Определение испытательных напряжений обмоток

Испытательные напряжения выбираются в зависимости от номинального напряжения обмоток, которое определяет класс напряжения трансформатора.

Для выбора испытательного напряжения следует руководствоваться данными [1] табл. 4.2.

Испытательное напряжение обмотки НН:

Класс напряжения – 1кВ,

Испытательное напряжение обмотки ВН:

Класс напряжения – 10кВ, .

Изоляционные расстояния для испытательных напряжений ОНН и ОВН (определяются по [1] табл. 4.15 и табл. 4.16) приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Главная изоляция обмоток НН и ВН.

Для обмотки НН:

; ;  (  при испытательном напряжении  и использовании винтовой обмотки).

Для обмотки ВН:

; ; ; ; , .

1.3 Определение активной и реактивной составляющей напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

;

где  - потери короткого замыкания.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

; 

2. Расчет основных размеров трансформатора

Основными размерами трансформатора являются:  - диаметр стержня,  - высота обмотки, а также средний диаметр канала рассеяния.

Поперечное сечение стержня имеет вид ступенчатой прямоугольной фигуры, которая вписана в окружность, чем достигается наибольший коэффициент заполнения сталью поперечного сечения окружности диаметром d и с целью получения наиболее простых в изготовлении цилиндрических обмоток.

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня:

где  - коэффициент, определяющий соотношение между диаметром и высотой обмотки, диапазон значений показателя  выбирается по [1] табл. 3.12. Предварительно принимется значение .

 - коэффициент приведения идеального поля рассеивания к реальному (коэффициент Роговского);

 - ширина приведенного канала рассеивания.

Ширина приведенного канала рассеивания:

;

где  - размер канала между обмотками НН и ВН;

 - суммарный приведенный радиальный размер обмоток.

Приведенная ширина обмоток НН и ВН  определяется по следующей формуле:

;    

где - коэффициент, зависящий от мощности, класса напряжения, материала обмотки, находится по [1] табл. 3.3, примечание 3.

Индукция в стержне находится в диапазоне , по [1] табл. 2.4. Предваритель принимается значение .

Общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга:

где    - отношение площади активного сечения стержня к площади ступенчатой фигуры сечения стержня, определяется по [1] табл. 2.2;

По заданной номинальной мощности  (по [1] табл. 2.6) предварительно выбирается диаметр стержня, число ступеней и коэффициент  с учетом способа прессовки стержня. Предварительно выбранные параметры заносятся в таблицу 2.1.

Мощность трансформатора	Ориентировочный диаметр стержня	Число ступеней	Коэффициент
16-100	0,09 – 0,14	5	0,915
		6	0,920

Таблица 2.1 – Ориентировочные диаметр, число ступеней и коэффициент заполнения круга.

Диаметр окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня:

Ближайшее стандартное значение  (по [1] табл. 8.2). 

При этом корректируется величина :

,

Средний диаметр окружности между обмотками ВН и НН:

 - предварительный радиальный размер обмотки НН.

;

где  - коэффициент для трансформаторов мощностью 25-630кВА.

Ориентировочная высота обмоток трансформатора:

, 

Активное сечения стержня магнитопровода:

;

Предварительная величина напряжения витка:

;

3. РАСЧЕТ ОБМОТОК НН И ВН

         3.1 Выбор типа обмоток ВН и НН

Средняя плотность тока в обмотках:

где P_к (Вт) и S (кВА) - мощность короткого замыкания и полная мощность трансформатора, заданные в техническом задании;

d₁₂ – средний диаметр обмоток (мм), определяемый на этапе расчета главных размеров;

 - коэффициент, учитывающий наличие добавочных потерь и приближенно определяемый полной мощностью трансформатора (по [1] табл. 3.6, примечание 1);

Полученное значение средней плотности тока укладывается в рекомендуемые пределы для медных обмоток – 2,0…2,8 А/мм², приведенные в [1] табл. 5.7, б.

По табл. 5.8 [1], предварительно выбирается тип обмоток:

- обмотка ВН при напряжении 6,0кВ и токе 5,55А – цилиндрическая многослойная из круглого медного провода;

- обмотка НН при напряжении 0,4кВ и токе 144,34А – цилиндрическая обмотка из медного прямоугольного провода.

3.2. Расчет обмотки НН

Число витков на одну фазу обмотки:

;

Полученное значение  округляется до ближайшего целого числа , при этом уточняется ЭДС одного витка:

;

Предварительное сечение витка обмотки НН:

,

Действительное значение индукции в стержне:

;

Число витков в слое двухслойной обмотки:

; 

Предварительное значение осевого размера витка:

; 

Исходя из рассчитанных значений  и , из стандартного сортамента обмоточных медных проводов для трансформаторов (по [1] табл. 5.2), подбираются провода, удовлетворяющие следующие требования:

- максимальное число параллельных проводов, образующих виток равно шести;

- все провода сечения имеют одинаковый размер поперечного сечения;

- при намотке на ребро должно выполняться условие: .

Размеры провода можно записать в форме:

Выбирается провод марки .

Причем

, .

где - толщина изоляции на две стороны (по [1] табл. 5.2).

Определяется полное сечение витка:

;    

где  - сечение одного провода, мм².

Рисунок 3.1 – Сечение витка обмотки.

Уточняется плотность тока:

;

Радиальный размер обмотки:

;

где  - ширина канала при высоте обмоток более 30мм.

Окончательный осевой размер обмотки НН:

где  - высота одного витка.

Принимается значение осевого размера обмотки НН .

Внутренний диаметр обмотки НН:

; 

Наружный диаметр обмотки НН:

;

Рисунок 3.2 - Сечение обмотки НН.

Двухслойная обмотка, без охлаждающего канала имеет две поверхности охлаждения (наружную и внутреннюю).

Полная поверхность охлаждения обмотки НН рассчитывается по формуле:

где с=3 - число активных стержней;

 - коэффициент, который учитывает величину закрытия поверхности обмотки рейками, а также другими изоляционными деталями.

Расчет обмотки ВН

При расчете и выборе обмотки ВН учитывается необходимость в выполнении отпаек для регулирования напряжения.

Выбирается схема регулирования по рис. 3.3 по рекомендации § 6.2, стр.274, [1] для сухих трансформаторов.

Рисунок 3.3 – Схема обмотки ВН для регулирования напряжения ПБВ.

Определяется количество витков обмотки ВН при средней ступени номинального напряжения:

;    

Определяется количество витков для регулирования напряжения при четырех ответвлениях :

;  

;  

Обычно ступени регулирования напряжения делаются равными между собой, чем обусловливается также и равенство числа и витков на ступенях. В этом случае число витков обмотки на ответвлениях равно:

При четырех ступенях:

- на верхней второй ступени - .

- на верхней первой ступени - .

- при номинальном напряжении - .

- на нижней первой ступени - .

- на нижней второй ступени - .

Напряжение на ступенях регулирования:

Определяется предварительная расчетная плотность тока в обмотке ВН:

Предварительно рассчитывается сечение витков обмотки ВН:

;

По рассчитанному предварительному сечению  из стандартного сортамента медного обмоточного провода для трансформаторов (по [1] табл. 5.1) подбирается провод диаметром  без изоляции, и диаметром  в изоляции.

Выбирается провод марки .

Полное сечение витка:

;

Уточняется плотность тока обмотки в обмотке ВН:

;  

Определяется количество витков в слое:

;  

Обмотка ВН для удобства крепления, обычно выполняется одинаковой высоты с обмоткой НН, т.е. .

Определяется количество слоев в обмотке:

;      

Расчетную величину  требуется округлить до ближайшего большего целого числа. При этом количество витков в наружном слое может отличаться от количества витков предыдущих слоев: .

Определяется рабочее напряжение между первыми витками двух соседних слоев:

;

По рабочему напряжению между витками двух слоев (по [1] табл. 4.7) определяется:

- толщина межслойной изоляции ;

- выступ изоляции за высоту обмотки – 16мм.

Для улучшения охлаждения обмотка делится на две катушки с каналом между ними.

Определяется радиальный размер обмотки высокого напряжения катушек с маслянным каналом между ними:

где  - ширина канала при высоте обмоток более 30мм.

Вычисляется диаметр обмотки (внутренний):

;

Вычисляется диаметр обмотки (наружный):

;

Определяется минимальный интервал между осями стержней:

; 

Поверхность охлаждения (две катушки с каналом между ними):

Рисунок 3.4 – Сечение обмотки высокого напряжения.

4. Определение характеристик короткого замыкания

      4.1 Определение потерь короткого замыкания

Электрические потери в обмотке НН:

Электрические потери в обмотке ВН:

Масса металла обмотки низкого напряжения (НН):

Масса металла обмотки высокого напряжения (ВН):

В приведенных формулах:  - для медного провода;  - сечение витка, м²;  - диаметры обмоток, м.

Обычно добавочные потери в обмотках учитываются через коэффициенты добавочных потерь Kg и Kg₂. Коэффициент добавочных потерь Kg зависит от геометрических размеров проводников обмоток и их расположения по отношению к полю рассеяния трансформатора и определяется для каждой обмотки.

- для обмотки из прямоугольного медного провода:

- для обмотки из круглого медного провода

где

n – число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном к направлению потека рассеяны (рис.4.1.);

m– число проводников обмотки в направлении, параллельном потоку рассеяния (рис.4.1.);

а – размер проводника перпендикулярного к направлению потока рассеяния, м;

b – размер проводника, параллельного направлению потока рассеяния, м;

d – диаметр круглого проводника, м;

Kp – коэффициент приведения поля рассеяния колеблется от 0,93 до 0,98 и обычно принимается равным 0,95.

Рисунок 4.1 – Размещение проводов в обмотках.

Сечение отвода равно сечению витка обмотки:

,

Длина проводов отводов при схеме соединения    Д/Y_Н-11:

; 

;

Масса металла отвода:

;

Основные потери в отводах:

;

Потери в стальных деталях трансформатора:

;    

где - коэффициент, который определяется по табл. 7.1 [1]; - номинальная мощность трансформатора.

Общие потери короткого замыкания в трансформаторе составляют:

Погрешность величины  относительно заданного значения: