ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА. РАСЧЕТ ОБМОТОК

Трансформатор ТМ-1600/35. Вариант I_M— медные обмотки (продолжение примера расчета § 3.6.)

Расчет обмотки НН(по § 6.1). Число витков обмотки НН ω₁ = U_Ф1/u_в = 399/17,18=23,22. Принимаем ω₁ = 24 витка. Напряжение одного витка u_в = 399/24 = 16,63 В.

Средняя плотность тока в обмотках по (5.4)

J_ср = 0,746k_д 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 b_пр = 40 мм.

Ориентировочный осевой размер витка

h_в1 = l/(ω₁ + 4)- h_к = 0,635/(24 + 4) -0,05 = 0,0177 м = 17,7 мм.

Ввиду того что h_в1 > 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 h_в1 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 I_М)

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 U_исп = 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 + 2a_0l = 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 = 28·10³сD_срω₁П₁ = 28·10³·3×0,32·24·394,7·10^-6 = 254,6 кг.

Масса провода по табл. 5.5

G_npl = 1,02·254,6 = 259,7 кг.

Рис. 6.14. Схема регулирования напряжения ВН (вариант I_М, 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:

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении

ωн2 = U_ф2/u_п = 20207/16,63 = 1215 витков.

Число витков на одной ступени регулирования

ω_р=875/ ( u_в) = 875/( ·16,63 ) - 31,24 ≈ 31 виток.

Для пяти ступеней:

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 h_кр=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 ω_кат ≈ 1277/62 = 20,6, и радиальный размер а'₂ =1,90·21 = 39,9 ≈ 40 мм.

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 = Σh_кат + Σh_кан = [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 U_исп = 85 кВ и мощности трансформатора S = 1600 кВ·А по табл. 4.5 находим:

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 I_М — медные обмотки

—————

* В катушку Д вмотать полоску картона до радиального размера 40 мм

Примечание. k_из – 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 I_М: 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

G_np = 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 Р_х для выбранного варианта диаметра d=0,250 м оказались выше заданного значения (3650 вместо 3100 Вт). Для уменьшения Р_к принимаем число витков ω₁ = 26, что приведет к некоторому снижению расчетной индукции В_c 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 и_в=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 ≤ qk_з/(1,72J²·10^-8),

принимаем q = 1200 Вт/м² и k_з = 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; /k_з = 0,8 и k_д=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

ω_Р = 875/( ·15,35) =32,9 ≈ 33.

Для четырех ступеней регулирования имеем:

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 П_в2 = 13,45·10^-6 м².

Рис. 6.16. Обмотка ВН трансформатора типа ТМ-1600/35. Вариант II_А:

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 k_з = 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

ω_сл = 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

U_мсл = 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

а_2экр = (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 U_исп = 85 кВ по табл. 4.5 находим:

а'₁₂ = 30 мм; δ'₁₂ = 5,0 мм; l_п2 = 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)

G_пр= 1,025·1,033·213,7 = 226,3 кг.

Рис. 6.17. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант II_А. Основные размеры обмоток трансформатора.

Масса металла двух обмоток

G₀=144,9 + 213,7= 358,6 кг. Поверхность охлаждения обмотки по (6.61)

П_охл=3·0,8·4π·0,4525·0,86=11,736 м².

После намотки и сушки обмотку спрессовать осевой силой 25000 Н.