Трансформатор ТМ-1600/35. Вариант IM— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.)
Расчет обмотки НН (по § 6.1). Число витков обмотки НН ω1 = UФ1/uв = 399/17,18=23,22. Принимаем ω1 = 24 витка. Напряжение одного витка uв = 399/24 = 16,63 В.
Средняя плотность тока в обмотках по (5.4)
Jср = 0,746kд 
104 = 0,746·0,91 
104 = 3,48 МА/м2
Сечение витка ориентировочно
П'в ≈ 1339/(3,48·106) = 384,8·10-6 м2 = 384,8 мм2.
По табл. 5.8 по мощности 1600 кВ·А, току на один стержень 1339 А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 384,8 мм2 выбираем конструкцию винтовой обмотки. Размер радиального канала предварительно h=5 мм. Согласно §5.1 число реек по окружности обмотки 12, ширина междувитковых прокладок bпр = 40 мм.
Ориентировочный осевой размер витка
hв1 = l/(ω1 + 4)- hк = 0,635/(24 + 4) -0,05 = 0,0177 м = 17,7 мм.
Ввиду того что hв1 > 15 мм и по графикам рис. 5.38, а при максимальном размере медного провода b=15 мм и плотности тока J = 3,50 МА/м2 плотность теплового потока q = 2000 Вт/м2, что при естественном масляном охлаждении не допускается, выбираем двухходовую винтовую обмотку с радиальными каналами в витках и между витками с равномерно распределенной транспозицией.
По полученным ориентировочным значениям П1 и hв1 по табл. 5.2 подбираем сечение витка из двенадцати параллельных проводов
ПБ 12× 
, разделенных на две группы по шесть проводов с каналами по 5 мм между группами витка и между витками (рис. 6.13).
Для частичной компенсации разрыва в обмотке ВН при регулировании напряжения размешаем в середине высоты обмотки НН шесть радиальных каналов по 10 мм.
Полное сечение витка
П1 = 12·32,9 = 394,7 мм2 = 394,7·10-6 м2.
Плотность тока
J1 = 1339·106/394,7 = 3,39 МА/м2.
Рис. 6.13. Сечение витка обмотки НН из медного провода (вариант IМ)
По графикам рис. 5.34, а находим для J = 3,4 МА/м2 и b = 7,5 мм q = 900 Вт/м2. Высота обмотки
|
|
l1 = (24 + 1)·2·8·10-3 + [(24·2 + 1 - 6)·5+ 10·6] × 0,95·10-3 = 0,661 м ≈ 0,660 м.
Радиальный размер обмотки a1 = 6,5·10-3 = 0,030 м.
По табл. 4.4 для Uисп = 5 кВ, S = 1600 кВ·А и винтовой обмотки находим а01 = 15 мм, обмотка наматывается на 12 рейках на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами
Ǿ 
× 0,770 м.
Внутренний диаметр обмотки
D'1 = d+2a01 = 0,260+ 2·0,015 = 0,290 м.
Внешний диаметр обмотки
D''1 = D'1 + 2a0l = 0,290 + 2·0,030 = 0,350 м.
Плотность теплового потока на поверхности обмотки по (7.19)
В обмотке предусматривается равномерно распределенная транспозиция параллельных проводов—12 транспозиций по принципиальной схеме рис. 5.29. Первая транспозиция после первого витка, 11 последующих с шагом в два витка, т. е. после третьего, пятого витка и т. д.
Масса металла обмотки по (7.6)
G01 = 28·103сDсрω1П1 = 28·103·3×0,32·24·394,7·10-6 = 254,6 кг.
Масса провода по табл. 5.5
Gnpl = 1,02·254,6 = 259,7 кг.
Рис. 6.14. Схема регулирования напряжения ВН (вариант IМ, обмотка из медного провода)
Расчет обмотки ВН ( по § 6.3). Выбираем схему регулирования по рис. 6.14 с выводом концов всех трех фаз обмотки к одному трехфазному переключателю. Контакты переключателя рассчитываются на рабочий ток 26,4 А. Наибольшее напряжение между контактами переключателя в одной фазе: рабочее 10/ 
% U2, т. е. 2020 В; испытательное 2·10/ % U2, т.е. 4040 В.
Для получения на стороне ВН различных напряжений необходимо соединить:
| Напряжение, В | Ответвления обмотки |
| А2А3 В2В3 С2С3 | |
| А3А4 В3В4 С3С4 | |
| А4А5 В4В5 С4С5 | |
| А5А6 В5В6 С5С6 | |
| А6А7 В6В7 С6С7 |
Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении
|
|
ωн2 = Uф2/uп = 20207/16,63 = 1215 витков.
Число витков на одной ступени регулирования
ωр=875/ ( uв) = 875/( ·16,63) - 31,24 ≈ 31 виток.
Для пяти ступеней:
| Напряжение, В | Число витков на ответвлениях |
| 1215 + 2·31 = 1277 | |
| 1215 + 31 = 1246 | |
| 1215 — 31 = 1984 | |
| 1215 — 2·31 = 1953 |
Ориентировочная плотность тока
J ≈ 2·3,48·106 - 3,39·106 = 3,57 МА/м2.
Ориентировочное сечение вятка
П'2 ≈ 26,4/(3,57·106) = 7,39·10-6 м2 = 7,39 мм2.
По табл. 5.8 выбираем непрерывную катушечную обмотку из медного прямоугольного провода (S = 1600 кВ·А; I2=26,4 A; U2=35000 В; П'2 =7,39 мм2). По сортаменту медного обмоточного провода (табл. 5.2) выбираем провод марки ПБ
ПБ - 1× 
сечением П2 = 7,625·10-6 м2.
В двух верхних и двух нижних катушках обмотки каждой фазы применяем провод того же размера с усиленной изоляцией 1,35 (1,50) мм, с размерами провода в изоляции 2,90×7,10 мм (см. табл. 4.10).
Плотность тока в обмотке
J2 = 26,4/(7,625·10-6) = 3,46 МА/м2.
При J2 = 3,46 МА/м2 и b = 5,6 мм по графикам рис. 5.34, а находим q ≈ 800 Вт/м2.
Принимаем конструкцию обмотки с радиальными каналами по 4,5 мм между всеми катушками. Две крайние катушки вверху и внизу отделены каналами по 7,5 мм (см. табл. 4.10). Схема регулирования напряжения — по рис. 6.14, канал в месте разрыва обмотки hкр=12 мм (см. табл. 4.9). Осевой размер катушки 6,1 мм.
Число катушек на стержне ориентировочно по (6.63)
nкат ≈ l·103/(b' + h'к) ≈ 0,635/(6,1 + 4) = 62,9 ≈ 62 катушки.
Число витков в катушке ориентировочно ωкат ≈ 1277/62 = 20,6, и радиальный размер а'2 =1,90·21 = 39,9 ≈ 40 мм.
| Общее распределение витков по катушкам: | Количество витков |
| 43 основные катушки В по 22 витка | |
| 7 основных катушек Г по 21 витку | |
| 8 регулировочных катушек Д по 15,5 витка | |
| 4 катушки с усиленной изоляцией Е по 15 витков | |
| Всего 62 катушки |
Расположение катушек на стержне и размеры радиальных каналов приняты по рис. 6.15, а. Данные катушек приведены в табл. 6.1, Осевой размер обмотки
|
|
l = Σhкат + Σhкан = [6,1·58 + 7,1·4 + 0,95(12,1 + 7,5·56)] ×10-3 = 0,661,l м ≈ 0,660 м.
По испытательному напряжению Uисп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.5 находим:
| Канал между обмотками ВН и НН | а'12 = 27 мм |
| Толщина цилиндра | δ'12., = 5 мм |
| Выступ цилиндра за высоту обмотки | lц = 55 мм |
| Между обмотками ВН двух соседних стержней | а'22 = 30 мм |
| Толщина междуфазной перегородки | δ'12 = 3 мм |
| Расстояние обмотки ВН до ярма | l0 = 75 мм |
Согласно § 4.3 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра, на котором на 12 рейках наматывается обмотка, диаметром 0,370/0,380×0,770 м.
Таблица 6.1. Данные катушек обмотки ВН трансформатора ТМ-1 600/35. Вариант IМ — медные обмотки
| Данны | Условные обозначения катушки | Всего | |||
| В | Г | Д | Е | ||
| Назначение катушки | Основная | Основная | Регулировочная | С усиленной изоляцией | - |
| Катушек на стержень | |||||
| Число витков в катушке | 15,5 | - | |||
| Всего | |||||
| Размеры провода: | |||||
| без изоляции, мм | 1,40×5,6 | 1,40×5,6 | - | ||
| с изоляцией, мм | 1,90×6,1 | 2,90×7,1 | - | ||
| Сечение витка, мм2 | 7,625 | 7,625 | 7,625 | 7,625 | 7,625 |
| Плотность тока, МА/м2 | 3,46 | 3,46 | 3,46 | 3,46 | 3,46 |
| Размер, мм | |||||
| радиальный | 42< | 40 (30,5)* | 43,5 | ||
| осевой | 6,1 | 6,1 | 6,1 | 7,1 | |
| Масса провода, кг: | |||||
| без изоляции | 270,3 | 42,0 | 35,3 | 17,2 | 364,8 |
| с изоляцией | 278,3 | 43,3 | 36,3 | 19,0 | 376,9 |
| k<из по табл. 5.5 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,105 | - |
| Диаметры, м | |||||
| Внутренний | 0,404 | 0,404 | 0,404 | 0,404 | 0,404 |
| Внешний | 0,488 | 0,488 | 0,484 | 0,491 | 0,488 |
—————
* В катушку Д вмотать полоску картона до радиального размера 40 мм
Примечание. kиз – учитывает увеличение массы провода за счет массы изоляции
Основные размеры обмоток трансформатора показаны на рис. 6.15,б.
Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушки Г по (7.19)
Масса металла обмотки ВН по табл. 6.1
G02=364,8 кг.
Масса провода в обмотке ВН с изоляцией
G пр2 = 376,9 кг.
Рис. 6.15. Обмотки трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант IМ: а – расположение катушек и радиальных каналов; б – основные размеры обмоток
Масса металла (меди) двух обмоток
G0 = 254,6 +364,8 = 619,4 кг.
Масса провода двух обмоток
Gnp = 259,7 + 376,9 = 636,6 кг.
Трансформатор ТМ-1600/35. Вариант IIа — алюминиевые обмотки (продолжение примера расчета § 3.6)
Расчет обмотки НН (по § 6.1). Число витков ω1 = 399/(15·89) = 25,11.
В предварительном расчете (см. § 3.6) потери холостого хода Рх для выбранного варианта диаметра d=0,250 м оказались выше заданного значения (3650 вместо 3100 Вт). Для уменьшения Рк принимаем число витков ω1 = 26, что приведет к некоторому снижению расчетной индукции Вc и уменьшению потерь холостого хода за счет некоторого увеличения массы металла обмоток, С этой же целью уменьшим высоту обмоток с 0,8997 до 0,860 м и соответственно длину и массу стали стержня.
Напряжение одного витка ив=399/26 =15,35 В. Средняя плотность тока по (3.49 а)
J = 0,463·0,91 
104 = 1,96 МА/м2
Сечение витка ориентировочно
П'в = 1339/(1,96·106) = 683,2· 10-6 м2.
По сечению витка и плотности тока согласно § 5.3 выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из алюминиевой ленты с высотой витка (ширина ленты), равной высоте обмотки, l=0,86 м и толщиной
δ = 683,2·10-6/0,86 = 794,4·10-6 м = 0,794 мм.
В соответствии с этим выбираем алюминиевую ленту марки А6 по ГОСТ 13726-78 с шириной 860 и толщиной 0,8 мм (0,86×0,0008 м).
Сечение витка
П в1 = 0,86·0,0008 = 0,000688 м2.
Плотность тока
J = 1339/0,000688= 1,946 МА/м2.
Общий суммарный радиальный допустимый размер проводов для алюминиевого провода (5.7)
b ≤ qkз/(1,72J2·10-8),
принимаем q = 1200 Вт/м2 и kз = 0,8;
b = 1200·0,8/(1,72·1,9462·1012·10-8) = 147,4·10-4 м = 14,7 мм.
В этот предельный размер можно уложить не более 14,7/0,8, т. е. не более 18, витков обмотки НН. Поэтому обмотку НН делим на две катушки — внутреннюю А из 13 витков и наружную Б из 13 витков. Междувитковая изоляция — кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436-83 в один слой. Между катушками осевой охлаждающий канал шириной
а11 = 0,01 l = 0,01·0,86 ≈ 0,009 м.
Радиальные размеры катушек
А:а'1 = (13·0,8+ 12·0,12)·10-3 = 11,84·10-3 ≈ 0,012 м;
Б:а''1 = (13·0,8+ 12·0,12)·10-3 = 11,84·10-3 ≈ 0,012 м.
Радиальный размер обмотки НН а1 = 0,012 + 0,009 + 0,012 = 0,033 м.
Обмотка наматывается на бумажно-бакелитовом цилиндре с размерами (см. табл. 4.4, 4.5 и § 4.3)
Ǿ 
× 0,96 м.
Диаметры обмотки:
внутренний
D'1 = 0,250 + 2·0,015 = 0,280 м;
внешний
D''1 = 0,280+ 2·0,033 = 0,346 м.
Плотность теплового потока на поверхности обмотки для катушек А и Б
при а/а' = 1,0; /kз = 0,8 и kд=1,05.
Масса металла обмотки
G01 = 3·26·0,86·0,0008·2700 = 144,9 кг.
Расчет обмотки ВН (по § 5.3 и 6.3). Схема регулирования напряжения в нейтрали по рис. 6.6,б. Расположение регулировочных витков и схема переключателя по рис. 6.16. Число витков обмотки ВН при номинальном напряжении
ω2 = 26·20207/399 = 1316.
Число витков на одной ступени регулирования
ωР = 875/(
·15,35) =32,9 ≈ 33.
Для четырех ступеней регулирования имеем:
| Напряжение, В | Число витков на ответвлениях |
| 1316 + 2·33=1382 | |
| 1316 + 33=1349 | |
| 1316 - 33=1283 | |
| 1316 - 2·33=1250 |
Ориентировочная плотность тока
J ≈ (2·1,96 - 3,39)·106 = 1,974·106 А/м2.
Ориентировочное сечение витка
П'в ≈ 26,4/(1,974·106) = 0,00001337 м2 = 13,37 мм2.
В соответствии с ранее принятым решением рассчитываем многослойную цилиндрическую обмотку из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ по ГОСТ 16512-80. Выбираем провод АПБ 1× 
сечением 13,45 мм2. Сечение витка Пв2 = 13,45·10-6 м2.
Рис. 6.16. Обмотка ВН трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант IIА:
а – расположение витков в наружном слое обмотки и схема вывода ответвлений; б – схема переключателя ответвлений
Плотность тока
J = 26,4/(13,45·10-6) = 1,963·106 МА/м2.
Общий суммарный радиальный размер алюминиевых проводов по (5.7), принимая q2 = 1200 Вт/м2 и kз = 0,8,
b2 = 1200·0,87(1,72·1,96З2 ·10-12·10-8) = 144,8·10-4 м=14,5 мм.
Число витков в слое
ωсл = 0,86/0,0055 - 1 = 156,3 - 1 = 155 витков.
Обмотка ВН наматывается в девять слоев. Семь слоев по 155×7 = 1085 витков, восьмой слой —145 витков и девятый —152 витка. Всего 1382 витка. Общий суммарный радиальный размер металла b = 2,8·9=25,2 мм = 0,0252 м больше допустимого размера 0,0145 мм. Поэтому обмотку разделяем на две концентрические катушки — внутреннюю В в четыре слоя и наружную Г в пять слоев. Между катушками осевой охлаждающий канал шириной 9 мм (0,009 м). При девяти слоях алюминиевого провода с радиальным размером 2,8 мм добавочные потери в обмотке составят менее 5 % (см. табл. 5.9).
Под внутренним слоем обмотки располагается электростатический экран — алюминиевый незамкнутый цилиндр толщиной 0,5 мм, соединенный электрически с линейным концом обмотки А (на других фазах с В и С). Схема вывода ответвлений дана на рис. 6.16, строение обмоток — на рис. 6.17.
Напряжение двух слоев обмотки
Uмсл = 2·155·15,35 = 4759 В.
Междуслойная изоляция по табл. 4.7 — кабельная бумага марки К-120 по ГОСТ 23436-83Е, восемь слоев, выступ изоляции 22 мм с каждого конца обмотки. С торцов каждого слоя вверху и внизу укрепляются бумажно-бакелитовые цилиндрические кольца толщиной 3 мм.
Радиальный размер обмотки без экрана по (6.55)
а2 = (3,3·9 + 8·8·0,12+ 9) ·10-3 = 0,04638 ≈ 0,0465 м.
Радиальный размер с экраном
а2экр = (46,5 + 3) ·10-3 = 0,0495 м.
Диаметры обмотки:
внутренний до экрана
D'2 = 0,346 + 2·0,027 = 0,400 м;
внутренний до слоя проводов
D'20 = 0,400 + 2·0,003 = 0,406 м;
внешний
D''2 = 0,406 + 2·0,0465 = 0,499 м.
Расстояние между осями стержней
С = 0,499 + 0,030 = 0,529 ≈ 0,530 м.
При испытательном напряжении обмотки ВН Uисп = 85 кВ по табл. 4.5 находим:
а'12 = 30 мм; δ'12 = 5,0 мм; lп2 = 55 мм;
а'22 = 30 мм; δ'22 = 3,0 мм; l02 = 75 мм.
Согласно § 4.3 и табл. 4.5 принимаем размеры бумажно-бакелитового цилиндра между обмотками ВН и НН
Ǿ 
× 0,97 м.
Масса металла обмотки по (7.7)
G02 = 
Масса провода (см. табл. 5.5)
Gпр= 1,025·1,033·213,7 = 226,3 кг.
Рис. 6.17. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант IIА. Основные размеры обмоток трансформатора.
Масса металла двух обмоток
G0=144,9 + 213,7= 358,6 кг. Поверхность охлаждения обмотки по (6.61)
Похл=3·0,8·4π·0,4525·0,86=11,736 м2.
После намотки и сушки обмотку спрессовать осевой силой 25000 Н.
Вернуться к содержанию
Глава седьмая