Выбор типа конструкции обмоток при расчете трансформатора должен производиться с учетом эксплуатационных и производственных требований, предъявляемых к трансформаторам в целом (см. § 5.1).
В настоящем параграфе даются общие указания по выбору конструкции обмотки по ее электрическим величинам: току нагрузки одного стержня Iс, мощности трансформатора S и номинальному напряжению Uн, а также по поперечному сечению витка обмотки П. Именно эти данные трансформатора служат основными критериями при выборе типа обмотки.
Ориентировочное сечение витка каждой обмотки, м2, может быть определено по формуле
П = Iс /Jср, (5.3)
где Iс — ток соответствующей обмотки одного стержня, А; Jср — средняя плотность тока в обмотках ВН и НН, А/м2.
Выбор средней плотности тока в обмотках не является произвольным. На том этапе расчета, когда выбирается тип обмотки, уже известны основные размеры магнитной системы, ЭДС одного витка и числа витков в каждой из обмоток, а также ориентировочные основные размеры обмотки (внутренний диаметр и высота). В зависимости от выбора значения Jср будут изменяться объем и масса обмоток, а следовательно, и основные потери в них Росн- Обычно при расчете трансформатора потери короткого замыкания Р к бывают заданы и выбор средней плотности тока должен быть связан с заданной величиной Р к.
Для определения средней плотности тока в обмотках, А/м2, обеспечивающей получение заданных потерь короткого замыкания, можно воспользоваться формулами, выведенными в § 7.1:
для медных обмоток
Jср = 0,746kд 
104; (5.4)
для алюминиевых обмоток
Jcp = 0,463 kд 
104. (5.5)
Плотность тока в обмотках из транспонированного провода определяется по (5,4), в обмотках из алюминиевой ленты — по (5.5),
|
|
При расчете трехобмоточного трансформатора в (5.4) и,(5.5) следует подставлять потери короткого замыкания Р к для двух внутренних обмоток при 100 %-ной мощности, полную (100 %) мощность трансформатора S и диаметр d 12 для двух внутренних обмоток, определяемый по методике, принятой для двухобмоточных трансформаторов. Для обмоток, рассчитываемых на 67 % полной мощности трансформатора, значение плотности тока, найденное по (5.4) и (5.5), следует умножить на 0,67.
Для автотрансформаторов под S следует понимать типовую (расчетную) мощность автотрансформатора.
Формулы (5.4) и (5.5) связывают искомую среднюю плотность тока в обмотках ВН и НН с заданными величинами: полной мощностью трансформатора S, кВ·А, потерями короткого замыкания Рк, Вт, и величинами, определяемыми до расчета обмоток: ЭДС одного витка uв, В, и средним диаметром канала между обмотками d12, м. Коэффициент kд учитывает наличие добавочных потерь в обмотках, потери в отводах, стенках бака и т. д. Значения kд могут быть взяты из табл. 3.6. Значение плотности тока, полученное из (5.4) или (5.5), следует сверить с данными табл. 5.7, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов. Сверка рассчитанного значения Jср с таблицей имеет целью избежать грубых ошибок в расчете Jср. Точного совпадения Jср с цифрами таблицы не требуется. По этой же таблице можно выбрать среднюю плотность тока в обмотках в том случае, когда потери короткого замыкания не заданы.
Найденное по (5.4) или (5.5) значение плотности тока является ориентировочным средним значением для обмоток ВН и НН. Действительная средняя плотность тока в обмотках должна быть выдержана близкой к этой. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформатора с медными или алюминиевыми обмотками могут отличаться от среднего значения, желательно, однако, чтобы не более чем на 10 %. Следует помнить, что отклонение действительной средней плотности тока от найденной по (5.4) и (5.5) в сторону возрастания увеличивает потери короткого замыкания Рк и в сторону уменьшения—снижает.
|
|
В сухих трансформаторах вследствие существенного различия условий охлаждения для внутренних и наружных обмоток плотность тока во внутренней обмотке НН обычно снижают на 20-30 % по сравнению с плотностью в наружной обмотке ВН. Поэтому в таких трансформаторах отклонение действительной плотности тока в обмотках от найденного среднего значения может достигать ±(15—20) %.
Таблица 5.7. Средняя плотность тока в обмотках J, МА/м2, для современных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ
| а) Масляные трансформаторы | ||||||
| Мощность трансформатора, кВ·А | 25 - 40 | 65 - 630 | 1000 - 6300 | 10000 - 16000 | 25000 - 80000 | |
| Медь | ||||||
| Алюминий | ||||||
| б) Сухие трансформаторы | ||||||
| Мощность трансформатора, кВ·А | 10 - 160; 0,5 кВ | 160 - 1600; 10кВ | ||||
| Обмотка | Внутренняя НН | Наружная НН | Внутренняя НН | Наружная НН | ||
| Медь | 2,0 - 1,4 | 2,2 - 2,8 | 2,0 - 1,2 | 2,0 - 2,8 | ||
| Алюминий | 1,3 -0,9 | 1,3 - 1,8 | 1,4 - 0,8 | 1,4 - 2,0 | ||
Примечания: 1. Для трансформаторов с потерями короткого замыкания выше указанных ГОСТ возможен выбор плотности тока в масляных трансформаторах до 4,5 МА/м2 в медных и до 2,7 МА/м2 в алюминиевых обмотках; в сухих трансформаторах — соответственно до 3 и 2 МА/м2.
|
|
3. Плотность тока в обмотках из транспонированного провода выбирается так же, как и для медного или алюминиевого провода.
2. Плотность тока в обмотках из алюминиевой ленты выбирается, как для алюминиевого провода.
По этой же причине среднюю плотность тока в обмотках этих трансформаторов рекомендуется принимать 0,93—0,97 значения, найденного по (5.4) или (5.5). После определения средней плотности тока Jср и сечения витка П для каждой из обмоток можно произвести выбор типа конструкции обмотки, пользуясь указаниями, сделанными в предыдущих параграфах и сведенными вкратце в табл. 5.8. При выборе конструкции обмоток ВН следует учитывать также и возможность получения наиболее удобной схемы регулирования напряжения обмотки ВН в соответствии с указаниями, данными в § 6.2.
Таблица 5.8. Основные свойства и нормальные пределы применения различных типов обмоток масляных трансформаторов
| Тип обмотки | Применение на стороне | Основные достоинства | Основные недостатки | Материал обмоток | Пределы применения, включительно | Число параллель-ных проводов | Схема регулиро-вания напряже-ния | |||||
| главное | возможное | по мощности трансформа-тора S, кВ·А | по току на стержень I, А | по напряжению U, В | по сечению витка П, мм2 | |||||||
| Цилиндрическая одно- и двухслойная из прямоугольного провода | НН | ВН | Простая технология изготовления, хорошее охлаждение | Малая механическая прочность | Медь | До 630 | От 15-18 до 800 | До 6 | От 5,04 до 250 | От 1 до 4-8 | - | |
| Алюминий | До 630 | От 10-13 до 600-650 | До 6 | От 6,39 до 300 | ||||||||
| Цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода | ВН | НН | Хорошее заполнение окна магнитной системы, простая технология изготовления | Уменьшение охлаждаемой поверхности по сравнению с обмотками, имеющими радиальные каналы | Медь | От 630 до 80000 | От 15-18 до 1000-1200 | 10 и 35 | От 5,04 до 400 | От 1 до 4-8 | Рис 6.6, а,б | |
| Алюминий | До 16000-25000 | От 10-13 до 1000-1200 | 10 и 35 | От 6,39 до 500 | ||||||||
| Цилиндрическая многослойная из алюминиевой ленты | НН | - | Простая технология изготовления, хорошее охлаждение, Хорошее заполнение окна магнитной системы | Малая механическая прочность в радиальном направлении | Алюминий | От 160 до 1000 | От 100 до 1500 | До 10 | От 100 до 1000 | От 1 до 1 | - | |
| Цилиндрическая многослойная из круглого провода | ВН | НН | Простая технология изготовления | Ухудшение теплоотдачи и уменьшение механической прочности с ростом мощности | Медь | До 630 | От 0,3-0,5 до 80-100 | До 35 | От 1,094 до 42,44 | Рис.6.6, а,б | ||
| Алюминий | До 630 | От 2-3 до 125-135 | До 35 | От 1,37 до 50,24 | ||||||||
| Винтовая одно-, двух- и многоходовая из прямоугольного провода | НН | - | Высокая механическая прочность, надежная изоляция, хорошее охлаждение | Более высокая стоимость по сравнению с цилиндричес-кой обмоткой | Медь | От 160 и выше | От 300 и выше | До 35 | От 75-100 и выше | 12-16 и бо-лее | - | |
| Алюминий | От 100 и выше | От 150-200 и выше | До 35 | От 75-100 и выше | ||||||||
| Непрерывная катушечная из прямоугольного провода | ВН | НН | Высокая электрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение | Необходимость перекладки половины катушек при намотке | Медь | От 160 и выше | От 15-18 и выше | От 3 до 110-220 | От 5,04 и выше | 3-5 | Рис. 6.6, в,г | |
| Алюминий | От 100 и выше | От 10-13 и выше | От 3 до 110-220 | От 6,39 и выше |
Вернуться к содержанию
В тех случаях, когда возможно применить два различных типа обмотки, если нет других указаний, следует, как правило, отдавать предпочтение типу, более простому и дешевому в производстве. Если к трансформатору предъявляются какие-либо специальные требования, например повышенной механической или электрической прочности или другие, следует выбирать тип обмотки, наиболее отвечающий этим требованиям.
В сухих трансформаторах могут быть применены те же основные типы обмоток, которые применяются в масляных трансформаторах при условии уменьшения плотности тока согласно табл. 5.7 и увеличения размеров охлаждающих каналов согласно табл. 9.2. При выборе типа обмоток для сухого трансформатора можно пользоваться табл. 5.8 с сохранением всех пределов применения обмоток, кроме предела применения по току на один стержень и напряжению. Цифры таблицы для тока должны быть снижены на 30—35 %, а номинальное напряжение обмоток не должно быть более 15 кВ.
При расчете обмоток существенное значение имеет правильный выбор размеров провода. В обмотках из провода круглого сечения обычно выбирается провод, ближайший по площади поперечного сечения к сечению П, определяемому по выбранной плотности тока Jср, или в редких случаях подбираются два провода с соответствующим общим суммарным сечением.
При расчете винтовых, катушечных и в большинстве случаев двух- и многослойных цилиндрических обмоток из провода прямоугольного сечения желательно применять наиболее крупные сечения провода, что упрощает намотку обмотки на станке и позволяет получить наиболее компактное ее размещение на магнитной системе. Однако применение наиболее крупных размеров провода ограничивается условиями охлаждения обмотки и допустимыми добавочными потерями от вихревых токов, вызываемых полем рассеяния.
Выбор размеров поперечного сечения провода связан с плотностью теплового потока на охлаждаемой поверхности обмотки q. Значение q в целях недопущения чрезмерного нагрева обмоток в трансформаторах с естественным масляным охлаждением ограничивается q ≤ 1200-1400 Вт/м2 и во всяком случае не более 1500 Вт/м2. В трансформаторах с искусственной циркуляцией масла допускают q ≤2000-2200 Вт/м2. Превышение указанных значений q приводит к существенному увеличению массы системы охлаждения трансформатора. Высокие значения q определяют также значительный нагрев масла в каналах обмоток, что ускоряет старение масла. Снижение допустимых значений q для медных обмоток примерно до 1000 Вт/м2 позволит существенно замедлить старение масла и удлинить сроки его замены.Для алюминиевых обмоток значения q обычно естественно получаются на 20—25 % ниже, чем для медных.
В обмотках сухих трансформаторов могут быть допущены различные значения q в зависимости от класса нагревостойкости изоляции и размеров охлаждающих каналов. Выбор размеров вертикальных и горизонтальных каналов и соответствующих значений q, обеспечивающих получение допустимых превышений температуры, может быть сделан по табл. 9.26 и 9.2в.
При изоляции класса нагревостойкости А для внутренних обмоток при вертикальных каналах шириной 1 и горизонтальных 0,8 см можно допустить q ≤280 Вт/м2. Для наружных обмоток, имеющих только одну внешнюю поверхность (обмотка, намотанная на цилиндре без канала), можно допустить q ≤600 Вт/м2.
В обмотках масляного трансформатора из прямоугольного провода, каждый провод которых с двух сторон омывается маслом (в одно- и двухслойных цилиндрических с намоткой на ребро, в винтовых и непрерывных катушечных с намоткой плашмя) значение большого из двух размеров поперечного сечения провода b, м (см. рис. 7.3, в) может быть выбрано по формулам:
для медного провода
b ≤ qkз/(1,07J2·10-8) (5.6)
для алюминиевого провода
b ≤ qkз/(1,72J2·10-8) (5.7)
Для винтовых и катушечных обмоток следует принять kз=1; Для цилиндрических kз = 0,8. Найденный размер провода следует рассматривать как предельно допустимый для заданного значения q. При выборе провода по сортаменту он может быть принят и меньшим. Выбор предельного значения b можно сделать также и по графикам рис. 5.34.
Если размер b получается близким к предельному размеру по сортаменту табл. 5.2 или выходит за эти пределы, то в катушечной обмотке можно выбрать действительный размер провода, равный половине или меньше половины найденного по формуле или графикам рис. 5.34, сдвоить катушки и сделать радиальные масляные каналы через две катушки.
Рис. 5.34. Графики для ориентировочного определения размера провода b по заданным значениям q и J в катушечных, винтовых и цилиндрических обмотках из прямоугольного провода:
a—медный провод; б — алюминиевый провод. Для цилиндрических обмоток размер b, полученный по графику, умножить на 0,8
В одноходовой винтовой обмотке в этом случае можно сделать радиальные масляные каналы не через один виток, а через два; в двухходовой винтовой обмотке можно отказаться от радиальных каналов между ходами. В алюминиевых обмотках трансформаторов мощностью до 6300 кВ·А возможность сдвоить витки в винтовой обмотке или катушки в непрерывной катушечной обмотке представляется достаточно часто.
Для обмоток сухих трансформаторов предельный размер b может быть найден также по (5.6) и (5.7) с учетом допустимого значения q и размеров осевых каналов по табл. 9.2б и 9.2в.
В многослойных цилиндрических обмотках из прямоугольного провода, наматываемого плашмя, маслом омываются поверхности, прилегающие к масляным охлаждающим каналам, и внешняя поверхность наружной обмотки стержня. В этом случае на охлаждаемые поверхности выходит тепло, возникающее в нескольких слоях проводов, находящихся между двумя каналами, и под искомым значением b, определяемым по (5.6) и (5.7) при kз = 0,8, следует понимать сумму размеров металла проводов в радиальном направлении обмотки между двумя осевыми каналами. Если данная часть (катушка) обмотки намотана непосредственно на изоляционном цилиндре без масляного канала и имеет только одну цилиндрическую поверхность, омываемую маслом, значения b, полученные из (5.6) или (5.7) или по графикам рис. 5.34, следует умножить на 0,5.
Если, например, в многослойной обмотке из прямоугольного алюминиевого провода при J = 1,6·106 А/м2, при допустимом значении q =1400 Вт/м2 по (5.7)
b = 
=0,0254 м (25,4 мм)
то это значит, что в катушке между двумя осевыми каналами можно уложить из сортамента табл. 5.2 пять слоев провода с размером в радиальном направлении по 5 мм или шесть слоев с размером по 4,25 мм и т. д. при значении q≈1400 Вт/м2. Так же можно определить предельный радиальный размер провода в винтовой обмотке, не имеющей радиальных каналов.
В сухих трансформаторах с естественным воздушным охлаждением многослойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода применяются редко. При необходимости в этом случае можно также воспользоваться формулами (5.6) и (5.7) при kз = 0,8 или графиками рис. 5.34.
В многослойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода возникают добавочные потери, вызываемые вихревыми токами. При осевом направлении потока магнитного поля рассеяния обмоток эти потери пропорциональны четвертой степени радиального размера провода обмотки и квадрату числа слоев обмотки в радиальном направлении. В обмотках этого типа обычно стараются выбрать число слоев обмотки и радиальный размер провода так, чтобы добавочные потери не превысили 5 % основных потерь обмотки. Иногда, сравнительно редко, допускают добавочные потери до 10 %.
Для ориентировочного выбора максимально допустимого значения радиального размера прямоугольного провода
Таблица 5.9. Ориентировочные предельные радиальные размеры провода а, мм, цилиндрических обмоток из провода прямоугольного сечения при добавочных потерях не превышающих 5, 10, 15 и 20 %
| Число слоев обмотки | Медные обмотки | Алюминиевые обмотки | ||||||
| Добавочные потери до | Добавочные потери до | |||||||
| 5% | 10% | 15% | 20% | 5% | 10% | 15% | 20% | |
| 9,0 | 10,6 | 11,8 | 13,2 | 11,8 | 13,2 | 15,0 | 16,0 | |
| 6,3 | 7,5 | 8,5 | 9,0 | 8,0 | 10,0 | 10,6 | 11,8 | |
| 5,3 | 6,3 | 6,7 | 7,5 | 6,7 | 8,0 | 8,5 | 9,5 | |
| 4,5 | 5,3 | 6,0 | 6,3 | 5,6 | 6,7 | 7,5 | 8,0 | |
| 4,0 | 4,75 | 5,3 | 5,6 | 5,0 | 6,0 | 6,7 | 7,5 | |
| 3,75 | 4,5 | 4,75 | 5,3 | 4,75 | 5,6 | 6,0 | 6,7 | |
| 3,35 | 4,0 | 4,5 | 4,75 | 4,5 | 5,0 | 5,6 | 6,0 | |
| 3,35 | 3,75 | 4,25 | 4,5 | 4,0 | 4,75 | 5,6 | 5,6 | |
| 3,15 | 3,55 | 4,0 | 4,25 | 3,75 | 4,5 | 5,0 | 5,6 | |
| 3,0 | 3,55 | 4,0 | 4,25 | 3,75 | 4,5 | 5,0 | 5,6 | |
| 2,8 | 3,15 | 3,75 | 3,75 | 3,55 | 4,0 | 4,5 | 4,75 | |
| 2,65 | 3,15 | 3,35 | 3,75 | 3,35 | 3,75 | 4,5 | 4,75 | |
| 2,5 | 3,0 | 3,35 | 3,55 | 3,0 | 3,75 | 4,0 | 4,5 | |
| 2,36 | 3,0 | 3,15 | 3,35 | 3,0 | 3,55 | 3,75 | 4,0 | |
| 2,36 | 2,8 | 3,0 | 3,35 | 3,0 | 3,55 | 3,75 | 4,0 | |
| 2,24 | 2,65 | 3,0 | 3,15 | 2,8 | 3,35 | 3,75 | 4,0 |
в цилиндрических обмотках с числом слоев от 1 до 16 можно воспользоваться табл. 5.9, в которой приведены предельные значения радиального размера провода, дающие добавочные потери до 5, 10, 15 и 20 % основных потерь в медных и алюминиевых обмотках. С ростом числа слоев в обмотке существенно возрастают добавочные потери и уменьшается максимально допустимый радиальный размер провода. Возможность намотки провода на ребро данные этой таблицы ограничивают тремя-четырьмя слоями. По этой таблице можно также определить предельный радиальный размер провода в винтовой обмотке, не имеющей радиальных каналов.
Следует иметь в виду, что предельное значение добавочных потерь, указанное в табл. 5.9, является средним для всей обмотки. В крайних витках, прилегающих к каналу между обмотками, добавочные потери будут в 3 раза больше.
В винтовых и катушечных обмотках с радиальными каналами при прочих равных условиях (одинаковое число слоев, одинаковые размеры провода, одинаковое число витков или одинаковая высота обмотки) индукция поля рассеяния оказывается существенно ниже, чем в обмотках, не имеющих этих каналов, и добавочные потери составляют от 0,4 до 0,6 добавочных потерь в обмотках без каналов. При этом предельный радиальный размер провода в обмотках с радиальными каналами может быть принят на 25—15 % выше полученного из табл. 5.9.
Изменение добавочных потерь в обмотке любого типа с заданным радиальным размером при изменении радиального размера провода видно из следующего примера. В катушке (витке) из пяти проводов, расположенных в радиальном направлении, с радиальным размером каждого провода 10 мм заменили пять проводов десятью проводами с радиальным размером по 5 мм.
Отношение добавочных потерь стало
D10/D5 = 0,54·102/(1,04-52) = 6,25/25 = 1/4.
Вернуться к содержанию
Глава шестая
РАСЧЕТ ОБМОТОК
РАСЧЕТ ОБМОТОК НН
Расчет обмоток трансформатора, как правило, начинают с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. В трехобмоточном трансформаторе расчет обмоток начинают с внутренней обмотки НН или СН, а затем постепенно переходят к СН или НН и ВН.
Число витков на одну фазу обмотки НН
w1 = Uф1/(4,44fBсПс) (6.1)
Полученное значение ω1 округляется до ближайшего целого числа и может быть как четным, так и нечетным.
Для трехфазного трансформатора или однофазного с параллельным соединением обмоток стержней найденное по (6.1) значение ω1 является также числом витков на один стержень. Для однофазного трансформатора с последовательным соединением обмоток стержней число витков на один стержень, как правило, равно половине найденного значения w1.
После округления числа витков следует найти напряжение одного витка, В:
ив = Uф1/w1 (6.2)
и действительную индукцию в стержне, Тл,
Вс= ив/(4,44fПс) (6.3)
Рис. 6.1. Двухслойная цилиндрическая обмотка из провода прямоугольного сечения
Дальнейший расчет для каждого типа обмоток НН производится своим особым путем.
1. Расчет двухслойных и однослойных цилиндрических обмоток из прямоугольного провода. Число слоев обмотки (рис.6.1) выбирается обычно равным двум. Для трансформаторов мощностью на один стержень до 6—10 кВ·А обмотка может быть намотана в один слой и в редких случаях для более мощных трансформаторов — в три слоя.
Число витков в одном слое: для однослойной обмотки
wсл1 = w1 (6.4)
для двухслойной обмотки
wсл1 = w1/2 (6.4а)
Ориентировочный осевой размер витка, м,
hв1=l1/(wсл1+1) (6.5)
Ориентировочное сечение витка, мм2,
П'1 = I1/(Jср·10-6) (6.6)
где Jср — предварительное значение по (5.4) или (5.5).
По полученным значениям П1' и hв1 по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (см. табл. 5.2 или 5.3) подбираются подходящие провода с соблюдением следующих правил:
- число параллельных проводов nв1 не более 4—6 при намотке плашмя и не более 6—8 при намотке на ребро;
- все провода имеют одинаковые размеры поперечного сечения;
- радиальные размеры всех параллельных проводов витка равны между собой;
- радиальные размеры проводов не выходят за предельные размеры, найденные по формулам, кривым или таблицам § 5.7 по предельному q (обычно для масляных трансформаторов q ≤1200 Вт/м2 и в редких случаях q ≤1400 Вт/м2) или по допустимым добавочным потерям (обычно не более 5 %, см. табл. 5.9). В сухих трансформаторах следует принимать q ≤280 Вт/м2 при классе нагревостойкости изоляции А и 320 Вт/м2 при классе В;
- при намотке на ребро отношение радиального размера провода к осевому его размеру не менее 1,3 и не более 3;
- расчетная высота обмотки (wсл1+l)/ hв1 на 5—15 мм меньше l.
Подобранные размеры провода, мм, записываются так:
Число параллельных проводов × 
,
или
nв1× 
.
Полное сечение витка из nв1 параллельных проводов, м2, определяется по формуле
П1= nв1 П1''·10-6, (67)
где П1'' — сечение одного провода, мм2. Полученная плотность тока, А/м2,
J1 = I1/П1. (6.8)
Осевой размер витка, м, определяется по рис. 6.2
hв1= nв1b'·10-3.
Осевой размер обмотки, м,
l1= hв1 (wсл1+1)+ (0,005 - 0,015) (6.9)
Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 6.2 и 6.3), м:
однослойной
а1 = а'·10-3 6.10)
двухслойной
а1 = (2а'+ а11)·10-3 (6.11)
Радиальный размер канала а11 при U1≤1 кВ выбирается по условиям изоляции не менее 4 мм и проверяется по условиям отвода тепла по табл. 9.2. Если действительный радиальный размер провода а равен или меньше половины предельного размера, найденного по предельному значению q (см. выше), то канал между слоями может быть заменен жесткой междуслойной изоляцией — двумя слоями электроизоляционного картона по 0,5 мм. В этом случае в (6.11) вместо размера канала подставляется толщина междуслойной изоляции 1 мм.
Рис.6.2 Определение высоты витка
Рис.6.3 К определению радиальных размеров обмотки
В сухих трансформаторах ширину воздушного канала между двумя слоями обмотки следует принимать по табл. 9.2б.
При напряжениях более высоких, чем 1 кВ, цилиндрическая обмотка применяется редко. Междуслойная изоляция при этом определяется согласно § 4.5.
Внутренний диаметр обмотки, м,
D'1=d + 2а01·10-3. (6.12)
Наружный диаметр обмотки, м,
D''1= D1' + 2а1. (6.13)
Ширина а01 канала между обмоткой НН и стержнем определяется из условий изоляции обмотки и способа прессовки стержня согласно § 4.5 и 4.6. Однослойная обмотка и двухслойная без охлаждающего канала между слоями имеют две охлаждаемые поверхности. Полная охлаждаемая поверхность обмотки НН, м2, для всего трансформатора в этом случае
П01=ck3π(D1'+ D1'')ll. (6.14)
Двухслойная обмотка с каналом между слоями шириной не менее, чем указано в табл. 9.2, имеет четыре охлаждаемые поверхности
П01=2ck3π(D1'+ D1'')ll. (6.15)
где с — число активных (несущих обмотки) стержней.
Коэффициент kз учитывает закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями. При предварительном расчете может быть принято k3 =0,75.
После определения потерь короткого замыкания для обмотки НН (см. §7.1) следует найти плотность теплового потока, Вт/м2, на поверхности обмотки
q1=Pоснkд1/ П01 (6.16)
или по (7.17) или (7.17а).
Полученное значение q во избежание чрезмерного повышения температуры обмотки необходимо выдерживать в пределах, указанных в § 5.7.
Цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода для стороны НН может быть намотана и в три-четыре слоя. Расчет такой обмотки проводится также по (6.1) — (6.16) с учетом действительного числа слоев и внесения соответствующих поправок в (6.4), (6.11) и (6.15).
2. Расчет винтовой обмотки (рис. 6.4). Выбор одноходовой или двухходовой (многоходовой) обмотки зависит от осевого размера (высоты) одного витка, м, ориентировочно определяемого по формулам:
для одноходовой обмотки
hв1≈ l1/(w1 + 4) – hк1 (6.17)
для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией
hв1≈ l1/(w1 + 1) – hк1 (6.18)
Рис. 6.4. Одноходовая винтовая параллельная обмотка с тремя транспозициями
где hк1 — осевой размер масляного охлаждающего канала между витками. Ориентировочно значение hк1 может быть принято равным hк1 ≈0,1a1, но не менее 0,004м (4 мм), где a1 — радиальный размер обмотки НН, приближенно определенный по (3.71).
Максимальный возможный осевой размер витка одноходовой обмотки равен максимальному размеру обмоточного провода в изоляции, т.е. не может превышать 16,5 мм для медного и 18,5 мм для алюминиевого провода. Поэтому при получении по (6.17) hв1 ≤0,0165 м (16,5 мм) для медного провода и hв1 ≤O,0185 м (18,5 мм) для алюминиевого следует применять одноходовую обмотку. При получении по этой формуле 0,035- 0,045≥ hв1 ≥0,0155-0,0185 м (т.е. 35-45≥hв1≥15,5-18,5 мм) по аналогичным соображениям может быть применена двухходовая обмотка. Более точное определение hв1 в этом случае дает формула (6.18). В сравнительно редких случаях, например для трехфазного трансформатора мощностью 1600 кВ·А при напряжении НН 400 В и токе обмотки фазы НН 2309 А, может быть применена четырехходовая обмотка.
Ориентировочное сечение витка П1 находится по (6.6).
После определения числа ходов обмотки следует проверить полученный осевой размер витка hв1 по допустимой плотности теплового потока на поверхности обмотки q по (5.6) или (5.7) или графикам рис. 5.34. Если найденный осевой размер витка hв1 составляет не более половины b, найденного по этим формулам или графикам, то в одноходовой обмотке можно сделать радиальные каналы через два витка. В двухходовой обмотке масляный канал между двумя группами проводов витка можно заменить прокладкой с толщиной 2×0,5 мм, если hв1 - hк1 ≤ b.
В том случае, когда плотность тока в медном проводе обмотки не превышает 2,2·106 - 2,5·106 А/м2 и в алюминиевом 1,4·106 - 1,8·106 А/м2, возможно применение винтовой обмотки без радиальных каналов с плотным прилеганием витков. Высота одного витка такой обмотки может быть найдена по (6.17) или (6.18) при hк1=0.
Если по (6.17) hв1 ≤0,0155 м (15,5 мм) для медного или hв1 ≤0,0185 м (18,5 мм) для алюминиевого провода, то возможна одноходовая обмотка. При получении по (6.18) 0,0314 - 0,0375≥ hв1 ≥0,0155 - 0,0185 м (31 - 37≥ hв1 ≥15,5 - 18,5 мм) следует принять двухходовую конструкцию.
Возможность применения этой обмотки определяется по § 5.7. По (5.6) или (5.7) находится общий предельный радиальный размер металла проводов b при q =1200 - 1400 Вт/м2 и kз =0,8. Число и радиальные размеры проводов витка (половины витка в двухходовой обмотке) должны быть выбраны так, чтобы сумма их радиальных размеров не была больше b· 103, мм, а радиальный размер каждого провода, мм, не превосходил значение, найденное по табл. 5.9 при выбранном числе проводов и принятом уровне добавочных потерь.
В этом случае, когда радиальный размер одноходовой обмотки без радиальных каналов оказывается существенно больше размера b, найденного по допустимому q, возможно применение двухходовой двухслойной винтовой обмотки с последовательным соединением слоев и осевым масляным каналом между слоями шириной около 0,01l. При относительно большом числе витков возможно также применение одноходовой двухслойной обмотки.
После окончательного выбора конструкции обмотки к полученным ориентировочным значениям П1' ·10-6 и hв1 ×10-3 по сортаменту обмоточного провода (табл. 5.2 и 5.3) подбираются подходящие сечения провода с соблюдением следующих требований:
минимальное число параллельных проводов в одноходовой обмотке четыре, в двухходовой — восемь;
все параллельные провода имеют одинаковые размеры и площадь поперечного сечения;
в обмотке с радиальными каналами больший размер провода не выходит за предельный размер, найденный по (5.6) или (5.7) или по графикам рис.5.38 по предельно допустимому значению q;
в обмотке без радиальных каналов радиальный размер и число проводов в радиальном направлении выбраны с учетом допустимого значения q и допустимого уровня добавочных потерь;
расчетная высота обмотки при выбранных размерах проводов и радиальных каналов равна предварительно рассчитанному значению.
Подобранные размеры проводов, мм, записываются так:
Число параллельных проводов × ,
или
nв1× .
Полное сечение витка, м2,
П1 = nв1 П1''·10-6 (6.19)
где П1''—сечение одного провода, мм2, по табл. 5.2 и 5.3. Плотность тока, А/м2,
J = I1/ П1. (6.20)
Осевой размер витка hв1 и радиальный размер обмотки для одно- и двухходовой обмоток определяются по рис. 6.5.
Рис. 6.5. Определение осевого размера витка и радиального размера для винтовой обмотки
Осевой размер (высота) обмотки, спрессованной после сушки трансформатора, l1, м, определяется по следующим формулам:
для одноходовой обмотки (рис. 6.5, а) с тремя транспозициями
l1 = b'·10-3(w1 + 4) + khк(w1 + 3)·10-3; (6.21)
для одноходовой обмотки с каналами через два витка (рис. 6.5,б) и с тремя транспозициями
l1 = b'·10-3(w1 + 4) + k[hк( 
+ 2) + δ ·10-3]. (6.22)
Где δ — толщина прокладки между сдвоенными витками, обычно равна 1—1,5 мм;
для двухходовой обмотки с равномерно распределенной транспозицией по рис. 6.5, в
l1 = 2b'·10-3(w1 + 1) + khк(2w1 + 1)·10-3; (6.23)
для двухходовой обмотки без канала между двумя группами проводов по рис. 6.5, г
l1 = b'·10-3(w1 + 1) + k[hкω1 + δ(w1 + 1)·10-3]. (6.24)
Коэффициент k в (6.21) — (6.24) учитывает усадку междукатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки и может быть принят 0,94—0,96.
Осевой размер обмотки без радиальных каналов, одноходовой и двухходовой, может быть найден по формуле (6.21) или (6.23) при hк = 0.
Радиальный размер обмотки а1 ', мм, определяется по рис. 6.5.
Внутренний диаметр обмотки, м,
D'1 = d + 2a01·10-3 (6.25)
где a01 мм, по табл. 4.4.
Наружный диаметр обмотки, м,
D''1= D'1 + 2а'1·10-3. (6.26)