Выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток.

Подробная конструкция главной изоляции обмоток масляного трансформатора для класса напряжения 10 кВ и испытательного напряжения U_исп= 35 кВ изображена на Рисунке 2.

Рисунок 2 – Главная изоляция обмотки ВН (штриховыми линиями показаны возможные пути разряда, определяющие размеры l_ц)

На Рисунке 2 введены следующие обозначения: l_ц1 и l_ц2 – выступы цилиндров (из электроизоляционного картона) за высоту обмоток НН и ВН; – толщина шайб и подкладок из электроизоляционного картона, установленных при испытательном напряжении 55 кВ; , – толщина изолирующих цилиндров между обмоткой НН и стержнем и между обмотками НН и ВН; – толщина между фазовой перегородки (между обмотками ВН разных фаз) выполняют из электроизоляционного картона; а₁ и а₂ – радиальные размеры обмоток; а₁₂ и а₂₂ – допустимые изоляционные размеры между обмотками; а₀₁ – расстояние от обмотки до изоляционной части.

Все вышеприведенные размеры выбираем, в зависимости от мощности трансформатора и испытательного напряжения. Сведём их в Таблицу 1.

Таблица 1. Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН и НН.


0,05	0,004	0,006	0,015	0,025	0,05	-	0,020	0,004	0,020	0,018	-

Однако расстояние от верхнего ярма l₀₂`` принимают увеличенным против l₀₂ на величину 0,045 м для трансформаторов с мощностью S_н = 1000…6300 кВА

А расстояние от нижнего ярма l₀₂`, в этом случае принимаем равным

1.7 Выбор коэффициента и определение главных размеров трансформатора.

Значение выбираем исходя из полной мощности трансформатора, материала обмоток и значения напряжения высокой стороны. Принимаем =1,4.

После выбора коэффициента приступаем к определению ориентировочного значения диаметра стержня d, м.

, (7)

где S_н` - мощность обмоток одного стержня трансформатора, ВА;

с – число активных стержней, с = m = 3;

k_р – коэффициент привидения идеального поля рассеяния к реальному

полю, принимаем k_р = 0,95;

а_р – ширина приведенного канала рассеяния трансформатора, м.

Согласно [1]

, (8)

где k – коэффициент, зависящий от мощности трансформатора,

напряжения ВН. Принимаем k = 0,00091·1,25 = 0,001.

Итак,

Ориентировочное значение диаметра стержня

Рассчитав диаметр стержня d = 0,257 м, округлим его до ближайшего нормализованного диаметра d_н= 0,26 м и уточним _н

Теперь определим главный размер трансформатора – средний диаметр канала между обмотками d₁₂

d₁₂= d_н+ 2а₀₁+ 2а₁+ а₁₂, (9)

где а₀₁ – расстояние от обмотки до изоляционной части, м;

а₁ – радиальный размер обмотки НН, м;

а₁₂ – допустимые изоляционные размеры между обмотками, м.

где k₁ – коэффициент, для трансформаторов мощностью S = 1600 кВА принимаем k₁=1,4.

Высоту обмоток трансформатора l будем определять по формуле

(10)

2 Расчет обмоток трансформатора.

Выбор типа обмоток ВН и НН.

Выбор типа обмоток трансформатора производится с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам. Предварительно следует определить следующие величины.

ЭДС витка, В, согласно [1]

U_В = 4,44×f×B_C×П_С (11)

где f – промышленная частота, f = 50 Гц;

П_С – площадь активного сечения стержня, м².

П_С, в случае масляных трансформаторов, определяется по следующей формуле

(12)

где k_З – коэффициент заполнения, k_З = 0,96;

П_фс – площадь сечения фигуры стержня, принимаем равной

Исходя из номинального диаметра d_н выбираем площадь фигуры ярма .

Итак,

Средняя плотность тока в обмотках определяется из условия получения заданных потерь короткого замыкания (для алюминия), А/м²

, (13)

где Р_к – мощность короткого замыкания, Вт;

S_н – номинальная мощность, ВА;

k_д – коэффициент, определяющий долю электрических потерь в обмотке от потерь короткого замыкания. Выбирается исходя из мощности трансформатора k_д = 0,91.

Итак,

Во избежание грубых ошибок расчетное значение сравним с табличным ориентировочным, которое составляет А/м².

Далее определяем площади сечения витков обмоток НН и ВН, м².

Площадь сечения витков обмотки НН

Площадь сечения витков обмотки ВН

Исходя из выше представленных расчетов, выбираем тип обмоток. Для обмоток ВН и НН выбираем непрерывную катушечную обмотку.

Расчет обмотки НН .

Расчет начнём с определения высоты провода .

Рисунок 3 – Процесс намотки непрерывной катушечной обмотки

Далее находим предварительное полное число катушек n_кат2 для случая, когда каналы выполнены между всеми катушками

, (14)

где l₁ – высота обмотки, м;

h_k1 – высота горизонтальных каналов, принимаем h_k1 = 0,0055 м;

Рассчитаем

Примем n_КАТ1= 50.

Далее рассчитываем число витков W_н1, соответствующее номинальному напряжению U_ф1

. (15)

Итак,

примем W_H1 = 374 витков.

Определяем число витков в одной катушке

принимаем W_кат1 = 8.

Производим распределение витков по катушкам:

Получаем следующее распределение витков по катушкам:

38 катушек основных по 8 витков = 304;

10 катушек основных по 7 витков = 70;

Всего 48 катушек. W₁= 374 витка.

Далее уточняем площадь одного витка

, (16)

где П₁ – площадь сечения 1 витка, м²;

Далее подбираем размеры провода в зависимости от площади сечения витка и по осевому размеру провода согласно сортаменту обмоточного провода. В соответствии с этим получаем , и . В данном случае, размер провода а не больше 3,8·10^-3 , значит, принимаем количество параллельных проводов n_пр1 = 1. По ГОСТу примем . Тогда уточним:

Далее определяем высоту обмотки с каналами между всеми катушками:

, (17)

где n_кат1 – полное количество катушек после распределения (48 катушек);

– высота канала в местах разгона, принимаем

– коэффициент, учитывающий усадку прокладок ( )

– число разгонов катушек НН, принимаем

Рассчитаем

Длину обмотки принимаем

Определяем радиальный размер обмотки а₁

, (18)

где a` – размер провода с изоляцией,

a` = a + 0,0005 = 3,8·10^-3 + 0,0005 = 4,3·10^-3 м;

W_KAT1 – наибольшее число витков в основных катушках, W_KAT1= 8.

Итак,

a₁=4,3·10^-3 ·1·8 = 0,034 (м).

Определяем плотность теплового потока для обмотки из алюминиевого провода по формуле:

, (19)

где W_кат – число витков в одной основной катушке;

k – коэффициент, принимаем k = 0,75;

k_д1 – коэффициент увеличения основных электромагнитных потерь обмотки;

где n – число проводников обмотки в радиальном направлении, который равен

n = W_кат1·n_пр = 8·1 = 8

а – радиальный размер одного провода, а = 3,8·10^-3 м.

– коэффициент, характеризующий заполнение обмотки проводни-

ковым материалом;

Итак

k_д1= 1+3,7·10⁶·8²·(3,8·10^-3)⁴·0,619² = 1,019

Внутренний диаметр обмотки

Наружный диаметр обмотки

Средний диаметр витка обмотки

Марка провода АПБ – алюминиевый провод прямоугольного сечения.

Расчет обмотки ВН .

Расчет начнём с определения высоты провода с

, (20)

где l₂ – высота обмотки, l₂= l₁, м;

h_k2 – высота горизонтальных каналов, принимаем h_k2 = 0,006 м;

Рассчитаем

Примем n_КАТ2= 48.

Далее рассчитываем число витков W_н2, соответствующее номинальному напряжению U_ф2

. (21)

Итак,

примем W_H2 = 343 витков.

Определяем число регулировочных витков W_p на одну ступень регулирования напряжения

W_Р= 0,025×W_Н2 = 0,025×343 = 8,575

примем W_Р = 9 витка.

Выбираем число регулировочных катушек n_рег = 12.

Находим число основных катушек по формуле

n_ОСН2= n_КАТ2– n_РЕГ= 48 – 12 = 36 катушек.

Определяем количество витков в основных катушках

W_ОСН2= W_Н2– 2×W_Р = 343 – 2×9 = 325 витка.

Определяем число витков в одной катушке

принимаем W_кат2 = 9.

Производим распределение витков по катушкам:

Получаем следующее распределение витков по катушкам:

35 катушек основных по 9 витков = 315;

1 катушек основных по 10 витков = 10;

12 катушек регулировочных по 3 витков = 36.

Всего 48 катушек. W₂= 361 витка.

Далее находим площадь одного витка

, (22)

где П₂ – площадь сечения 1 витка, м²;

- плотность тока, А/м²;

где - плотность тока, А/м² , (А/м²).

Итак,

D₂= 2×1,844×10⁶ – 1,942×10⁶= 1,746×10⁶ (А/м²);

Далее подбираем размеры провода в зависимости от площади сечения витка и по осевому размеру провода согласно сортаменту обмоточного провода. В данном случае, размер провода а > 3,8·10^-3 , значит, принимаем количество параллельных проводов n_пр2 = 2.. Тогда: