3. Расчет обмоток высокого напряжения (вн)

Обмотки преобразовательных трансформаторов данного класса выполняются проводом прямоугольного сечения, который укладывается плашмя (большим размером к стержню). Обычно для преобразовательных трансформаторов применяют спиральную катушечную обмотку, состоящую из нескольких катушек. Чтобы улучшить охлаждение обмоток, они выполняются с аксиальными и радиальными масляными каналами. Аксиальные масляные каналы образуются вертикальными рейками, устанавливаемыми на бакелитовый изолирующий цилиндр с таким расчетом, чтобы длина дуги окружности между осями межкатушечных изоляционных прокладок, вычисляемая по среднему витку катушки обмотки, не превышала =15 см. Ширина рейки принимается =2...4 см, а радиальный размер масляного канала (толщина рейки) =0,6...3 см. Радиальные каналы создаются за счет межкатушечных прокладок, закрепленных на рейках. Ширина прокладок =2...6 см, высота масляных каналов (толщина прокладок) =5...8 мм. Рейки и прокладки выполняются из электрокартона.

В мощных преобразовательных трансформаторах обмотка ВН располагается на стержне, а обмотка НН – снаружи, концентрически с обмоткой ВН. На рисунке 1 схематично показано расположение обмоток и их главной изоляции.

Рис.1 Расположение обмоток и главной изоляции

1. Предварительная высота обмотки ВН с учетом минимальных изоляционных расстояний (Таблица 1).

Таблица 1

Минимальные изоляционные расстояния для обмоток ВН и НН для номинальной мощности трансформатора от 5000 до 10000 кВА

Параметр	Обозначение	Показатель
Испытательное напряжение, кВ	-	85
Расстояние обмотки ВН от верхнего ярма, см		15
Расстояние обмотки ВН от нижнего ярма, см		10
Расстояние обмотки НН от верхнего ярма, см		10
Расстояние обмотки НН от нижнего ярма, см		7
Выступ цилиндра обмотки ВН от верха обмотки, см		10
Выступ цилиндра обмотки ВН от низа обмотки, см		7
Выступ цилиндра обмотки НН от верха обмотки, см		5
Выступ цилиндра обмотки НН от низа обмотки, см		3
Внутренние каналы обмоток ВН и НН, см		2
		0,6
		0,5
Толщина изолирующего цилиндра, см		0,6
		0,6
		0,5

= – ( + ) = 107 - (15+10) = 82 (см).

3.2. Предварительное сечение витка обмотки ВН:

= = 24,6 ,

где - плотность тока в обмотке ВН; принимается для обмотки ВН, расположенной на стержне, Δ1 = (2,6 ... 3,2) А/мм2. Т. к. 35 , то число параллельных проводников в витке =1, площадью сечения 24,6

Высокая сторона прямоугольного провода: =2 =2·4,96= 9,92 мм.

Ширина прямоугольного провода = 9,92/4 = 2,48 мм.

3.3. Размеры поперечного сечения витка обмотки ВН.

Исходя из полученных значений, выбираем проводник для обмотки ВН из Таблицы 2 в методических указаниях к курсовому проекту соответственно, и выбираем размеры поперечного сечения витка обмотки ВН. Расчетным данным высоты и ширины прямоугольного проводника соответствуют следующие данные:

высота проводника без изоляции

высота проводника с изоляцией = + 2 = 10+0,5=10,5 мм;

ширина проводника без изоляции ;

ширина проводника с изоляцией = + 2 = 2,5+0,5=3,0 мм;

Расчетная площадь сечения проводника соответствует =24,5 .

3.4. Окончательное сечение витка:

= 1· 24,5 = 24,5

Фактическая плотность тока в обмотке ВН:

= = 2,82 А/

3.5. Предварительное число катушек обмотки ВН определяется исходя из высоты обмотки с учетом высоты радиальных масляных каналов между катушками:

= = 52,9

где – высота изоляционной прокладки между катушками обмотки, принимается =5...8 мм. Примем =5. Полученное значение необходимо округлить до ближайшего целого четного числа. Для нашего случая принимаем =52 катушки.

3.6. Число витков в катушке обмотки ВН:

= = 14,34

По условиям технологии изготовления обмоток желательно, чтобы число катушек в обмотке было четным. Этого можно добиться, варьируя число витков в катушке. Примем число катушек обмотки ВН:

= = 49,7. Принимаем

3.7. Размеры катушек обмотки ВН

Катушки обмотки ВН выполняются с обычной (основные катушки) и усиленной изоляцией. Осевой размер (высота) основной катушки определяется высотой проводника с изоляцией. Радиальный размер (ширина сечения) основной катушки

=1,05 = 1,05∙15∙1∙3,0=47,3 мм.

Для повышения стойкости трансформатора к атмосферным и коммутационным перенапряжениям ближайшие к ярму катушки ВН выполняются с усиленной изоляцией. Чтобы радиальный размер ( ) этих катушек не превышали размеры основных катушек ( ), число витков в катушках с усиленной изоляцией ( ) уменьшают. При напряжении обмотки ВН =35 кВ принимается четыре катушки с усиленной изоляцией ( =4), по две с верхней и нижней сторон обмотки ВН.

Ширина проводника катушки с усиленной изоляцией

= +2 = 2,5+1,05=3,55 мм

Примем Тогда радиальный размер катушки с усиленной изоляцией для обмотки ВН составит

= 1,05 = 1,05∙12∙3,55∙1=44,7 мм.

Условие выполняется.

Осевой размер (высота) катушки с усиленной изоляцией

= +2 = 10,0+1,05=11,05 мм

=47,3

		= 3
=	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10		11		12		13		14		15

Рис.2 Эскиз основной катушки обмотки ВН

=44,7

= 3,55

=

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Рис.3 Эскиз катушки с усиленной изоляцией для обмотки ВН

3.8. Распределение витков и катушек обмотки ВН сведено в Таблице 2.

Таблица 2

Тип катушки	Число катушек в обмотке	Число витков в катушке	Суммарное число витков в катушках данного типа
Катушки с усиленной изоляцией	=4
Основные катушки	= -
Дополнительные катушки	= 2		= 8
ИТОГО	=	-	= 746

Общее число катушек обмотки ВН четное ( . В обмотке предусмотрены две дополнительные катушки с четырьмя витками, чтобы суммарное число витков обмотки ВН соответствовало полученному значению = 746).

3.9. Осевые размеры обмотки ВН

Суммарная высота катушек обмотки

=46·10,5+ 2·10,5 + 4·11,05 = 548,2 мм.

Высоту межкатушечных изоляционных прокладок, образующих масляные каналы, для катушек с усиленной изоляцией примем =8 мм. Тогда суммарная высота масляных каналов для катушек с усиленной изоляцией

= 4 · 8 = 32 мм.

Высоту межкатушечных изоляционных прокладок для основных катушек примем =5 мм, тогда суммарная высота масляных каналов для основных и дополнительной катушек

Высота обмотки ВН определяется с учетом усадки изоляции собранной обмотки. Усадка изоляции принимается в диапазоне (3 ... 5) % от суммарного осевого размера межкатушечных изоляционных прокладок, укладываемых в масляных каналах:

548,2 + 235 + 32 – 0,04 х х(235+ 32) = 805 мм.

3.10. Радиальные размеры обмотки ВН

Внутренний диаметр обмотки

= 480 + 2(5+6+20) = 542 мм.

Внешний диаметр обмотки

= 542+2·47,3=636,6 мм.

Средний диаметр обмотки

= = 589,3 мм.

3.11. Масса обмотки ВН

,

где – плотность меди (

3.12. Масса обмотки ВН с учетом массы изоляции и отводов:

3.13. Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН представляет собой мощность потерь в катушке, отнесенную к единице ее поверхности, и определяется согласно выражению:

,

где - коэффициент закрытия катушки обмотки ВН;

– коэффициент, учитывающий добавочные потери;

– периметр поперечного сечения катушки обмотки ВН.

Коэффициент закрытия катушки

,

где – диаметр среднего витка катушки.

– количество межкатушечных изоляционных прокладок, укладываемых на одну катушку обмотки ВН.

Количество изоляционных прокладок

Принимаем

Коэффициент, учитывающий добавочные потери, для трансформатора данного класса принимается из диапазона = 1,03 ... 1,1. Возьмем

Периметр поперечного сечения катушки ВН

Для расчетного примера имеем:

=

Тогда удельная тепловая нагрузка обмотки ВН:

= 737 Вт/

Для преобразовательных трансформаторов данного класса тепловая нагрузка должна удовлетворять условию ≤1200 Вт/ . Полученное значение удовлетворяет этому условию.