Расчет обмоток ВН

В масляных трансформаторах мощностью 25–200000 кВ∙А с переключением без возбуждения (ПБВ) ГОСТ 12022-76, ГОСТ 11920-73 и ГОСТ 12965-74 предусмотрено выполнение в обмотках ВН (и СН) четырех ответвлений на +5; +2,5; –2,5 и –5 % номинального напряжения помимо основного ответвления с номинальным напряжением. Также выполняются ответвления в сухих трансформаторах. Переключение ответвлений производится переключателями с выведенными из бака рукоятками управления при отключении всех обмоток трансформатора от сети. Схемы ответвлений – по рис.16.

Число катушек (за исключением многослойной цилиндрической обмотки) выбирается так, чтобы: 1) число катушек было четным; 2) рабочее напряжение катушки не превосходило 800–1000 В; 3) при номинальном напряжении 20 кВ и выше все витки, служащие для регулирования напряжения, и витки с усиленной изоляцией располагались в отдельных катушках.

1. Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода (рис.18). Основное применение – на стороне ВН, в отдельных случаях НН, трансформаторов с мощностью на один стержень не более 250 кВ∙А (по соображениям механической прочности), при классе изоляции не выше 35 кВ. В изготовлении дешевле непрерывной обмотки. Число параллельных проводов (равного сечения) – не более двух, транспозиция проводов не применяется. Междуслойная изоляция – кабельная бумага –по табл. 13. При S>25÷35 кВ∙А обмотка разделяется на две концентрические катушки с каналом между ними; число слоев наружной катушки на стороне ВН – от 3/5 до 2/3 общего числа слоев; на стороне НН – 1/2. При напряжении 35 кВ обмотка снабжается частичной емкостной защитой – экраном.

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

Сечение витка:

.

Подбирается провод нужного сечения из таблицы 19, если необходимо – берут два параллельных одинаковых провода. Обозначим: - диаметр провода без изоляции, - с изоляцией.

Полное сечение витка:

,

где - сечение одного провода, - число параллельных проводов.

Число витков в слое:

.

Число слоев .

По таблице 13 в зависимости от рабочего напряжения двух слоев , где - напряжение одного витка, определяется межслойная изоляция.

Если необходим осевой масляный канал для улучшения охлаждения (рис. 17,в), то его величину выбирают по таблице 14.

Радиальный размер обмотки без канала:

,

при наличии канала, величиной :

,

где - толщина межслойной изоляции. При наличии металлического экрана (напряжение 20-35 кВ), радиальный размер увеличивается на 3 мм.

Внутренний диаметр обмотки:

,

где - наружный диаметр обмотки НН, - изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН (табл. 10).

Наружный диаметр обмотки:

.

При наличии экрана добавляется 6 мм.

Поверхность охлаждения: , где - коэффициент закрытия части поверхности охлаждения ( =0,75), коэффициент n зависит от выполнения обмотки (рис. 17) и принимается:

при намотке на изоляционный цилиндр (рис 17,а) , ;

при наличии канала между цилиндрами и внутренней поверхностью (рис. 17,б) , ;

при двух катушках и наличии каналов (рис. 17,в) , .

Предварительно без расчета поверхности обмотки удельный тепловой поток можно определить по формуле: ,

а) б) в)

Рис.17. Варианты выполнения многослойной цилиндрической обмотки

где Ом·м, Ом·м, , - число слоев обмотки без канала или число слоев наиболее широкой катушки при наличии канала; - коэффициент, зависящий от числа поверхностей охлаждения: при намотке на изоляционный цилиндр (рис. 17, а), при наличии канала между цилиндром и обмоткой (рис. 17,б) при наличии канала между частями обмотки и катушка-цилиндр (рис. 17,в).

2. Непрерывная катушечная обмотка (рис. 19) обладает высокой механической и электрической прочностью, применяется в основном на стороне ВН при S_СТ>100 кВ∙А при напряжении от 3 до 110–220 кВ и выше, при токе от 15–18 А и выше для медных обмоток и 10–13 А и выше для алюминиевых обмоток. Верхний предел применения по мощности практически не ограничен. Число параллельных проводов (равного сечения) – до 3–5, транспозиция проводов производится при переходе между катушками и дополнительного места не требует. Междукатушечная изоляция – масляные каналы.

При плотностях тока менее 3 МА/м² в медных обмотках и менее
2 МА/м² в алюминиевых обмотках горизонтальные каналы достаточно сделать только между двойными катушками (через две катушки), заменив в двойных катушках масляный канал двумя электрокартонными шайбами 2×0,5 мм.

Радиальные размеры катушек различного назначения (основные регулировочные, с усиленной изоляцией) должны выдерживаться примерно равными. При определении высоты обмотки учитывается усадка междукатушечных прокладок и шайб после сушки на 4–6 %.

Рассмотрим расчет катушечной обмотки с охлаждающими каналами между всеми катушками.

По фазному току обмотки и найденной плотности тока, учитывающей заданные потери короткого замыкания, находится сечение витка:

,

где плотность тока J в . По табл. 20 подбирается подходящий провод прямоугольного сечения. Если один провод не подходит, то нужное сечение составляем из нескольких параллельных проводов, но не

более 4-5.

Запись провода:

Марка × число параллельных проводов × или марка провода × , где размеры - по рис. 15.

По принятому сечению витка , где - число параллельных проводов сечения , уточняем плотность тока

.

При выборе провода рекомендуется ориентироваться на более крупные сечения, чтобы уменьшить число параллельных проводов . Что касается размеров провода, то лучше выбирать провод с большим размером b.

Определяем число катушек на одном стержне

,

где l – высота обмотки (осевой размер), - высота радиального канала между катушками (рис. 15), которая должна быть не меньше указанной в табл. 14.

Число витков к катушке

,

где - полное число витков данной обмотки.

По форме сечения одна катушка катушечной обмотки с каналами похожа на винтовую обмотку (рис. 15,б), только в винтовой все провода сечения принадлежат одному витку, а в катушечной нескольким виткам.

Дополнительные требования к конструкции катушек:

- параллельные провода располагаются в радиальном направлении, поэтому осевой размер (высота) катушки равна большему размеру провода с изоляцией (рис. 15);

- число витков катушки может быть целым или дробным, однако по условиям технологии предпочтительней иметь катушки с целым числом витков;

- общее число катушек делается четным, число различных видов катушек не более четырех;

- для выравнивания различных размеров катушек с различным числом витков допускается вматывание между витками катушек полосок электроизоляционного картона;

- рабочее напряжение одной катушки при не должно превосходить 1000 В;

- витки, служащие для регулирования напряжения, размещаются в отдельных катушках;

- входные катушки выполняются с усиленной изоляцией (табл. 15).

Размеры обмотки:

осевой размер (высота), м

,

где - осевой размер основных катушек, равный наибольшему размеру провода с учетом изоляции; - осевой размер каждой из четырех входных катушек с усиленной изоляцией (с учетом табл. 15); - канал между катушками вместе расположения регулировочных выводов и равный 8 мм при кВ, 10 мм при кВ и 12 мм при кВ; мм канал между входными катушками с усиленной изоляцией, коэффициент, учитывающий усадку изоляции;

радиальный размер, м

,

где - радиальный размер провода с изоляцией.

Внутренний диаметр обмотки, м:

,

где - наружный диаметр обмотки НН, - канал между обмотками НН и ВН (рис. 5, табл. 10).

Наружный диаметр обмотки, м:

.

Поверхность охлаждения обмотки с каналами между всеми катушками:

,

где - средний диаметр катушки, с =3 – число стержней, - коэффициент закрытия поверхности.

Плотность теплового потока на поверхности обмотки (предварительно):

,

где для меди и для алюминия.

3. Многослойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода. Этот тип обмотки находит применение в качестве обмоток ВН и иногда НН в трансформаторах мощностью от 1000 до 63000–80000 кВ∙А для медных и до 16 000–25000 кВ∙А для алюминиевых обмоток. Число параллельных проводов – до 4–8, все провода имеют одинаковые размеры поперечного сечения, намотка только плашмя, слои соединяются последовательно, охлаждение осуществляется одним – четырьмя осевыми масляными каналами. От импульсных перенапряжений обмотка защищается электростатическими экранами. Для обеспечения механической прочности при коротком замыкании обмотка должна наматываться с механическим поджимом витков в радиальном и осевом направлениях и после изготовления опрессовываться осевыми силами, близкими к силам при установившемся токе короткого замыкания.

Рассмотрим определение геометрических размеров многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода. Обозначения геометрических параметров теже, что и на рис. 9, только роль диаметра стержня d играет наружный диаметр обмотки НН.

Площадь поперечного сечения одного витка: .

По таблице 20 выбираем сечение провода и число параллельных проводов . При этом необходимо руководствоваться данными таблицы 21, чтобы добавочные потери не превосходили 5% от основных потерь.

Запись провода

Полное сечение витка:

,

где - сечение одного провода.

Число витков в слое:

.

Число слоев в обмотке:

,

где W – число витков обмотки.

Таблица21. Ориентировочные предельные радиальные размеры провода а, мм цилиндрических

Дата добавления: 2015-08-21