Электрооборудование Баранов

являются значения высоты обмотки l₁ , сечения витка П₁ и число витков обмотки w₁. При этом высота обмоток НН и ВН одинакова (l₁  l ₂ ), а сечения витков та-

кие, что плотности тока в проводах отличались от среднего значения J_ср , най-

денного в главе 3, не более чем на 0.1 Амм².

Размеры проводов (a и b), расстояние между охлаждающими каналами по проводам без изоляции (размер c ) и ширина каналов h_к выбраны так, чтобы теп-

ловая нагрузка q (потери на единицу поверхности охлаждения) не превышали допустимого по условиям нагрева значения (q  q _доп ).

Для масляных трансформаторов обычно q 1200 Втм² и в редких случаях q 1400 1500 Втм² [5, с.267].

Более детальные сведения о допустимых тепловых нагрузках трансформа-

тора приведены в [5, таблица 9.2], исходя из нее следует:

Вертикальные каналы:

- длина канала 606мм,

-обмотка – обмотка 6-8мм,

обмотка-цилиндр, 5-6мм,

обмотка – стержень, 6-8мм;

Горизонтальные каналы.

длина канала, 60-70мм,

обмотка-обмотка 6мм.

Размеры проводов и катушек в радиальном направлении должны быть вы-

браны так, чтобы коэффициент добавочных потерь К_доб , характеризующий уве-

личение сопротивления обмотки переменному току по сравнению с постоянным током, не превышал допустимого значения; обычно К_доб  1.05 [5, с.267]. Кроме

того, размеры проводов должны лежать в пределах, указанных в сортаменте на обмоточные провода [5, таблица 5.1, таблица 5.2 и таблица 5.3].

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

16

Максимальные размеры прямоугольных проводов не должны превышать:

18 мм . Выбираем из сортамента провода больших сечений, что упрощает изго-

товление обмотки.

Расчет обмотки при указанных исходных условиях и ограничениях имеет целью:

1) Выбор проводов обмотки, т.е. определение осевого и радиального разме-

ров проводов без изоляции (b и а соответственно) и с изоляцией (b и а), а

также числа параллельных проводов в витке (n_в ). Подобранные по сортаменту провода записываются так:

Марка провода  n_в 

a  b

 П_пр ,

(6.1)

a b

где П_пр – сечение одного провода;

n _в  1  8 – для непрерывной катушечной обмотки.

2) Распределение витков по элементам обмотки (по слоям, по катушкам).

3) Определение осевого (l_i ) и радиального (a_i ) размеров обмотки

(здесь i  1; 2).

4) Проверку ограничений: q  q_доп; К_доб 1.05.

Расстояние между соседними охлаждающими каналами (размер c ) играет

важную роль при расчете обмоток и имеет значение:

c  a N_сл – для многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного

провода ( N_сл – число слоев обмотки в одном концентре);

Между размером с и тепловой нагрузкой q имеется связь, которая выра-

жена формулой (6.2):

_{q }  ρ  ^Kдоб

^ 2 ^ К _зк



К_прJ²

10¹²





ρ 

^K_доб^Kсдв^{J I w}кр ^106

,

(6.2)





(1/c1/l_к )

2

K_зк( c l_к )





где l_к – длина охлаждающего канала, равная высоте обмотки l₁ , для цилин-

дрических обмоток или радиальному размеру a₁ катушек – для катушечных и винтовых обмоток;

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

17

^Kсдв

w _кр  w_сл – число витков в слое цилиндрических обмоток;

 с/a – для цилиндрических обмоток из прямоугольного провода.

К_зк – коэффициент закрытия поверхности, равный 0.75  0.8 [5, с.288, 314].

Для винтовых и катушечных обмоток:

К_зк 1  N _рb _пр /π D_ср,

(6.3)

где N_р – число реек;

b_пр  0.15  0.18 – ширина прокладок;

D_ср – средний диаметр катушки.

Все размерные величины, входящие в приведенные формулы, выражаются в

системе СИ. Значения удельного сопротивления

ρ для проводов из алюминия

представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Значения удельного сопротивления

Материал

Значения ρ , Ом/м при расчетной температуре

провода

75

0

С

115

0

С

Алюминий

34,4 10

9

38,8 10

9

Указанная выше формула является общей для приведенных в [5] формул

(7.17) и (7.19). Из (6.1) найдем допустимый по условию нагрева размер с_пред , м :

2

^Кзк

q

12

с

пред



(1  с l ) 10 .

(6.4)

ρ

^Кдоп

_J2

k

Эта формула совпадает с формулами (5.6), (5.7), (7.18) и (7.18,а) в [5] при с/l _к  0 , ( с_пред в [5] обозначено через b ).

При предварительном расчете принимаем К_зк  0.8; с/l_к  0.15  0.3 – для масляных; К_доб 1.05.

Коэффициент добавочных потерь, обусловленных полем рассеяния, опреде-

ляется по формуле

2

4

2

8

К

_доб ^{1  К}вх^βзп^а

(n_p

 0.2) 10 ,

(6.5)

где а – радиальный размер прямоугольного провода;

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

18

К_вх – коэффициент, зависящий от материала обмотки, температуры и фор-мы провода (по таблице 4 [7]), при 75⁰С - К_вх  0.037 , при 115⁰С - К_вх  0.029 .

Под n _p понимается число проводов в катушке, уложенных в радиальном направлении (перпендикулярно линиям магнитного поля рассеяния). Это число

n_p  N_сл для цилиндрических многослойных обмоток;

Коэффициент

^βзп



bm

K_p ,

(6.6)

l

где m – число проводов обмотки в осевом направлении;

m  w

сл

n

в

 для цилиндрических обмоток;

При n _p  2 формула для K_доб принимает вид:

К_доб 1 

^Кдоб ^,

(6.7)

где



2 

2

2

2

4

8

2



^аΣ 

8

(6.8)

^К_доб ^{ К}вх^βзпⁿр^а

10  К_вхβ_зп

10 ,

 n_р 





а_Σ  n_ра.

(6.9)

Из формулы (6.7) видно, что при заданном значении суммарной ширины а _Σ

значение К_доб

обратно пропорционально квадрату числа проводов

n _р. При

предварительных расчетах принимают К _р  0.95.

Масса металла обмотки без изоляции, кг :

М

o i

 K_м c D

w П 10^5 ,

(6.10)

cp1

1 1

где К_м 8.47для алюминиевых проводов,

D D

 мм²,

D

cp1



1

1

, см;

П

i  1, 2, ...

2

1

М

o i

 8.47  c D

w П 10

5 _,

cp1

1 1

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

19

Масса проводов обмотки с изоляцией

М

пр i

 К _изМ

оi

,

(6.11)

где К_из – коэффициент, определяемый по [5, таблица 5.5].

М

пр i

 К _изМ

оi

,

Электрические потери в обмотке

2

(6.12)

^Р _{э i} ^{ К} _доб^К э^М_{о i}^J₁

,

где К_э – коэффициент, зависящий от материала обмотки и расчетной температу-

ры. Значения К_э приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Значения К _э

Материал

Значения К _э при расчетной температуре

проводов

75

0

С

115

0

С

Алюминий

12,75

14,4

Коэффициент К_доб определяется по [5, таблица 5.9] или по формуле (6.5).

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ ₂₀

7. РАСЧЕТ ОБМОТОК НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ Расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода.

Многослойная обмотка отличается от двухслойной большим количеством

слоев N _сл , которое в начале расчета неизвестно, а также, тем, что охлаждающие каналы делаются не между каждой парой слоев (n_кан  ( N_сл 1)) . Радиальный размер проводов и число слоев обмотки N_сл должны быть выбраны так, чтобы добавочные потери в обмотке не вышли за принятый уровень

(5  10 % от основных). При этом число охлаждающих каналов должно быть вы-

брано так, чтобы тепловая нагрузка q не превышала заданную.

Рекомендуется следующий порядок расчета многослойной цилиндрической

обмотки:

а) По таблицам 5.2 и 5.3 [5,с.212-215] подбираем размер провода b :

2АПБ n

в



5 18

180,

5.4818.48

Соблюдается условие:

n _в1 180/2*89.1=1%<1 3%

ba  1/3.

б) Находим число витков в слое обмотки по формуле (7.1):

l 

l

^wcл1



1

1 .

n_в1 b

^wcл1



606

10³ 1 =33.33.

0.9918.48

Округляем w _cл1 до меньшего целого числа.

в) Находим число слоев по формуле (7.2):

^Nсл1 ^{ w}1^/wсл1 ^.

N_сл1  694/(233)=10.5 .

Округляем N _сл1 до большего целого числа 11.

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

(7.1)

(7.2)

Лист

21

Если последний слой обмотки окажется слабо заполненным, то можно скорректировать значения размеров a и b так, чтобы дробная часть числа N_сл1

была значительно меньше единицы.

г) По таблице 5.9 [5,с.264] проверяем условие a  a_пред при выбранном

выше значении N_сл1 . Это условие соблюдается.

д) Определяем фактический суммарный радиальный размер проводов с изо-

ляцией по формуле (7.3):

a

 a N

сл1

.

(7.3)

Σ

a _Σ  5 11=55мм.

е) Определяем предельно допустимое расстояние между охлаждающими каналами с_пред по формуле (6.4) или по кривым [5, рис.5.34].

^с пред ^

2



0.8



1200

(1 0.2)

 10¹²

 0.0068м

34.4 10

9

1.05

3.046

2

ж) Находим число концентрических катушек n_{кат 1} , на которое следует

разделить обмотку в радиальном направлении по формуле (7.4):

ⁿкат1





(7.4)

 a_Σ

^/cпред ^.

ⁿкат1

 55/8=6.875 .

Подбираем число n

кат1

и число слоев в катушках

N_сл так, чтобы радиаль-

ный

размер

каждой

катушки

не

превышал

допустимого значения

(N

сл

a c

) .

пред

з) Определяем рабочее напряжение двух слоев по формуле (7.5)

U

 2 w

Е

.

(7.5)

м сл

сл1

в

U_{м сл}  2  33  30.61=2020.26В

По рабочему напряжению двух слоев [5, табл.4.7] в соответствии с указа-

ниями [5, §4.5] выбираем число листов и общую толщина кабельной бумаги δ_{м сл}

в изоляции между двумя слоями обмотки:

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ ₂₂

число слоев кабельной бумаги на толщину слоев 4х0.12мм;

выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону),

16мм.

и) Радиальный размер обмотки НН по формуле (7.6):

^a₁ ^{ a N}_сл1 ^{ δ} м сл^{( N} сл ^{1 )  n} к ^hк ^,

(7.6)

где h_к – радиальный размер канала, который принимается h_к

 0.01 l

 0.005 м .

1

a₁  4 11 0.48 (11 1 )3  0.05=49.43мм ,

Рисунок 7.1 – Основные размеры обмотки НН Так как обмотка класса напряжения 35кВ под внутренним словем обмотки

устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из листа немагнит-

ного металла толщиной 0.5мм. Экран соединяется электрически с линейным кон-

цом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолиуется от внутреннего слоя обмот-

ки обычной междуслойной изоляцией. Такую же изоляцию экрана устанавливаем со стороны масляного канала.

Размер обмотки с экраном определим по формуле (7.7):

a_1экр  a₁ 3мм , a_1экр  49.43 3  52.43мм ,

Внутренний диаметр обмотки определим по формуле (7.8):

D₁^'  d +2a₁,

D₁^'  251+2 49.43=349.86мм,

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

(7.7)

(7.8)

Лист

23

Наружный диаметр обмотки с экранном определим по формуле (7.9):

_D''

 D^'

+2a

,

(7.9)

1

1

1экр

D₁^''  393.7+2 52.43=454.7мм,

Поверхность охлаждения, определим по формуле (7.10):

^П02

''

'

^l₁^,

 сnk D₁

 D₁

(7.10)

где для НН n=2, k=0.75

П₀₂  3 2 0.75  3.14 349.86  454.7 606 10^6  6.89 м².

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ ₂₄

8. РАСЧЕТ ОБМОТОК ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

8.1. Выбор схемы регулирования напряжения Выберем схему регулирования напряжения согласно с заданием на курсо-

вую работу. В трансформаторах с переключением ответвлений под нагрузкой предусматривается изменение числа витков ОВН в пределах, указанных в таблице

8.1.

Таблица 8.1 – Пределы регулирования

S _н , кВА

U ₂ , кВ

Пределы регулирования, %

10000–63000

от 10 до 35

 8 1,5 12,0

Для уменьшения осевых сил, возникающих при коротких замыканиях, в

случае применения в качестве ОВН многослойных цилиндрических обмоток ре-

гулировочные витки размещают равномерно по высоте в отдельных слоях [5, ри-

сунки 6.6,а,б, 6.9,а].

В непрерывных катушечных обмоток ВН используем схему регулирования см. рисунок 8.1.

Рисунок 8.1 – Схема регулирования напряжения под нагрузкой

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ ₂₅

8.2. Расчет многослойной цилиндрической обмотки ВН из прямоугольного

провода

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода.

Многослойная обмотка отличается от двухслойной большим количеством

слоев N _сл , которое в начале расчета неизвестно, а также, тем, что охлаждающие каналы делаются не между каждой парой слоев (n_кан  ( N_сл 1)) . Радиальный

размер проводов и число слоев обмотки N _сл

должны быть выбраны так, чтобы

добавочные потери в обмотке не

вышли за принятый уровень

(5  10 % от основных). При этом число охлаждающих каналов должно быть вы-

брано так, чтобы тепловая нагрузка q не превышала заданную.

Рекомендуется следующий порядок расчета многослойной цилиндрической

обмотки:

а) По таблицам 5.2 и 5.3 [5,с.212-215] подбираем размер провода b :

АПБ n

в



4 13.20

 51.9,

4.4813.68

Соблюдается условие:

n _в1  51.9/51.6=0.005=0.5%<1 3%

ba  1/3.

б) Находим число витков в слое обмотки по формуле (7.1):

l 

l

^wcл1



1

1 .

n_в1 b

^wcл1



606

10³ 1 =45.14.

0.99513.2

Округляем w_{cл 1} до меньшего целого числа.

в) Находим число слоев по формуле (7.2):

^Nсл1 ^{ w}1^/wсл1 ^.

N_сл1 198/45=4.4 .

Округляем N _сл1 до большего целого числа 5.

ЭТЭО.650.000.000.ПЗ

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

(7.1)

(7.2)

Лист

26

Если последний слой обмотки окажется слабо заполненным, то можно скорректировать значения размеров a и b так, чтобы дробная часть числа N_сл1

была значительно меньше единицы.

г) По таблице 5.9 [5,с.264] проверяем условие a  a_пред при выбранном

выше значении N_сл1 . Это условие соблюдается.

д) Определяем фактический суммарный радиальный размер проводов с изо-

ляцией по формуле (7.3):

a

 a N

сл1

.

(7.3)

Σ

a _Σ  4 5=20мм.

е) Определяем предельно допустимое расстояние между охлаждающими каналами с_пред по формуле (6.4) или по кривым [5, рисунок 5.34].

^с пред ^

2



0.8



1200

(1 0.2)  10¹²  0.0068м

34.410

9

1.05

3.046

2

ж) Находим число концентрических катушек n_{кат 1} ,

на которое следует

разделить обмотку в радиальном направлении по формуле (7.4):