Расчет обмоток НН

1. Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода (рис. 10) применяется преимущественно в трансформаторах мощностью не более 630 кВ∙А. Обмотка может применяться при больших мощностях, если в процессе производства она подвергается специальной технологической обработке, обеспечивающей механическую прочность при коротких замыканиях. Обмотка выполняется: при мощностях до 16–25 кВ∙А – в один-два слоя, при 40–630 кВ∙А – в два слоя, соединяемых последовательно. Число параллельных проводов – до восьми, намотка предпочтительно плашмя, менее желательно – на ребро; все параллельные провода должны иметь одинаковые размеры и площади поперечных сечений.

При намотке на ребро отношение сторон поперечного сечения провода должно быть не менее 1,3 и не более 3. Для обеспечения крепления крайних витков слоя и учета отклонений в толщине изоляции провода расчетную сумму высот проводов в слое выдерживают на 5–15 мм менее высоты обмотки.

Рассмотрим определение геометрических размеров одно- и двухслойной цилиндрических обмоток из прямоугольного провода. Обозначение линейных размеров однослойной обмотки при намотке плашмя показано на рис. 9.

q

Виток обмотки на этом рисунке состоит из двух проводов. Площадь поперечного сечения одного витка:

,

где - ток обмотки, - плотность тока, определенная в п. 3.7.

Осевой размер витка:

,

где - высота обмотки на 5-15 мм меньшая, чем определенная в п. 3.3 высота обмотки .

Если обмотка в один слой не убирается, то выполняют два слоя, при этом , где - число витков обмотки, - число витков в слое

Если по величине тока (по табл. 20) нельзя подобрать провод нужного сечения, то берется несколько параллельных проводов. Тогда полное сечение витка:

,

где - число параллельных проводов, - сечение одного провода. При этом осевой размер витка , где - осевой размер провода с изоляцией (рис. 9).

Подобранные провода записываются так:

Число параллельных проводов ×	Размер без изоляции
Размер с изоляцией

Размер провода без изоляции , где - меньший размер.

Уточненный осевой размер (высота) обмотки:

.

Радиальный размер обмотки:

-однослойной

-двухслойной , где - радиальный размер провода с изоляцией (рис. 9), - радиальный размер канала (если имеется), который должен соответствовать таблице 14.

Внутренний диаметр обмотки:

,

где - диаметр стержня магнитопровода, - изоляционное расстояние между обмоткой НН и стержнем магнитопровода (табл. 9).

Наружный диаметр обмотки:

Полная поверхность охлаждения обмотки НН всего трансформатора для однослойной обмотки:

,

где - число стержней, на которых расположена обмотка НН, - коэффициент закрытия части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями.

Если имеется радиальный канал между слоями двухслойной обмотки, то число поверхностей увеличивается до четырех, то есть по сравнению с однослойной увеличивается в 2 раза.

Определение удельного теплового потока без расчета поверхности охлаждения:

в формулу для , приведенную в п. 2.4, подставляем , и получаем:

.

Коэффициент добавочных потерь определяется, как указано в п. 3.10.

При намотке на ребро, что делается в исключительных случаях, размеры и меняются местами. Для меди Ом·м, для алюминия Ом·м.

2. Винтовая обмотка (рис. 11) применяется только как обмотка НН в трансформаторах с медными обмотками мощностью на один стержень от 160 кВ∙А и выше при токе не менее 300 А (при алюминиевых обмотках – от 100 кВ∙А и выше при токе не менее 150–200 А). Верхний предел по мощности и току практически не ограничен. В изготовлении она несколько дороже цилиндрической обмотки. Минимальное число параллельных проводов 4, все параллельные провода должны иметь одинаковые размеры и площадь поперечного сечения, намотка – только плашмя.

Таблица19. Номинальные размеры сечения и изоляция круглого медного и алюминиего обмоточного провода марок ПБ и АПБ с толщиной изоляции на две стороны 2 =0,30 (0,40) мм

Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %	Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %	Диаметр, мм	Сечение, мм^2	Увеличение массы, %
Марка ПБ – медь	2,00 2,12   2,24 2,36   2,50 2,65   2,80 3,00   3,15 3,35   3,55 3,75	3,14 3,53   3,94 4,375   4,91 5,515   6,16 7,07   7,795 8,81   9,895 11,05	3,0 3,0   3,0 2,5   2,5 2,5   2,5 2,5   2,0 2,0   2,0 1,5	4,00 4,10 4,25 4,50 4,75 5,00 5,20	12,55 13,2 14,2 15,9 17,7 19,63 21,22	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
1,18 1,25	1,094 1,23	6,0 5,5
Марка ПБ – медь Марка АПБ - алюминий	Марка АПБ – алюминий
1,32 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90	1,37 1,51 1,77 2,015 2,27 2,545 2,805	5,0 5,0 4,5 4,0 4,0 3,5 3,5	5,30 6,00 8,00	22,06 28,26 50,24	1,5 1,5 1,0

Примечания: 1. Изоляция – кабельная бумага.

2. Без скобок указана номинальная толщина изоляции, в скобках – расчетная.

3. Для алюминиевого провода увеличение массы в три раза больше, чем указано в таблице для медного провода.

Таблица 20. Номинальные размеры и сечения медного и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ (размеры a и b – в мм, сечения – в мм²)

Медный проводник марки ПБ – все размеры таблицы, за исключением проводов с размером b 17 и 18

Алюминиевый провод марки АПБ – все размеры таблицы вправо и вверх от жирной черты

b a	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80	1,90	2,00	2,12	2,24	2,36	2,50	2,65	2,80	3,00	3,15	3,35	3,55	3,75	4,00	4,25	4,50	4,75	5,00	5,30	5,60	a ∕ b
3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00 6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,60 11,20 11,80 12,50 13,20 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00	5,04 5,39 5,74 6,09 6,44 6,79 7,21 7,63 8,19 8,61 9,17 9,73 10,3 11,0 11,7 12,4 13,1 13,8 14,6 15,5 - - - - - - - -	- 5,79 - 6,54 - 7,29 - 8,19 - 9,24 - 10,4 - 11,8 - 13,3 - 14,8 - 16,6 - 18,5 - - - - - -	5,79 6,19 6,59 6,99 7,39 7,79 8,27 8,75 9,39 9,87 10,5 11,2 11,8 12,6 13,4 14,2 15,0 15,8 16,8 17,7 18,7 19,8 - - - - - -	- 6,44 - 7,29 - 8,14 - 9,16 - 10,4 - 11,7 - 13,2 - 14,9 - 16,6 - 18,7 - 20,9	6,39 6,84 7,29 7,79 8,19 8,64 9,18 9,72 10,4 11,0 11,7 12,4 13,1 14,0 14,9 15,8 16,7 17,6 18,7	- 7,24 - 8,19 - 9,14 - 10,3 - 11,6 - 13,1 - 14,8 - 16,7 - 18,6 -	7,14 7,64 8,14 8,64 9,14 9,64 10,2 10,8 11,6 12,2 13,0 13,8 14,6 15,6 16,6 17,6 18,6 19,6 20,8	- 8,12 - 9,18 - 10,2 - 11,5 - 13,0 - 14,7 - 16,6 - 18,7 - 20,8 -	8,04 8,60 9,16 9,72 10,3 10,8 11,5 12,2 13,1 13,8 14,7 15,5 16,4 17,6 18,7 19,8 20,9 22,0 23,4 24,7 26,1 27,6	- 8,69 - 10,1 - 11,3 - 12,7 - 14,3 - 16,2 - 18,3 - 20,7 - 23,1 - 25,9 - 29,0 - 32,5	8,83 9,45 10,1 10,7 11,3 12,0 12,7 13,5 14,5 15,2 16,2 17,2 18,2 19,5 20,7 22,0 23,2 24,5 26,0 27,5 29,0 30,7 32,5 34,5 37,0	- 10,1 - 11,4 - 12,7 - 14,3 - 16,2 - 18,3 - 20,7 - 23,3 - 26,0 - 29,1 - 32,6 - 36,6 - 41,9	- 10,7 11,4 12,1 12,8 13,5 14,3 15,1 16,3 17,1 18,2 19,3 20,5 21,9 23,3 24,7 26,1 27,5 29,1 30,8 32,5 34,5 36,4 38,7 41,5 44,3 47,2	- - - 13,0 - 11,5 - 16,3 - 18,4 - 20,8 - 23,5 - 26,5 - 29,5 - 33,1 - 37,0 - 41,5 - 47,5 - 53,1	- - - 13,6 14,4 15,2 16,2 17,1 18,4 19,3 20,6 21,8 23,1 24,7 26,2 27,8 29,4 31,0 32,8 34,7 36,6 38,8 41,0 43,6 46,7 49,9 53,0 55,8	- - - - - 16,2 - 18,2 - 20,6 - 23,2 - 26,3 - 29,6 - 33,0 - 37,0 - 41,3 - 46,4 - 53,1 - 59,4	- - - - - 17,2 18,3 19,3 20,8 21,8 23,2 24,7 26,1 27,9 29,6 31,4 33,2 35,0 37,1 39,2 41,3 43,8 46,3 49,2 52,7 56,3 59,4 63,0	- - - - - - - 20,1 - 22,8 - 25,8 - 29,1 - 32,9 - 36,6 - 41,4 - 46,0 - 52,0 - 59,1 - 66,6	- - - - - - - 21,5 23,1 24,3 25,9 27,5 29,1 31,1 33,1 35,1 37,1 39,1 41,5 43,9 46,3 49,1 51,9 55,1 59,1 63,1 67,1 71,1	- - - - - - - - - 25,9 - 29,3 - 33,1 - 37,4 - 41,6 - 46,7 - 52,3 - 58,6 - 67,1 - 75,6	- - - - - - - - - 27,5 29,3 31,1 32,9 35,1 37,4 39,6 41,9 44,1 46,8 49,5 52,2 55,4 58,5 62,1 66,6 71,1 75,6 80,1	- - - - - - - - - - - 32,9 - 37,1 - 41,9 - 46,6 - 52,3 - 58,5 - 65,6 - 75,1 - 84,6	- - - - - - - - - - - 34,6 36,6 39,2 41,6 44,1 46,6 49,1 52,1 55,1 58,1 61,6 65,1 69,1 74,1 79,1 84,1 89,1	- - - - - - - - - - - - -41,5 - 46,8 - 52,1 - 58,5 - 65,4 - 73,3 - 83,9 - 94,5	- - - - - - - - - - - - - 43,9 46,7 49,5 52,1 55,1 58,5 61,9 65,2 69,1 73,1 77,5 83,1 88,7 94,3 99,9	3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00 6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,60 11,20 11,80 12,50 13,20 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00
19,8 20,9 22,1 23,4 24,8 - - - -	20,9 - 23,4 - 26,2 - - - -	22,0 23,2 24,6 26,0 27,6 29,6 31,6 - -	23,4 - 26,1
- - - - - -	- 29,3 - 33,6 - -	29,2 31,0 33,2 35,5 - -
- 37,2 - -
39,5
- -	- -
-

Примечания: 1. Провод марок ПБ и АПБ выпускается с толщиной изоляции на две стороны 2 и мм

2. Без скобок указана номинальная толщина изоляции, в скобках – расчетная.

3. Изоляция – кабельная бумага.

Подобно резьбе винта может быть одноходовой (рис. 11), двухходовой (рис. 12), в отдельных случаях – четырехходовой. При концентричном расположении обмоток ВН и НН (СН) обязательна транспозиция параллельных проводов – общая и групповая по схеме рис. 13 для одноходовой или одного хода многоходовой обмотки или равномерно распределенная по схеме рис. 14 для двухходовой обмотки.

При определении высоты обмотки учитывают, что: а) каждая общая и групповая транспозиция увеличивает высоту обмотки на высоту витка и канала; равномерно распределенная транспозиция высоты обмотки не увеличивает; б) действительная общая высота всех горизонтальных каналов на 4–6 % менее расчетной высоты за счет усадки междукатушечных прокладок после сушки.

Рассмотрим определение геометрических размеров винтовой обмотки с горизонтальными каналами между витками и в витках при применении двухходовой обмотки.

Площадь поперечного сечения одного витка, как и в цилиндрической обмотке

где - ток обмотки, - плотность тока (п. 3.7).

Для выбора типа обмотки определяем высоту (осевой размер) одного витка.

Ориентировочное значение осевого размера одного витка одноходовой обмотки:

,

где - высота обмотки, - ее число витков, - осевой размер масляного охлаждающего канала между витками. Увеличение числа витков на 4 учитывает увеличение осевого размера обмотки за счет транспозиции параллельных проводов, составляющих один виток. Размер канала берется по таблице 14.

б)

Рис. 15. Сечение витка винтовой обмотки

одноходовой с четырьмя параллельными проводами и каналами между витками (а)

двухходовой с восемью параллельными проводами и каналами в витках и между

витками (б)

Если м для медного провода и м для алюминиевого, то применяется одноходовая обмотка. В противном случае применяется двухходовая обмотка с равномерно распределенной транспозицией, для которой .

размер провода без изоляции

размер провода с изоляцией

По найденным значениям и выбирают провод прямоугольного сечения (табл. 20):

Число параллельных проводов

или

В двухходовой обмотке провода делятся поровну между ходами.

По выбранным проводам уточняют сечение витка и плотность

тока .

Высота обмотки (осевой размер):

-одноходовая с тремя транспозициями:

,

-двухходовая с равномерно распределенной транспозицией:

.

Коэффициент , учитывающий усадку, может быть принят равным 0,94-0,96.

Радиальный размер обмотки (рис. 15):

,

где число параллельных проводов в ходе ( при одноходовой и при двухходовой обмотках).

Внутренний диаметр обмотки:

где - изоляционное расстояние от стержня (табл. 9), - диаметр стержня

Наружный диаметр обмотки:

При наличии горизонтальных охлаждающих каналов между всеми витками, общая поверхность для одноходовой обмотки:

,

где c – число стержней, .

Для двухходовой обмотки (рис. 15,б) поверхность увеличивается в два раза.

Определение удельного теплового потока без расчета поверхности охлаждения:

Значения величин и указаны при расчете цилиндрической обмотки.

Дата добавления: 2015-08-21