сечение одного провода (табл. 20,21).

1.2. Уточненная плотность тока обмотки ВН, значения которой приме­няется в дальнейших расчетах, А/мм²,

1.3. Число витков в слое

W_{сл 2} = ,

Причем обмотки ВН и НН имеют одинаковую высоту = =.

1.4. Число слоев обмотки

n_сл2 = .

Величину n_сл2 следует округлить до ближайшего большего числа.

Таблица 20

Размеры и сечения круглого медного провода марки ПЭЛБО

d2, мм	П2'мм	Толщина изоляции ,мм
0,15	0,0177	0,125
0,20	0,0314	0,125
0,29	0,0661	0,155
0,31	0,0755	0,160
0,35	0,0962	0,160
0,38	0,1134	0,160
0,41	0,132	0,165
0,51	0,204	0,170
0,55	0,238	0,170
0,59	0,273	0,170
0,64	0,322	0,170
0,69	0,374	0,170
0,74	0,430	0,180
0,80	0,503	0,180
0,86	0,581	0,180
0,93	0,679	0,180
1,00	0,785	0,210
1,08	0,916	0,210
1,12	0,985	0,210
1,16	1,06	0,210

Нормальная изоляция. При d₂ = 0,15-1,16 мм - ПЭЛБО - провод эмалированный с хлопчатобумажной оплеткой.

Примечания: 1. Толщина изоляции указана на две стороны;

2. Расчетная толщина изоляции на 0,1 мм больше указанной в таблице, с учетом неплотности укладки круглого провода в катушку.

Таблица 21

Номинальные размеры сечения и изоляции круглого медного

и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АЛБ с толщиной

изоляции на две стороны =0,30 (0,40) мм

Диаметр, мм	Сечение, мм
Марка ПБ - медь
1,18	1,094
1,25	1,23
Марка ПБ - медь
Марка АНЬ - алюминий
1,32	1,37
1,40	1,51
1,50	1,77
1,60	2,015
1,70	2,27
1,80	2,545
1,90	2,805
2,00	3,14
2,12	3,53
2,24	3,94
2,36	4,375
2,50	4,91
2,65	5,515
2,80	6,16
3,00	7,07
3,15	7,795
3,35	8,81
3,55	9,895
3,75	11,05
4,00	12,55
4,10	13,2
4,25	14,2
4,50	15,9
4,75	17,7
5,00	19,63
5,20	21,22
Марка АПБ - алюминий
5,30	22,06
6,00	28,26
8,00	50,24

Примечание: толщина изоляции указана на две стороны: 0,3 - номинальная и 0,4 - расчётная.

Рис. 10.

Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода

Рис. 11.

Изоляция торцевой части многослойной цилиндрической обмотки

1 - экран;

2- междуслойная изоляция;

3 - бортики из электрокартона;

4 - витковая изоляция.

1.5. Рабочее напряжение двух соседних слоев

U_мсл = 2 • W_сл2 · U_в .

По рабочему напряжению двух слоев по табл. 10 выбирают число слоев кабельной бумаги и общую толщину изоляции между двумя слоями обмотки -_мсл , мм (рис. 11).

1.6. По испытательному напряжению U_ucn обмотки ВН и мощности трансформатора определяют по табл. 8, рис. 2:

а) размеры канала между обмотками ВН и НН а₁₂ , см;

б) толщину цилиндра между обмотками , см;

в) величину выступа цилиндра за высоту обмотки ,см;

г) минимальное расстояние между обмотками ВН соседних стержней а₂₂, см;

д) толщину междуфазной перегородки , см;

е) расстояние обмотки ВН от ярма , см.

1.7. Радиальный размер обмотки ВН без экрана, см,

а) одна катушка без масляного канала, см

а₂ = (d₂' · n_сл2 + ) · 10^-1

б) две катушки с масляными каналами между ними

а₂ = (d₂' · n_сл2 + ) · 10^-1

где а₂₂ - ширина масляного канала между катушками (табл. 19).

В обмотках классов напряжений 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран - незамкнутый цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.

При наличии экрана радиальный размер обмотки ВН определяется по формуле, см:

а_2экр = а₂ + (_экр + 2_мсл) • 10^-1 ,

где а₂ определяется по ранее представленным формулам;

_экр = 0,5 мм,

_мсл по табл. 10.

1.8. Внутренний диаметр обмотки, см,

D₂' = D₁'' + 0,2 a₁₂ ,

где a₁₂ — минимально допустимое изоляционное расстояние между обмотками НН и ВН (табл. 8).

1.9.Наружный диаметр обмотки, см,

без экрана

D₂" = D₂ + 2а₂ ;

с экраном

D₂" = D₂ + 2а_2экр .

1.10. Расстояние между осями соседних стержней, см,

C = D₂" + а₂₂,

где а₂₂ - минимально допустимое изоляционное расстояние между обмотками ВН соседних стержней (табл. 8).

1.11. Поверхность охлаждения обмотки, м²,

П₀₂ = c·n·k·n·(D₂' + D₂") ·l₂· 10^-3,

где п= 1; D₂' = 0; k = 1 - для одной катушки, намотанной непосредственно на цилиндр, (рис. 12, а);

n = 1; k = 0,88 - для одной катушки (рис. 12, б);

n = 1,5; k = 0,83 - для двух катушек (рис. 12, г);

n = 2; k = 0,8 — для двух катушек (рис. 12, д).

Коэффициент k учитывает закрытие части поверхности обмотки изоляционными деталями и число внутренних и наружных поверхностей.

Если многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода применяется на стороне НН (внутренняя обмотка, рис. 12, в), то в формуле расчета П₀₂следует применить п = 2; k = 0,75.

а) б) в) г) д)

Рис. 12. Различные варианты выполнения многослойной

цилиндрической обмотки: а - обмотка ВН на цилиндре; б - обмотка ВН на рейках;

в - обмотка НН; г - обмотка ВН на цилиндре с каналом; д - обмотка ВН на рейках с каналом.

2. Непрерывная спиральная катушечная обмотка

1. Для непрерывной спиральной катушечной обмотки (рис 13, 14) по ориентировочному сечению витка П'₂ из сортамента прямоугольного провода (табл. 18) подбирают подходящее сечение из одного — четырех одинаковых сечением проводов.

Обычно некоторому сечению П'₂ в сортаменте обмоточного провода соответствует несколько сечений провода с различным соотношением сторон “а” и “b".

Для получения более компактной конструкции обмотки рекомендуется выбирать из сортамента провода большего сечения при минимальном числе параллельных проводов.

При выборе проводов следует соблюдать условия:

а) общее число катушек, п_кат2, должно быть четным;

б) число витков в катушке должно быть целым или дробным. В последнем случае знаменатель дроби должен быть равен числу реек по окружности обмотки;

в) число витков в катушке должно быть такое, чтобы витки, служащие для регулирования напряжения, и витки с усиленной изоляцией были размещены в отдельных катушках.

Выбранные размеры проводов записываются так:

Марка провода

× n_в2 × ,

где п_в2 - число параллельных проводов;

а' = а + ,b’ = b + ,

- толщина изоляции на две стороны (табл. 18).

Рис. 13. Непрерывная спиральная катушечная обмотка

Рис 14. Участок непрерывной катушечной обмотки:

1 - прокладка; 2 - рейка.

2.2. Полное сечение витка, мм²

П₂ = n_в2 · П₂''

где П₂"-сечение одного голого провода из табл. 18.

2.3. Уточненная плотность тока

J₂ =

Полученное значение плотности тока применяется в дальнейших расчетах

2.4. Предварительное число катушек определяется по формуле:

а) когда каналы выполняют между всеми катушками (рис. 3, б)

n_каm2 =

б) для сдвоенных катушек с шайбами между катушками и с каналами между двойными катушками (рис. 3, в)

n_кат2 =

где = =.

2_ш =1 мм

h_k — масляный канал (гл. III разд. 4).

2.5. Предварительное число витков в катушке

W_кат2 = .

2.6. Далее детально конструируют обмотку ВН. Она имеет, как прави­ло, три типа катушек (рис. 15):

а) регулировочные В;

б)основные катушки Г;

в)катушки с усиленной изоляцией Д.

Число катушек с усиленной изоляцией выбирается по рекомендациям раздела 5 главы III. Высота катушек В и Г с изоляцией принимаются одинаковыми. Катушки Д за счёт усиленной изоляции имеют большую высоту b'.

2 катушки Д 2 катушки Д

Х катушек Г У катушек В Х катушек Г