КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Расчет обмоток низшего и высшего напряжений
Обмотка низшего напряжения располагается у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой высшего напряжения, то есть первой от стержня, поэтому расчет обмоток начинают именно с нее. При расчете обмоток [14] сначала определяют число витков, приходящихся на одну фазу обмотки НН трансформатора Wнн. Определяют его по формуле:
, (3.15)
где Uв – ЭДС возникающая в одном витке.
Электродвижущую силу одного витка получают из следующего соотношения:
Uв = 4,44×f×Bc×Пв.нн×10-4, В.
где Вс – индукция в стержне, Тл; Пв.нн – активное сечение стержня, см2.
Определяем число витков
. (3.16)
Полученное значение следует округлить до целого значения. После округления значения Wнн уточняем значение ЭДС одного витка:
, В (3.17)
После этого находят действительную индукцию в стержне:
, Тл. (3.18)
Величина поперечного сечения витка Пв,нн, определенная выше, отличается, как правило, от сечения стандартного провода. Для дальнейшего расчета следует задаться ближайшим значением сечения стандартного обмоточного провода [15], значения которых приведены в таблице 3.11.
После этого следует уточнить величину плотности тока jнн в обмотке:
А/мм2. (3.19)
Внутренний диаметр обмотки определяем из выражения:
см, (3.20)
где a01 – ширина канала между обмоткой НН и стержнем.
| Таблица 3.11 Сечения стандартных обмоточных проводов | |||||||||||
| Размер проволоки по стороне b, мм | Размер проволоки по стороне a, мм | ||||||||||
| 1,80 | 1,90 | 2,00 | 2,12 | 2,24 | 2,36 | 2,50 | 2,65 | 2,80 | 3,00 | 3,15 | |
| 4,00 | 6,837 | 7,237 | 7,637 | 8,117 | 8,597 | 8,891 | 9,451 | 10,05 | 10,65 | – | – |
| 4,25 | 7,287 | – | 8,137 | – | 9,157 | – | 10,08 | – | 11,35 | – | – |
| 4,50 | 7,737 | 8,187 | 8,637 | 9,177 | 9,717 | 10,07 | 10,70 | 11,38 | 12,05 | 12,95 | 13,63 |
| 4,75 | 8,188 | – | 9,137 | – | 10,28 | – | 11,33 | – | 12,75 | – | 14,41 |
| 5,00 | 8,637 | 9,137 | 9,637 | 10,24 | 10,84 | 11,25 | 11,95 | 12,70 | 13,45 | 14,45 | 15,20 |
| 5,30 | 9,177 | – | 10,24 | – | 11,51 | – | 12,70 | – | 14,29 | – | 16,15 |
| 5,60 | 9,717 | 10,28 | 10,84 | 11,51 | 12,18 | 12,67 | 13,45 | 14,29 | 15,13 | 16,25 | 17,09 |
| 6,00 | 10,44 | – | 11,64 | – | 13,08 | – | 14,45 | – | 16,25 | – | 18,35 |
| 6,30 | 10,98 | 11,61 | 12,24 | 12,99 | 13,75 | 14,32 | 15,20 | 16,15 | 17,09 | 18,35 | 19,30 |
| 6,70 | 11,70 | – | 13,04 | – | 14,65 | – | 16,20 | – | 18,21 | — | 20,56 |
| 7,10 | 12,42 | 13,13 | 13,84 | 14,69 | 15,54 | 16,21 | 17,20 | 18,27 | 19,33 | 20,75 | 21,82 |
| |
| Таблица 3.11 (продолжение) | |||||||||||
| 7,50 | 13,14 | – | 14,64 | – | 16,44 | – | 18,20 | – | 20,45 | – | 23,08 |
| 8,00 | 14,04 | 14,84 | 15,64 | 16,60 | 17,56 | 18,33 | 19,45 | 20,65 | 21,85 | 23,45 | 24,65 |
| 8,50 | 14,94 | – | 16,64 | – | 18,68 | – | 20,70 | – | 23,25 | – | 26,23 |
| 9,00 | 15,84 | 16,74 | 17,64 | 18,72 | 19,80 | 20,69 | 21,95 | 23,30 | 24,65 | 26,45 | 27,80 |
| 9,50 | 16,74 | – | 18,64 | – | 20,92 | – | 23,20 | – | 26,05 | – | 29,38 |
| 10,00 | 17,64 | 18,64 | 19,64 | 20,84 | 22,04 | 23,05 | 24,45 | 25,95 | 27,45 | 29,45 | 30,95 |
| 10,60 | 18,72 | – | 20,84 | – | 23,38 | – | 25,95 | – | 29,13 | – | 32,84 |
| 11,20 | – | – | – | 23,38 | 24,73 | 25,88 | 27,45 | 29,13 | 30,81 | 3,3,05 | 34,73 |
| 11,80 | – | – | – | – | 26,07 | – | 28,95 | – | 32,49 | – | 36,72 |
| 12,50 | – | – | – | 26,14 | 27,64 | 28,95 | 30,70 | 32,58 | 34,45 | 36,95 | 38,83 |
| 13,20 | – | – | – | – | – | – | 32,45 | – | 36,41 | – | 41,03 |
| 14,00 | – | – | – | – | – | 32,49 | 34,45 | 36,55 | 38,65 | 41,45 | 43,55 |
| 15,00 | – | – | – | – | – | – | 36,95 | – | 41,45 | – | 46,70 |
| 16,00 | – | – | – | – | – | – | – | 41,85 | 44,25 | 47,45 | 49,85 |
| 17,00 | – | – | – | – | – | – | – | – | 47,05 | – | 53,00 |
| 18,00 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | 53,45 | 56,15 |
| |
| Таблица 3.11 (продолжение) | ||||||||||||
| Размер проволоки по стороне b, мм | Размер проволоки по стороне a, мм | |||||||||||
| 3,35 | 3,55 | 3,75 | 4,00 | 4,25 | 4,50 | 4,75 | 5,00 | 5,30 | 5,60 | |||
| 4,00 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 4,25 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 4,50 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 4,75 | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 5,00 | 16,20 | 17,20 | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 5,30 | – | 18,27 | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| 5,60 | 18,21 | 19,33 | 20,14 | 21,54 | – | – | – | – | – | – | ||
| 6,00 | – | 20,75 | – | 23,14 | – | – | – | – | – | – | ||
| 6,30 | 20,56 | 21,82 | 22,77 | 24,34 | 25,92 | 27,49 | – | – | – | – | ||
| 6,70 | – | 23,24 | – | 25,94 | – | 29,29 | – | – | – | – | ||
| 7,10 | 23,24 | 24,66 | 25,77 | 27,54 | 29,32 | 31,09 | 32,87 | 34,64 | – | – | ||
| 7,50 | – | 26,08 | – | 29,14 |
| 32,89 | – | 36,64 | – | – |
| Окончание табл. 3.11 | ||||||||||
| 8,00 | 26,25 | 27,85 | 29,14 | 31,14 | 33,14 | 35,14 | 37,11 | 39,24 | 41,54 | 43,94 |
| 8,50 | – | 29,63 | – | 33,14 | – | 37,39 | – | 41,64 | – | 46,74 |
| 9,00 | 29,60 | 31,40 | 32,89 | 35,14 | 37,39 | 39,64 | 41,84 | 44,14 | 46,84 | 49,54 |
| 9,50 | – | 33,18 | – | 37,14 | – | 41,89 | – | 46,64 | – | 52,34 |
| 10,00 | 32,95 | 34,95 | 36,64 | 39,14 | 41,64 | 44,14 | 46,64 | 49,14 | 52,14 | 55,14 |
| 10,60 | – | 37,08 | – | 41,54 | – | 46,84 | – | 52,14 | – | 58,50 |
| 11,20 | 36,97 | 39,21 | 41,14 | 43,94 | 46,74 | 49,54 | 52,34 | 55,14 | 58,50 | 61,86 |
| 11,80 | – | 41,34 | – | 46,34 | – | 52,24 | – | 58,14 | – | 65,22 |
| 12,50 | 41,33 | 34,83 | 46,02 | 49,14 | 52,27 | 55,39 | 58,52 | 61,64 | 65,39 | 69,14 |
| 13,20 | – | 46,31 | – | 51,94 | – | 58,54 | – | 65,14 | – | 73,06 |
| 14,00 | 46,35 | 49,15 | 51,95 | 55,14 | 58,64 | 62,14 | 65,64 | 69,14 | 73,34 | 77,54 |
| 15,00 | – | 52,70 | – | 59,14 | – | 66,64 | – | 74,14 | – | 83,14 |
| 16,00 | 53,05 | 56,25 | 59,14 | 63,14 | 67,14 | 71,14 | 75,14 | 79,14 | 83,94 | 88,74 |
| 17,00 | – | 59,80 | – | 67,14 | – | 75,64 | – | 84,14 | – | 94,34 |
| 18,00 | 59,75 | 63,35 | 66,64 | 71,14 | 75,64 | 80,14 | 84,64 | 89,14 | 94,54 | 99,94 |
| |
Наружный диаметр обмотки определяем из выражения [15]:
, см, (3.21)
где а1 – радиальный размер обмотки НН.
В зависимости от типа обмотки НН, этот расчет производится различным путем (см. далее).
Расчет обмоток высшего напряжения также начинают с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения и напряжений всех ответвлений [14]. Число витков при номинальном напряжении определяется по формуле:
. (3.22)
Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду равно:
, (3.23)
где Up – напряжение на одной ступени регулирования обмотки, В; Uв – напряжение одного витка обмотки, В.
Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой и в соответствии с ГОСТом при мощностях до 250 МВА, делаются ответвления +5%; +2,5; 0%; –2,5%; –5%. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях равно:
На номинальном напряжении равно WВН.
На верхних ступенях:
WВН=Wном,ВН +2Wр; (3.24)
WВН=Wном,ВН +Wр;
На низших ступенях:
WВН=Wном,ВН –2Wр; (3.25)
WВН=Wном,ВН –Wр;
Предварительное определение числа катушек для многослойной цилиндрической катушечной и катушечной обмоток производится с таким расчетом, чтобы:
- число катушек было четным;
- при номинальном напряжении ВН 35 кВ витки, служащие для регулирования напряжения, были размещены в отдельных катушках.
Внутренний диаметр обмотки определяется из выражения:
, см, (3.26)
где а12 – ширина канала между обмотками НН и ВН.
Наружный диаметр обмотки определяем из выражения:
, см, (3.27)
где а2– радиальный размер обмотки ВН.
Дальнейший расчет обмотки ВН также зависит от типа обмотки.
1) Расчет цилиндрических обмоток НН, двухслойныхи однослойных из прямоугольного провода.
Число слоев обмотки выбирается обычно равным двум, в отдельных случаях обмотка может быть в один слой.
Число витков в одном слое обмотке Wсл равно:
для однослойной обмотки
; (3.28)
для двухслойной обмотки
. (3.29)
Ориентировочный осевой размер витка обмотки h0 равен:
, см, (3.30)
где H0– ориентировочная высота обмотки, см.
Ориентировочное сечение витка:
, мм2, (3.31)
где j – предварительное значение плотности тока по
таблице 3.3.
Исходя из полученных значений сечения одного витка Пв.нн и осевого размера h0, по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (по таблице 3.11) подбирается провод с наиболее подходящими значениями, с соблюдением следующих правил:
- число параллельных проводов nпр должно быть не более 4…8;
- все провода имеют одинаковые размеры поперечного сечения;
- радиальные размеры параллельных проводов равны между собой;
- при намотке на ребро отношение радиального размера к осевому размеру провода должно лежать в интервале 1,3…3,0;
- расчетная высота обмотки должна быть на 0,5…1,5 см меньше H0.
Подобранные размеры провода записываются следующим образом:
марка провода 
, (3.32)
где а' и b' – размеры провода в изоляции.
Полное сечение витка обмотки из nпр параллельных проводов определяется по формуле:
, мм2, (3.33)
где Ппр – сечение одного из параллельных проводов , мм2.
Осевой размер hв витка (высота) определяется как сумма высот nпр параллельных проводов:
, см, (3.34)
где hпр – высота одного из параллельных проводов , см.
После определения окончательных размеров витка обмотки следует определить соответствующее им значение плотности тока:
, А/мм2. (3.35)
Осевой размер обмотки определяем по формуле:
, см. (3.36)
Радиальный размер обмотки а1 равен:
для однослойной
, см; (3.37)
для двухслойной
, см, (3.38)
где а'– толщина одного слоя; а11 – канал между слоями.
Радиальный размер канала а11 при U 
1 кВ выбирается по условиям изоляции не менее 0,4 см [15].
Внутренний диаметр обмотки равен:
, см. (3.39)
Наружный диаметр обмотки равен:
, см. (3.40)
2) Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН из круглого провода. По ориентировочному сечению витка, исходя из сортамента обмоточного провода для трансформаторов, подбирается провод подходящего сечения или в отдельных случаях два-три параллельных одинаковых провода с диаметрами провода без изоляции dи провода в изоляции d'. Подобранные размеры провода записываются так:
марка провода 
, (3.41)
где nпр – число параллельных проводов;
Полное сечение витка определяем как:
, мм2, (3.42)
где Ппр – площадь сечения выбранного провода (из таблицы 3.11), мм2.
Получив сечение витка, определяем действительную плотность тока
, А/мм2. (3.43)
Далее определяем число витков в одном слое обмотки:
. (3.44)
Получив число витков в слое, определяем необходимое количество слоев обмотки:
. (3.45)
Заметим, что число слоев должно быть целой величиной. Если число получается дробным, то округлять его следует до большего значения [15].
Рабочее напряжение двух слоев определяем по формуле:
, В. (3.46)
По рабочему напряжению двух слоев выбирается общая толщина 
кабельной бумаги между двумя слоями обмотки, таблица 3.12.
| Таблица 3.12 Межслойная изоляция обмоток | ||
| Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В | Число слоев кабельной бумаги (толщиной 0,12 мм) | Высота межслойной изоляции на торце обмотки, мм |
| До 1000 | ||
| 1000…2000 | ||
| 2000…3000 | ||
| 3000…3500 | ||
| 3500…4000 | ||
| 4000…4500 | ||
| 4500…5000 | ||
| 5000…5500 |
По условиям охлаждения обмотка каждого стержня часто выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 1/3…2/5 общего числа слоев обмотки.
Минимальная ширина масляного канала между катушками выбирается равной 0,4 см.
Радиальный размер обмотки равен:
для одной катушки
, см; (3.47)
для двух катушек
, см. (3.48)
В обмотках класса напряжения 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран — незамкнутый цилиндр из латунного листа толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычно межслойной изоляцией или листом картона толщиной 0,1 см. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала.
При наличии экрана радиальный размер обмотки находится по формуле:
, см, (3.50)
где δэкр – толщина экрана равная 0,05 см; δм,сл – толщина кабельной бумаги или картона.
В обмотках с экраном радиальный размер а'2принимается в расчет только при определении размеров обмотки. При подсчете ЭДС рассеяния этих обмоток следует увеличивать расчетную ширину канала между обмотками на толщину экрана и межслоевой изоляции
, см, (3.51)
где а12 – ширина канала между обмотками НН и ВН.
Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана – до его внутренней изоляции) равен:
, см. (3.52)
Наружный диаметр обмотки равен:
без экрана
, см; (3.53)
с экраном
, см. (3.54)
3) Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН из прямоугольного провода. Этот тип обмотки применяется в качестве обмотки ВН (в некоторых случаях и НН) в масляных трансформаторах классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью 1000 кВА и более [16].
Как и в предыдущих случаях для обмотки необходимо выбрать один или два-три параллельных провода с общим сечением равным Пв.
Размеры выбранного провода записываются так:
марка провода . (3.55)
Полное сечение витка определяем как:
, мм2, (3.56)
где Ппр – площадь сечения одного провода, мм2.
Определяем действительную плотность тока,
, А/мм2. (3.57)
Далее определяем число витков в одном слое обмотки:
, (3.58)
где b' – осевой размер провода с изоляцией.
Получив число витков в слое, определяем необходимое количество слоев обмотки:
. (3.59)
Рабочее напряжение двух слоев определяем по формуле:
, В. (3.60)
По рабочему напряжению двух слоев по таблице. 3.10 выбирается число слоев и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.
Радиальный размер обмотки без экрана равен:
, см, (3.61)
где а'11 – радиальный размер канала обмотки, см; nкан – число осевых каналов.
Радиальный размер обмотки с экраном:
см, (3.62)
где для класса напряжения 35 кВ принято увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев межслойной изоляции на 0,3 см [15].
Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана – до его внутренней изоляции) равен:
, см. (3.63)
Наружный диаметр обмотки равен:
без экрана
, см; (3.64)
с экраном
, см. (3.65)
4) Расчет винтовых обмоток. Выбор одноходовой или двухходовой (многоходовой) обмотки зависит от осевого размера (высоты) одного витка, ориентировочно определяемого по формулам [15]:
для одноходовой обмотки
, см; (3.66)
для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией
, см, (3.67)
где hкан – осевой размер масляного охлаждающего канала между витками. Ориентировочно hкан = 0,4 см.
Максимально возможный осевой размер витка одноходовой обмотки равен максимальному размеру обмоточного провода в изоляции, т. е. не может превышать 1,55 см для медного и 1,85 см для алюминиевого провода, Поэтому при получении hв ≤ 1,55 см для медного и hв ≤ 1,85 см для алюминиевого провода следует применять одноходовую обмотку [15]. При получении 3,5…4,5 ≤ hв ≤ 1,55 см (или 1,85 см) по аналогичным соображениям может быть применена двухходовая обмотка. Более точное определение hв в этом случае дает формула. В редких случаях может быть применена четырехходовая обмотка.
После окончательного выбора конструкции обмотки к полученным ориентировочным значениям ПВ н hв по сортаменту обмоточного провода (таблица 3.9) подбираются подходящие сечения провода с соблюдением следующих требований:
- минимальное число параллельных проводов в одноходовой обмотке — четыре, в двухходовой — восемь;
- все параллельные провода одинаковые;
- расчетная высота обмотки при выбранных размерах проводов и радиальных каналов равна предварительно рассчитанному значению.
Размеры выбранного провода записываются так:
марка провода . (3.68)
Полное сечение витка определяем как:
, мм2, (3.69)
где Ппр – площадь сечения одного провода, мм2.
Получив сечение витка, определяем действительную плотность тока,
, А/мм2. (3.70)
Определим осевой размер (высоту) витка hв обмотки для одно- и двухходовой обмоток.
Осевой размер (высота) обмотки, опрессованной после сушки трансформатора, Н0.нн, см, определяется по следующим формулам [15]:
для одноходовой обмотки с тремя транспозициями
; (3.71)
для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией
. (3.72)
Коэффициент ку учитывает усадку межкатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки и может быть принят равным 0,94…0,96.
Радиальный размер обмотки а1, определяется как сумма радиальных размеров параллельных проводов:
, см. (3.73)
Внутренний диаметр обмотки равен:
, см. (3.74)
Наружный диаметр обмотки равен:
, см. (3.75)
5) Расчет непрерывных обмоток. Сечению витка Пв в сортаменте обмоточного провода обычно соответствует несколько близких сечений провода с различным соотношением сторон b/а,что дает возможность широкого варьирования при размещении витков в катушке. Для получения более компактной конструкции обмотки рекомендуется выбирать из сортамента более крупные сечения при меньшем числе параллельных проводов и сечения с большим возможным размером b. При этом должны соблюдаться следующие требования:
- общая высота (осевой размер) обмотки Н0,вн после сушки и опрессовки должна совпадать с высотой обмотки НН;
- регулировочные витки и витки с усиленной изоляцией должны быть уложены в отдельные катушки;
- общее количество катушек должно быть четным;
- число витков в катушке может быть целым или дробным, в последнем случае знаменателем дроби должно быть число реек по окружности обмотки.
Выбранные размеры записываются так:
марка провода . (3.76)
Полное сечение витка определяем как:
, мм2, (3.77)
где Ппр – площадь сечения одного провода, мм2.
Получив сечение витка, определяем действительную плотность тока
, А/мм2. (3.78)
Высота катушки hкат в этой обмотке равна большему размеру провода в изоляции.
Число катушек на одном стержне ориентировочно определяется по формуле для случая, когда каналы сделаны между всеми катушками [15]:
. (3.79)
Число витков в катушке определяется ориентировочно:
. (3.80)
Осевой размер (высота) канала hкан в трансформаторах мощностью 160…6300 кВА с рабочим напряжением не более 35 кВ находится в интервале 0,4…0,6 см [15].
Для обмотки с каналами между всеми катушками высота Н0 равна:
. (3.81)
Высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных витков hкан,р выбирается по изоляционным соображениям. Коэффициент ку, усадки изоляции после сушки и опрессовки обмотки, равен 0,94…0,96.
Радиальный размер обмотки равен:
, см, (3.82)
где Wкат – число витков катушки, округленное до большего целого значения.
Дата добавления: 2015-01-15; просмотров: 661; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |