Общая схема расчета обмоток

Расчет обмоток НН

Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки низшего напряжения, располагаемой между стержнем и обмоткой ВН.

1. Число витков на одну фазу обмотки НН определяем по формуле

2. Полученное значение округляем до целого числа. После округления уточняем напряжение одного витка, В:

и действительную индукцию в стержне, Тл:

3. Ориентировочное сечение витка, мм²,

где – средняя плотность тока (находим по табл. 3.1).

Как правило, отличается от сечения (см. табл. 3.5) стандартного провода (проводов), и поэтому действительную плотность тока уточняем по формуле

4. Внутренний диаметр обмотки, м,

где – ширина канала между обмоткой НН и стержнем (см. табл. 2.5).

5. Наружний диаметр обмотки, м,

где – радиальный размер обмотки НН.

Дальнейший расчет для каждого типа обмоток НН, выбранных по табл. 3.2, производим своим особым путем (см. разделы 3.2.1; 3.2.2 и 3.3.2).

Расчет обмоток ВН

Расчет обмоток ВН начинаем с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения и напряжений всех ответвлений. Число витков при номинальном напряжении определяем по формуле

Число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении обмотки ВН в звезду равно

где – напряжение на одной ступени регулирования обмотки, В; – напряжение одного витка обмотки, В.

Обычно ступени регулирования напряжения делают равными между собой. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях при четырех ступенях составляет

+5 %	;
+2,5 %	;
0 %	;
–2,5 %	;
–5 %	.

Плотность тока , А/мм², в обмотке ВН предварительно вычисляем по формуле

Сечение витка обмотки ВН, мм², – по формуле:

Предварительное определение числа катушек для многослойной цилиндрической катушечной обмотки производят с таким
расчетом, чтобы число катушек было четным; при номинальном напряжении ВН 35 кВ витки, служащие для регулирования напряжения, размещают в отдельных катушках.

Внутренний диаметр обмотки, м,

где – ширина канала между обмотками НН и ВН (табл. 2.4).

Наружный диаметр обмотки, см,

где – радиальный размер обмотки ВН.

Дальнейший расчет для каждого типа обмоток ВН (табл. 3.2) приведен в разделах 3.3.1; 3.3.2; 3.3.3; 3.3.4.

3.2.1. Расчет цилиндрических обмоток НН
двухслойных и однослойных из прямоугольного провода

1. Число слоев обмотки выбирают обычно равным двум, в отдельных случаях обмотка может быть в один слой.

2. Число витков в одном слое составляет:

для однослойной обмотки

для двухслойной обмотки

3. Ориентировочный осевой размер витка, мм,

Ориентировочное сечение витка, мм²,

где – средняя плотность тока (предварительное значение находим по табл. 3.1).

4. К полученным величинам и по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (табл. 3.5) подбираем подходящие провода с соблюдением следующих правил:

число параллельных проводов не более 4…6;

все провода имеют одинаковые размеры;

подобранные размеры провода записывают так:

марка провода .

5. Полное сечение вика из параллельных проводов

где – сечение одного провода, мм².

6. Осевой размер витка (высота) определяем согласно рис. 3.2.

7. Полученная плотность тока, А/мм²,

8. Осевой размер обмотки, м,

9. Радиальный размер обмотки (обозначения по рис. 3.1, а и б), м:

однослойной

двухслойной

Рис. 3.1. Цилиндрическая обмотка:
а – двухслойная цилиндрическая обмотка из 14 витков, намотанных двумя
параллельными проводами на ребро; б – пятислойная цилиндрическая обмотка
из 20 витков, намотанных двумя параллельными проводами плашмя

10. Радиальный размер канала при кВ выбираем по условиям изоляции не менее 4 мм.

Таблица 3.5

Номинальные размеры и сечения медного и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ
прямоугольного сечения по ГОСТ 16512–70

b / a	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,12	2,24	2,36	2,5	2,65	2,8	3,0	3,15	3,35	3,55	3,75	4,0	4,25	4,5	4,75	5,0	5,3	5,6
3,75	5,04	–	5,79	–	6,39	–	7,14	–	8,04	–	8,83	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4,0	5,39	5,79	6,19	6,44	6,84	7,24	7,64	8,12	8,6	8,89	9,45	10,1	10,7	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4,25	5,74	–	6,59	–	7,29	–	8,14	–	9,16	–	10,1	–	11,4	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4,5	6,09	6,54	6,99	7,29	7,74	8,19	8,64	9,18	9,72	10,1	10,7	11,4	12,1		13,6	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
4,75	6,44	–	7,39	–	8,19	–	9,14	–	10,3	–	11,3	–	12,8	–	14,4	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
5,0	6,79	7,29	7,79	8,14	8,64	9,14	9,64	10,2	10,8	11,3		12,7	13,5	11,5	15,2	16,2	17,2	–	–	–	–	–	–	–	–
5,3	7,21	–	8,27	–	9,18	–	10,2	–	11,5	–	12,7	–	14,3	–	16,2	–	18,3	–	–	–	–	–	–	–	–
5,6	7,63	8,19	8,75	9,16	9,72	10,3	10,8	11,5	12,2	12,7	13,5	14,3	15,1	16,3	17,1	18,2	19,3	20,1	21,5	–	–	–	–	–	–
6,0	8,19	–	9,39	–	10,4	–	11,6	–	13,1	–	14,5	–	16,3	–	18,4	–	20,8	–	23,1	–	–	–	–	–	–
6,3	8,61	9,24	9,87	10,4		11,6	12,2		13,8	14,3	15,2	16,2	17,1	18,4	19,3	20,6	21,8	22,8	24,3	25,9	27,5	–	–	–	–
6,7	9,17	–	10,5	–	11,7	–		–	14,7	–	16,2	–	18,2	–	20,6	–	23,2	–	25,9	–	29,3	–	–	–	–
7,1	9,73	10,4	11,2	11,7	12,4	13,1	13,8	14,7	15,5	16,2	17,2	18,3	19,3	20,8	21,8	23,2	24,7	25,8	27,5	29,3	31,1	32,9	34,6	–	–
7,5	10,3	–	11,8	–	13,1	–	14,6	–	16,4	–	18,2	–	20,5	–	23,1	–	26,1	–	29,1	–	32,9	–	36,6	–	–
8,0		11,8	12,6	13,2		14,8	15,6	16,6	17,6	18,3	19,5	20,7	21,9	23,5	24,7	26,3	27,9	29,1	31,1	33,1	35,1	37,1	39,2	41,5	43,9
8,5	11,7	–	13,4	–	14,9	–	16,6	–	18,7	–	20,7	–	23,3	–	26,2	–	29,6	–	33,1	–	37,4	–	41,6	–	46,7
9,0	12,4	13,3	14,2	14,9	15,8	16,7	17,6	18,7	19,8	20,7		23,3	24,7	26,5	27,8	29,6	31,4	32,9	,35,1	37,4	39,6	41,9	44,1	46,8	49,5
9,5	13,1	–		–	16,7	–	18,6	–	20,9	–	23,2	–	26,1	–	29,4	–	33,2	–	37,1	–	41,9	–	46,6	–	52,1
10,0	13,8	14,8	15,8	16,6	17,6	18,6	19,6	20,8		23,1	24,5		27,5	29,5				36,6	39,1	41,6	44,1	46,6	49,1	52,1	55,1
10,6	14,6	–	16,8	–	18,7	–	20,8	–	23,4	–		–	29,1	–	32,8	–	37,1	–	41,5	–	46,8	–	52,1	–	58,5
11,2	15,5	16,6	17,7	18,7	19,8	20,9		23,4	24,7	25,9	27,5	29,1	30,8	33,1	34,7		39,2	41,4	43,9	46,7	49,5	52,3	55,1	58,5	61,9
11,8	–	–	18,7	–	20,9	–	23,2	–	26,1	–		–	32,5	–	36,6	–	41,3	–	46,3	–	52,2	–	58,1	–	65,2
12,5	–	18,5	19,8	20,9	22,1	23,4	24,6	26,1	27,6		30,7	32,6	34,5		38,8	41,2	43,8		49,1	52,3	55,4	58,5	61,6	65,4	69,1
13,2	–	–	–	–	23,4	–		–	29,2	–	32,5	–	36,4	41,5		–	46,3	–	51,9	–	58,5	–	65,1	–	73,1
14,0	–	–	–	–	24,8	26,2	27,6	29,3		32,5	34,5	36,6	38,7	–	43,6	46,4	49,2		55,1	58,6	62,1	65,5	69,1	73,3	77,5
15,0	–	–	–	–	–	–	29,6	–	33,2	–		–	41,5	47,5	46,7	–	52,7	–	59,1	–	66,6	–	74,1	–	83,1
16,0	–	–	–	–	–	–	31,6	23,6	35,5	17,2	39,5	41,9	44,3	–	49,9	53,1	56,3	59,1	63,1	67,1	71,1	75,1	79,1	83,9	88,7
17,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	47,2	–	53,2	–	59,4	–	67,1	–	75,6	–	84,1	–	94,3
18,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	53,1	55,8	59,4		66,6	71,1	75,6	80,1	84,6	89,1	94,5	99,9

Примечания: 1. Медный провод марки ПБ – все размеры таблицы, за исключением проводов с размером b 17 и 18 мм. Алюминиевый провод марки АПБ – все размеры таблицы вправо и вверх от жирной черты.

2. Провод марок ПБ и АПБ выпускается с толщиной изоляции на две стороны 2d = 0,45 (0,5), 0,55 (0,62), 0,72 (0,82),
0,96 (1,06), 1,2 (1,35), 1,35 (1,5), 1,68 (1,83), и 1,92 (2,07) мм.

3. Вне скобок указана номинальная толщина изоляции. Размеры катушек считать по толщине изоляции, указанной в скобках.

4. Медный провод марки ПБУ выпускается с размерами проволоки по стороне b от 6,7 до 18,0 мм с изоляцией толщиной d на две стороны, равной 1,35 (1,45); 2,0 (2,2); 2,48 (2,63); 2,96 (3,16);
3,6 (3,8); 4,08 (4,28) и 4,4 (4,65) мм.

5. Размеры элементарного проводника в мм берут из табл. 3.5 исходя из ориентировочного осевого размера проводника без изоляции () и ориентировочного сечения проводника.

Радиальный размер выбранного проводника не должен превышать предельного размера из табл. 3.6 по условию получения добавочных потерь не выше 5 % потерь Р _КЗ.

Таблица 3.6

Предельный радиальный размер провода

Число слоев обмотки n _сл
Радиальный размер провода, мм	11,6	8,6	6,4	5,9	5,1	4,7	4,4	4,1	3,8	3,6

Запись выбранного проводника рекомендуется проводить в следующем виде:

провод АПБ n _эл ,

где n _эл – число параллельных проводов; – размеры провода без изоляции; – размеры провода с изоляцией; a  = a + 2 x d;
b  = b + 2 x d (2 x d по табл. 3.5, примечание 2); П_ГОСТ – гостированное значение сечения одного проводника.

После выбора размеров проводника необходимо выполнить в масштабе эскиз по аналогии с рис. 3.2.

11. Высота витка (рис. 3.1), мм,

– намотка на ребро;

– намотка плашмя.

12. Сечение витка, мм²:

13. Уточненная плотность ток

14. Осевой размер обмотки, мм:

15. Радиальный размер обмотки, мм:

без осевых каналов:

– намотка плашмя;

– намотка на ребро;

с осевыми каналами:

– намотка на ребро;

– намотка плашмя,

где – междуслойная изоляция, выбираемая по табл. 3.4;
– число осевых каналов; – ширина канала, составляющая 5…8 мм для масляных трансформаторов, 10 мм для сухих трансформаторов.

16. Внутренний диаметр обмотки, м,

17. Наружный диаметр обмотки, м,

а б

Рис. 3.2. Сечение витка:
а – при n _эл = 4, намотанных на ребро; б – при n _эл = 3, намотанных плашмя

18. Поверхность охлаждения обмотки НН, м²:

без осевых каналов

;

с осевыми каналами

где К – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки рейками и другими изоляционными деталями, равный 0,75.

19. Масса металла обмотки, кг,

где g – удельная плотность металла обмотки; g_Cu= 8 900 кг/м²;
g_Al= 2 700 кг/м²; , – в м; П_НН – в м².

Расчет винтовых обмоток

1. Винтовую обмотку применяют только как обмотку НН
при токе не менее 200 А, верхний предел по мощности и току не ограничен. Минимальное число параллельных проводов – 4, намотка – только плашмя. Подобно резьбе витка обмотка может быть одноходовой (рис. 3.3), двухходовой (рис. 3.3, б), в отдельных случаях четырехходовой.

Чаще всего в двухходовых обмотках радиальные каналы делают как между витками (рис. 3.3.), так и внутри витка между группами проводов.

2. Ориентировочную высоту витка устанавливаем в зависимости от величины h _в, мм.

Одноходовую винтовую обмотку выбираем при условии

;

двухходовую – при условии

;

четырехходовую – при условии

где h _k – высота радиального канала, равная 5…10 мм.

В четырехходовой винтовой обмотке рекомендуется выбирать радиальный канал не только между витками, но и внутри витка.

3. Ориентировочный осевой размер изолированного проводника, мм, составляет

– для одноходовой обмотки;

– для двухходовой обмотки;

– для четырехходовой обмотки.

4. Размеры элементарного неизолированного проводника, мм, выбираем по табл. 3.5 по ориентировочной величине сечения П_НН и сечению гостированного проводника.

Запись выбранного проводника рекомендуется следующая:

где – число параллельных элементарных проводов;
– ; = (мм);
= (мм); – нормированное сечение одного параллельного проводника.

а б

Рис. 3.3. Винтовая обмотка:
а – одноходовая из шести витков, n _эл = 4;
б – двухходовая из четырех витков без радиальных каналов внутри витка, n _эл = 3

5. Полное сечение витка