проектирование ТГ

29

8, 9	Изоляция от корпуса (лента стеклослюдинитовая
	ЛТСС-3 вполнахлеста толщиной 0,17 мм. Лента		2,6		4,6	8	9,5	10,5	12,5	14
	стеклянная толщиной 0,1 мм впритык)
10	Полупроводящее покрытие (лента асболавсано-						1
	вая впритык, покрытая полупроводящим лаком)
–	Двусторонняя толщина изоля-	по ширине δст.ш	4,3		6,3	9,7	11,5	12,5	14,5	16
	ции стержня	по высоте δст.h	5,4		7,4	10,8	12,6	13,6	16,6	18,1
1	Прокладка на дно паза (элек-	по высоте		0,5				1
	тронит)
5	Прокладка между стержнями	по высоте δпр	1		1,5			5
	(стеклотекстолит СТЭФ-2)
7	Прокладка под клин (стекло-	по высоте				1, не менее
	текстолит СТЭФ-1)
–	Зазор на укладку		0,3				0,5
–	Общий размер толщины изоля-	по ширине δШ	4,6		6,6	10,2	12	13	15	16,5
	ции в пазу, прокладок и зазора
–		по высоте δ h	13,6		18,1	29,1	32,7	34,7	40,7	43,7
	на укладку

30

Таблица 5.2

Размеры термопластичной микалентной компаундированной изоляции пазовой части стержневых одновитковых двухслойных обмоток статоров турбогенераторов (в миллиметрах)

Позиция	Наименование					Номинальное напряжение, кВ
по рис.
			3,15		6,3		10,5	13,8		15,75		18		20	24
								Толщина, мм
4	Прокладка вертикальная из асбестовой бумаги								0,5
6	Прокладка изоляционная под переходами								0,4
3	Миколента черная		4,0		6,0		8,0	9,5		10,5		12,5		13,5	17,5
2	Лента асбестовая железистая			0,6							1,0
–	Лаковое покрытие								0,2
–	Разбухание витковой изоляции от	по ширине							0,3
–	пропитки	по высоте				1,5							2,0
–	Двухсторонняя толщина изоляции	по ширине δст.ш	5,6		8,0		10,0	11,5		12,5		14,5		15,5	19,5
–	стержня	по высоте δст.в	6,7		9,6		11,6	13,1		14,1		16,1		17,1	21,1
1	Электрокартон на дне паза			0,5							1,0
5	Прокладка из электрокатона между стержнями		2		2,5						3,0
7	Прокладка из электрокартона под клином δп								1,0

31

–	Зазор на укладку	по ширине		0,3					0,5
–		по высоте		0,2					0,3
–	Общая двусторонняя изоляция на	по ширине δш	5,9		8,3	10,5	12,0	13,0		15,0	16,0	20,0
–	паз	по высоте δh	17,1		23,4	28,5	31,5	33,5		37,5	39,5	47,5

32

Таблица 6

Размеры и площади поперечного сечения sЭ голых прямоугольных медных проводов

Размер го-		Размер голого провода по меньшей стороне aЭ, мм
лого провода	1,40	1,60	1,80	2,00	2,24	2,50	2,80	3,15
по большей
стороне bЭ ,		Расчетная площадь сечения провода sЭ, мм2
мм
4,00	5,385	6,185	6,837	7,637	8,597	9,451	10,65	–
4,50	6,085	6,985	7,737	8,637	9,717	10,70	12,05	13,63
5,00	6,785	7,785	8,637	9,637	10,84	11,95	13,45	15,20
5,60	7,625	8,745	9,717	10,84	12,18	13,45	15,13	17,09
6,30	8,605	9,865	10,98	12,24	13,75	15,20	17,09	19,30
7,10	9,725	11,15	12,42	13,84	15,54	17,20	19,33	21,82
7,50	10,29	11,79	13,14	14,64	16,44	18,20	20,45	23,08
8,00	10,99	12,59	14,04	15,64	17,56	19,45	21,85	24,65
9,00	12,39	14,19	15,84	17,64	19,80	21,95	24,65	27,80
10,00	13,79	15,79	17,64	19,64	22,04	24,45	27,45	30,95
11,20	15,47	17,71	19,80	22,04	24,73	27,45	30,81	34,73
12,50	–	19,79	22,14	24,64	27,64	30,70	34,45	38,83
Ширина голого элементарного проводника (предварительно)
			b′Э=b′И – dЭ,					(40)

где dЭ – двусторонняя толщина изоляции проводника по ширине (табл. 7).

Определенное по формуле (40) значение следует округлить до ближайшего стандартного из табл. 6, после чего уточняют ширину паза статора:

bП1=2× ( bЭ+dЭ)+dШ.

(41)

33

Таблица 7

Двусторонняя толщина изоляции проводов прямоугольного сечения марок ПСД и

	ПСДК ( aИ , bИ –	размеры изолированного провода, мм)
Размер голого провода по			Размер голого провода по большей
меньшей стороне aЭ				стороне bЭ
0,9–2	2,12–3,75		3,55–7,1	7,5–8		8,5–10,6
Толщина изоляции bИ– bЭ				Толщина изоляции aИ– aЭ
0,27	0,33		0,36	0,43		0,45

Уточняют ширину зубца статора:

bZ1=t1 – bП1. (42)

Следует иметь в виду, что общая ширина меди в пазу не должна быть меньше общей толщины изоляции по ширине паза.

Уточняют индукцию в зубце статора и сравнивают ее значение с рекомен-

дуемым в табл. 4:

BZ1	=		Ф			.	(43)
		(2 / π ) × 3	× q1 × bZ1	× lC
					× kC
Затем выбирают высоту элементарного проводника аЭ							по табл. 6. Здесь не-

обходимо учитывать следующее. По технологическим соображениям, связанном с изгибами элементарного проводника при транспозиции, рекомендуется размер аЭ

брать не менее 1,25 мм, а отношение bЭ/аЭ <6. Кроме того, для ограничения доба-

вочных потерь мощности в элементарных проводниках от полей пазового рассея-

ния рекомендуется выбирать размер аЭ не более 3–3,5 мм. Таким образом, высоту элементарного проводника следует выбирать в пределах

1,25 < аЭ < 3,5 мм.

При выборе размеров элементарного проводника также необходимо учесть,

что площадь сечения проводника sЭ не должна превышать 18–20 мм2.

Плотность тока в стержне обмотки статора

34

	D1	=		4 ×θ	И ×γ	θ × λИ		,	(44)
				kФ	× bМ1	×δ Ш
где θИ =40¸45 °С –	допустимый		перепад			температур в			пазовой изоляции;
γθ=4,6×107 1/(Ом×м) –	удельная электропроводность меди при расчетной темпера-

туре 75 °С; λИ – удельная теплопроводность термореактивной изоляции; при воз-

душном охлаждении λИ=0,2 Вт/(м×град), при водородном λИ=0,26 Вт/(м×град); kФ –

коэффициент вытеснения тока (коэффициент Фильда) по рекомендациям (45); bМ1 – суммарный размер элементарных проводников без изоляции по ширине па-

за. Если стержень из двух столбцов, то bМ1 =2×bЭ.

Определенную по формуле (44) плотность тока следует сравнить с рекомен-

дуемой в табл. 8.

Таблица 8

Ориентировочные значения произведения АD1 и плотности тока в обмотке статора D1 для турбогенераторов с разными системами охлаждения

		Тип охлаждения
Параметры
	косвенное	косвенное	непосредственное
	воздушное	водородное	водяное
А×D1, А2/м3	(15¸20)×1010	(20¸36)×1010	(65¸200)×1010
D1, А/м2	(2,5¸3,5)×106	(3¸4,2)×106	(5¸10)×106

Коэффициент вытеснения тока kф представляет собой отношение общих по-

терь в меди в обмотке статора, равных сумме основных потерь от тока статора и добавочных потерь от полей рассеяния, к основным потерям. При нерациональ-

ном проектировании добавочные потери могут значительно превышать основные и вызывать опасные перегревы отдельных частей обмотки. Так, при уменьшении плотности тока основные потери уменьшаются, а добавочные – возрастают. Та-

ким образом, общие потери могут не только не уменьшиться, но даже возрасти.

Это объясняется тем, что при неизменной ширине паза уменьшение плотности

35

тока приводит к увеличению сечения стержня и росту глубины паза. В свою оче-

редь, рост глубины паза неизбежно приводит к увеличению добавочных потерь.

Чтобы не было повышенного выделения потерь и сильного нагрева верхнего стержня и особенно его верхних проводников (ближе к раскрытию паза), реко-

мендуется при косвенном охлаждении обмотки принимать коэффициент вытесне-

ния тока

kф = 1,2 – 1,33.			(45)
Площадь сечения стержня (предварительно)
s¢ =	I1НФ	.	(46)
1	а × D1
Число элементарных проводников в стержне
mЭ =s¢1/ sЭ .			(47)
Полученное значение mЭ округляют до ближайшего целого четного числа,
после чего уточняют сечение стержня, плотность тока и коэффициент kф :
s1 = sЭ×m Э ,			(48)
D 1=I1НФ/( а×s1) .			(49)
При частоте 50 Гц и косвенном охлаждении обмоток коэффициент вытесне-
ния тока можно с достаточной степенью точности определить по формуле
kф = 1 + 10,7(bМ1 ×m Э / bП1)2аЭ4×106 .			(50)

Как видно из формулы, высота элементарного проводника аЭ сильно (в чет-

вертой степени) влияет на коэффициент вытеснения тока. Если рекомендации (45)

для kф, рассчитанному по формуле (50), не удовлетворяются при выбранном аЭ, то следует перейти на другое значение аЭ, другое сечение элементарного проводника sЭ, после чего уточнить m Э , s1, D 1 и kф.

Стержни в пазу крепятся с помощью клина. Высоту клина hКЛ1 выбирают в

зависимости от ширины паза в пределах:
hКЛ1 = (0,6¸1,1)× bП1 .	(51)
Высота всех изолированных элементарных проводников одного стержня
hИ = аИ ×( mЭВ+1) ,	(52)

	36
где аИ =аЭ+dЭ (dЭ –	двусторонняя толщина изоляции проводника по высоте,
табл. 7); mЭВ =mЭ/2 –	число элементарных проводников по высоте одного стержня.
Высота паза статора при двух одинаковых стержнях, размещенных в пазу,
	hП1=2× hИ+d h+2× 0,02× mЭВ+ hКЛ1,	(53)

где d h – общий размер толщины изоляции в пазу по высоте паза с учетом прокла-

док и зазора на укладку (табл. 5). При расчете все величины в формулу (53) сле-

дует подставлять в миллиметрах, а после расчета значение высоты паза перевести

вметры.

Инаконец, следует проверить отношение высоты паза к его ширине

hП1/ bП1=5 – 9,

(54)

и отношение высоты паза к его диаметру

hП1/D1=0,16 – 0,21. (55)

Если рекомендации (54) и (55) выполнены, то нужно продолжить расчет.

В соответствии с табл. 5 и проведенными расчетами следует сделать в мас-

штабе чертеж заполненного паза статора, как показано на рис. 6. Все размеры для дальнейших расчетов параметров обмотки следует брать по этому рисунку.

2.5. Определение размеров паза при непосредственном охлаждении

обмотки статора

Стержень обмотки статора при непосредственном водяном охлаждении со-

стоит из сплошных и полых проводников, т.е. стержень комбинированный. Сече-

ние стержня при непосредственном охлаждении обмотки статора водой показано на рис. 7.

Ширину паза и больший размер элементарного проводника при непосредст-

венном охлаждении обмотки статора водой выбирают так же, как при косвенном охлаждении, по формулам (39) – (43). При выборе большего размера сечения сплошного элементарного проводника bЭ по табл. 6 следует согласовать

37

его с размером полого элементарного проводника bЭП по табл. 9. Эти размеры должны быть близкими, а по возможности равными. Если размер bЭП >bЭ, то при рас-

чете ширины паза в формулу (41) следует подставить ширину полого проводника

bЭП.

Полые проводники выполнены в виде полых прямоугольных трубок. Про-

водники комбинированного стержня де-

лят на группы. В каждой группе имеется один полый и два– четыре сплошных про-

водника. При большем числе сплошных проводников в группе (при одном полом)

суммарные потери мощности уменьша-

ются, а нагрев обмотки возрастает, так как при этом уменьшается расход воды в свя-

зи с уменьшением полых проводников в стержне.

Рис. 7. Паз статора турбогенератора 200

МВт с водяным охлаждением

Таблица 9

Трубы медные прямоугольного сечения с прямоугольным отверстием

38

(радиус закругления наружной поверхности на углах сечения r=0,9–1,2 мм)

Размер трубы	Размер трубы	Толщина	Площадь попе-	Теоретическая
по меньшей	по большей	стенки тру-	речного сечения	масса 1000 м
стороне a, мм	стороне b, мм	бы, мм	меди, мм2	трубы, кг
4,0	8,0	1,0	20,0	178,0
4,0	8,5	1,0	21,0	186,9
4,0	9,0	1,0	22,0	195,8
4,0	10,0	1,0	24,0	213,6
4,5	10,0	1,0	25,0	222,5
5,0	5,0	1,3	19,3	171,7
5,0	7,5	1,5	28,5	253,6
5,0	8,0	1,5	30,0	267,0
5,0	8,5	1,3	28,3	252,2
5,0	8,5	1,5	31,5	280,3
5,0	9,0	1,5	33,0	293,7
5,0	9,5	1,5	34,5	307,0
5,0	10,0	1,5	36,0	320,4
5,0	11,2	1,5	39,6	352,4
5,0	11,8	1,5	41,8	372,0
5,0	12,5	1,5	43,5	387,1
6,0	6,0	1,5	27,0	240,3

Высоту канала в полом проводнике аK обычно выбирают 2 мм. При аK<2 мм затруднительно надежное протекание воды, а при аK >2 мм растет высота элемен-

тарного полого проводника аЭП, что приводит к росту добавочных потерь. Тол-

щину стенки полого проводника по условиям механической прочности выбирают

1–2 мм. Поэтому высота полого проводника аЭП оказывается в 1,5–3 раза больше высоты сплошного проводника аЭ. Это приводит при одинаковой глубине паза к