Габаритные размеры

В качестве прототипа проектируемого трансформатора выбирается ближайший подходящий по мощности и высшему напряжению трансформатор (табл. 21). Общий вид трансформатора ТМ приведен на рис. 5.

В качестве прототипа принимается трансформатор ТМ 6300/35.

Основные габаритные размеры прототипа:

- полная высота Н = 4050 мм;

- полная длина L = 4300 мм;

- полная ширина B = 3700 мм.

Полная масса прототипа 16200 кг

Т а б л и ц а 21
Тип трансформатора	Потери, кВт	u k, %	i o, %	Масса, тон	Габариты, мм	Цена тыс. руб. в ценах 1985 г
холостого хода при номинальном напряжении	короткого замыкания при номинальном токе	полная	масла	H	L	B
ТМ-25/10	0,135	0,600	4,5	3,2	0,380	0,12				0,290
ТМ-40/10	0,190	0,880	4,5	3,0	0,485	0,14				0,350
ТМ-100/10	0,365	1,970	4,5	2,6	0,740	0,18				0,570
ТМ-160/10	0,565	2,650	4,5	2,4	1,150	0,24				0,740
ТМ-250/10	0,820	3,700	4,5	2,3	1,475	0,30				1,000
ТМ-400/10	1,050	5,500	4,5	2,1	1,900	0,46				1,410
ТМ-630/10	1,560	7,600	5,5	2,0	3,000	0,67				2,035
ТМ-100/35	0,465	1,970	6,5	2,6	1,300	0,32				1,000
ТМ-160/35	0,700	2,650	6,5	2,4	1,700	0,38				1,400
ТМ-250/35	1,000	3,700	6,5	2,3	2,000	0,44				1,800
ТМ-400/35	1,350	5,500	6,5	2,1	2,700	0,63				2,340
ТМ-630/35	1,900	7,600	6,5	2,0	3,500	0,89				3,050
ТМ-1000/10	2,450	12,20	5,5	1,4	5,000	1,40				2,965
ТМ-1600/10	3,300	18,00	5,5	1,3	7,000	2,05				4,150
ТМ-2500/10	4,600	26,00	5,5	1,0	8,000	2,20				5,800
ТМ-4000/10	6,400	33,50	6,5	0,9	13,20	3,70				8,400
ТМ-6300/10	9,000	46,50	6,5	0,8	17,30	4,20				11,40
ТМ-1000/35	2,750	12,20	6,5	1,5	6,000	1,95				4,000
ТМ-1600/35	3,650	18,00	6,5	1,4	7,100	2,43				5,200
ТМ-2500/35	5,100	25,00	6,5	1,1	9,600	2,58				6,000
ТМ-4000/35	6,700	33,50	7,5	1,0	13,20	4,10				8,700
ТМ-6300/35	9,400	46,50	7,5	0,9	16,20	4,80				11,30

Трансформаторы масляные общего назначения трехфазные двухобмоточные, классов напряжения 10, 35 кВ [18]

Рис 5. Эскиз общего вида трансформатора ТМ

Основные размеры

В =………………… мм

Н =………………… мм

L =………………… мм

Основные показатели рабочих свойств прототипа:

- номинальная мощность 6300 кВA;

- напряжение ВН 35000 В;

- напряжение короткого замыкания 7,5 %;

- потери короткого замыкания 46500 Вт;

- потери холостого хода 9400 Вт;

-ток холостого хода 0,9 %.

Основные электрические величины

Мощность одной фазы трансформатора, кВА

S ,

где с - число стержней, равное числу фаз m=3;

S - полная мощность трёхфазного трансформатора, кВА

Номинальные линейные токи на сторонах трехфазного трансформатора, А:

I _вн= = ,

I _нн= = =346,41,

где U _вн, U _нн - номинальное линейное напряжение, В.

Фазные токи обмоток, A:

- при соединении обмоток в звезду

I _ф,вн= I _вн=103,92;

- при соединении обмоток в треугольник

I _ф,нн= I _нн / =346,41/ =200,

где I _вн, I _нн - номинальные линейные токи, А.

Фазные напряжения обмоток, В:

- при соединении в звезду

U _ф,вн= U _вн/ =35000/ =20207,26;

- при соединении в треугольник

U_ф,нн=U_нн=10500 В,

где U _вн, U _нн - номинальные линейные напряжения обмоток, В.

Испытательное напряжение для обмоток

По классам напряжений обмоток (U _вн, U _нн) устанавливается испытательное напряжение (табл. 22). При классе напряжения меньше 3000 В испытательное напряжение принимается равным 5000 В.

Испытательное напряжение для обмотки ВН

U _исп, _вн=85000 В.

Испытательное напряжение для обмотки НН

U _{исп, нн}=35000 В.

Т а б л и ц а 22

Нормы испытательных напряжений (ГОСТ 1516.1-89) [18]

Класс Класс напряжения, кВ	Испытательное напряжение
Приложенное действующее Uисп, кВ	Импульсное амплитудное (кВ) при волне
Полной	Срезанной

Данные конструктивного исполнения обмоток

Типы обмоток

Выбор варианта типа обмотки осуществляется в соответствии с энергетическими показателями обмоток трансформатора (табл. 23).

Обмотка НН соответствует варианту № 5.

Обмотка ВН соответствует варианту № 5.

Материалы проводов

В качестве материала провода обмотки применяется медный или алюминиевый провод.

Для обмоток НН принят к использованию ___ медный ___ провод.

(медный, алюминиевый)

Для обмоток ВН принят к использованию ____ медный ___ провод.

(медный, алюминиевый)

Т а б л и ц а 23

Материал провода и тип обмотки НН и ВН [18]

Ва- ри-ант №	Тип обмотки	Прим. на сторо-не	Основные достоинства	Основные недостатки	Материал обмоток	По мощности тр-ра, кВ×А	Пределы применения	По сечению провод-ника (витка), Пв	Число параллельных проводов
По току А	По напр. В	от	До
	Цилиндрическая однослойная и двухслойная из прямоугольного провода	НН	Простая технология изготовления	Малая механическая прочность	Медь Алюминий	до 160 до 630	от 15 до 800 от 10		От 5 до 250 От 7 до 300		4 – 8
	Цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода	ВН	Хорошее заполнение окна магнитной системы	Уменьшенная поверхность охлаждения	Медь Алюминий	до 80000 до 25000	от 15 до 100 тоже	10; 35 10; 35	5 – 400 7 – 500		4 – 8
	Цилиндрическая многослойная из круглого провода	ВН	Простая технология изготовления	Уменьшенная поверхность охлаждения низкая механическая прочность	Медь Алюминий	до 630 до 160	от 2 до 100 от 2 до 135		11-42 16-50
	Винтовая одно- двух- и много- ходовая из прямоугольного провода	НН	Большая механическая прочность, хорошее охлаждение	Высокая стоимость по сравнению с цилиндрической обмоткой	Медь Алюминий	160 и выше 100 и выше	300 и выше 150 и выше		75 и 100 и выше 75 и 100 и выше		от до
	Непрерывная катушечная из прямоугольного провода	НН и ВН	Высокая эле- ктрическая и механическая прочность, хорошее охлаждение	Необходимость перекладки половины катушек при намотке	Медь Алюминий	25 и выше 10 и выше	15 и выше 10 и выше	от 3 до 200 то же	5 и выше 7 и выше		3 – 7 4 - 6

Коэффициент канала рассеяния К_КР

Устанавливается коэффициент, полученный в результате опыта проектирования серий трехфазных трансформаторов, по классу линейного напряжения обмотки ВН и мощности трансформатора (табл. 24). Его значения приведены для трехфазных двухобмоточных трансформаторов с обмотками из алюминиевого провода. Для обмоток из медного провода табличное значение следует разделить на 1,25.

Принимается коэффициент канала рассеяния К_кр=0,54. Принятое значение уточняется в процессе расчета.

Т а б л и ц а 24

Коэффициент канала рассеяния К_кр[8]

Габарит трансформатора	Мощность, кВ×А	Класс напряжения ВН
до 10 кВ	до 35 кВ и выше
I	до 100	0,85 – 0,8	0,91 – 0,85
II	160 – 1000	0,8 – 0,65	0,81 – 0,73
III	1600 – 6300	0,65 – 0,54	0,67 – 0,58
IV	свыше 6300	0,54 – 0,42	0,58 – 0,54

Размерное соотношение

где а₁ и а₂ – соответственно радиальные размеры обмоток НН и ВН;

S ' - мощность обмоток одного стержня, кВА.

Ширина приведённого канала рассеяния, м

а_Р = а₁₂ + (а₁ + а₂)/ 3= 0,027+0,037=0,064,

где а₁₂ =0,027 м - изоляционный канал между обмотками.

Изоляционные расстояния между обмотками ВН и НН устанавливаются в зависимости от мощности трансформатора и величины испытательного напряжения (табл. 25, 26). Эскиз главной изоляции обмоток приведен на рис. 6.

Т а б л и ц а 25

Изоляционные расстояния для обмотки НН [18]

Мощность трансформатора, кВА	Испытательное напряжение НН, кВ	НН от ярма, мм h01	Обмотка НН от стержня, мм
δ01	а11	а01	hц1
25-250			1,5
400-630			1,5
400-630
1000-2500
630-1600	18,25 и 35
2500-6300	18,25 и 35				17,5
630 и выше
630 и выше						45,5
Все мощности

Т а б л и ц а 26

Изоляционные расстояния для обмотки ВН [18]

Мощность трансформатора, кВ×А	Испыта-тельное напря- жение ВН, кВ	ВН от ярма, мм	Между ВН и НН, мм	Выступ цилиндра, мм	Между ВН и НН, мм
h 02	δ ш	а12	δ12	hц 2	а22	δ22
25-100	18, 25 и 35
160-630	18, 25 и 35
1000-6300	18, 25 и 35
630 и выше
630 и выше
160-630
1000-6300
10000 и выше

Дополнительные данные, необходимые для дальнейшего расчета:

- коэффициент Кс – отношение активного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня трансформатора, предварительно можно принять Кс = 0,9;

- коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) при определении основных размеров можно приближенно принять Кр = 0,95;

- соотношение между основными размерами трансформатора могут быть представлены коэффициентом b (табл. 27), принимается величина b = 1,5;

- принимается марка стали магнитопровода 3405;

- величина индукции в стержнях масляного трансформатора может быть получена из опыта проектирования, учитывая мощность (табл. 28), индукция в стержне Вс=1,65 Т.

Все предварительно принятые величины уточняются в процессе расчета.

Т а б л и ц а 27

Относительный размер b [18]

Вид охлаждения	Металл обмоток	При мощности, кВА
25 – 630	1000- 6300	10000–80000
Масляное	Медь	1,2 – 3,6	1,5 – 3,6	1,2 – 3
Масляное	Алюминий	0,9 – 3	1,2 – 3	1,2 – 3

Рис. 6. Эскиз изоляционных промежутков

главной изоляции обмоток ВН и НН

Т а б л и ц а 28

Рекомендуемая индукция в стержнях [18]

Марка стали	Мощность трансформатора, кВА
до 16	25 – 100	160 и более
Масляные трансформаторы (индукция в Т)
3404, 3405	1,5 – 1,55	1,55 – 1,6	1,55 – 1,65

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %

где Р_к - потери КЗ, Вт (по ТЗ); S - полная мощность, кВА.

u_к - напряжение КЗ, % (по ТЗ).

Диаметр стержня, м

где S'– мощность одной фазы, кВА; f – частота сети, Гц.

Полученный размер округляется до ближайшего по таблице нормалей

(табл. 29). Принимается диаметр стержня D₀=0,36 м.

Т а б л и ц а 29

Нормали [8]

Диаметр стержня, м Do	Геометрическое сечение стержня, м2 Пф,с	Геометрическое сечение ярма, м2 Пя,с	Объем угла, м3 Vу	Высота ярма, м hя
0,08	0,00433	0,00448	0,000292	0,075
0,09	0,00567	0,00582	0,000426	0,085
0,1	0,0072	0,00732	0,000596	0,095
0,11	0,00862	0,00897	0,00079	0,105
0,125	0,01123	0,01153	0,001157	0,12
0,140	0,01415	0,0144	0,001618	0,135
0,16	0,01835	0,01883	0,00242	0,155
0,18	0,0233	0,0238	0,00345	0,175
0,2	0,0278	0,0279	0,00469	0,195
0,22	0,0342	0,0344	0,00632	0,215
0,24	0,0408	0,0409	0,00827	0,23
0,26	0,0478	0,0484	0,01054	0,25
0,28	0,0556	0,0567	0,01328	0,27
0,3	0,0645	0,0654	0,0163	0,295
0,32	0,0733	0,0744	0,02	0,31
0,34	0,0829	0,0837	0,0239	0,325
0,36	0,091	0,0917	0,0275	0,35
0,38	0,102	0,1038	0,0327	0,368
0,4	0,1143	0,115	0,0385	0,385

После выбора нормализованного диаметра уточняется значение

Эскиз магнитной цепи и катушек трансформатора представлен на рис. 7.

Рис. 7. Эскиз магнитной цепи и катушек с обозначением основных размеров

По принятому размеру D₀, пользуясь табл. 29, определяют геометрическое сечение стержня, м²

П_ф,с= 0,091.

Коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода сталью К₃, равный отношению сечения стали стержня к площади его поперечного сечения, может быть установлен по табл. 30. Принимается коэффициент заполнения К₃ =0,96, ему соответствует толщина листа пакета 0,3 мм.

Сечение стали стержня, м²

П_с = П_ф,с·К₃ = 0,091·0,96= 0,08736.

Т а б л и ц а 30

Сравнительные показатели для стали [8]

Толщина, мм	Марка стали	Относи-тельные удельные потери, %	Относи-тельная цена, %	Относи-тельное число пластин в пакетах равной толщины, %	К3
0,35			104,1		0,97
0,30		87,5	104,1 108,2		0,96

ЭДС витка, В

U_в= p×f В_с П_с=1,414 ·3,1416·50·1,65·0,08736=32,02.

Средний диаметр между обмотками низшего и высшего напряжений

D₁₂, может быть установлен с помощью вспомогательного коэффициента k_aср, значение которого принимают в соответствии с выбранным материалом обмотки НН.

Для медных обмоток k_aср=1,3 – 1,5. Для алюминиевых обмоток

k_aср=1,5 – 1,7. Принимается значение k_aср = 1,45.

Средний диаметр стержня равен, м:

D₁₂»k_aср D₀=1,45·0,36=0,522.

Высота окна под обмотку, м

H_о=pD₁₂/b=3,1416 0,522/1,639=1,0004.

Расчет обмоток

Расчет обмоток трансформатора начинают с обмотки низшего напряжения, обычно размещаемой между стержнем и обмоткой высшего напряжения.

Обмотка низшего напряжения

Число витков на фазу при номинальном напряжении

W_нн=U_ф,нн/U_в=10500/32,02=327,92.

Полученное значение округляется до целого числа: для многослойных обмоток, желательно, кратного числу слоев, чтобы слои имели одинаковое число витков.

Устанавливается число витков на фазу

W_нн=328.

Уточняется напряжение одного витка, В

U_в=U_ф,нн/W_нн=10500/328=32,01.

Действительная индукция в стержне, T

В_с=U_в/( ·p·f П_с)=32,01/(1,414·3,1416·50·0,08736)=1,65.

Устанавливается средняя плотность тока в обмотке НН, учитывая материал провода [18]. Изоляционные материалы принятые к использованию относятся к классу нагревостойкости А, поэтому устанавливается расчетная температура 75 ⁰С.

Удельные электрические сопротивления проводов при 75 ⁰С, А/м²:

- для меди ρ_м75=2,17 Ом×м;

- для алюминия ρ_а75 =4,00 Ом×м.

J_нн= =

,

где коэффициент k_r=0,85 (табл. 31), S – полная мощность ВА,

P_k – потери КЗ Вт, U_ф.нн- номинальное фазное напряжение В.

Полученное значение сопоставляется с рекомендуемой плотностью тока (табл. 32).

Т а б л и ц а31

Значение коэффициента k_r [18]

Мощность кВА	до 100	160 – 250	250 – 1000	1000-6300
kr	0,97	0,96 – 0,93	0,92 – 0,86	0,85

Т а б л и ц а 32

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм² [7]

Материал обмотки	Масляные трансформаторы мощностью, кВ×А
25 - 40	63 - 630	1000 - 6300	10000 – 16000	25000- 80000
Медь	1,8 – 2,2	2,2– 2,8	2,3 – 2,8	2,2 – 2,6	2,2 – 2,6
Алюминий	1,2 – 1,4	1,4– 1,8	1,6 – 1,9	1,2 – 1,5	1,1 – 1,3

В том случае, если полученное значение отличается от рекомендуемого более чем на +5 %, следует принять рекомендуемую величину. Следует отметить, что в рассматриваемом случае, приняв рекомендуемую величину, Вы увеличиваете основные размеры трансформатора. Устанавливается J_нн=2,82·10^-6 А/м².

Сечение витка, м²

П_в,нн=I_ф,нн/J_нн=200/2,821·10^-6=70,88·10^-6.

При выборе проводов используются стандартные сортаменты. Стандартный сортамент прямоугольных проводов представлен в табл. 33. По известному значению сечения витка из стандартного сортамента проводов выбирается ближайшее подходящее по сечению значение. Если сечение витка очень велико и ему не найти соответствия в стандартном сортаменте, провод разбивают на ряд параллельных проводов по соответствующим правилам в зависимости от типа обмотки.

. Т а б л и ц а 33

Сечения мм², прямоугольного обмоточного медного и алюминиевого провода марки АПБ [8]

Номинальный размер про­волоки по стороне b, мм	Номинальный размер проволоки по стороне а, мм
1,80	1,90	2,00	2,12	2,24	2,36	2,50	2,65	2,80	3,00
4,00	6,837	7,237	7,637	8,117	8,597	8,891	9,451	10.05	10,65
4,25	7,287	—	8,137	—	9,157	—	10,08	—	11,35
4,50	7,737	8,187	8,637	9,177	9,717	10,07	10,70	11,38	12,05	12,95
4,75	8,188	—	9,137	—	10,28	—	11,33	—	12,75	—
5,00	8,637	9,137	9,637	10,24	10,84	11,25	11,95	12,70	13,45	14,45
5,30	9,177	—	10,24	—	11,51	—	12,70	—	14,29	—
5.60	9,717	10,28	10,84	11,51	12,18	12,67	13,45	14,29	15,13	16,25
6,00	10,44	—	11.64	—	13,08	—	14,45	—	16,25	—
6,30	10,98	11,61	12,24	12,99	13,75	14,32	15,20	16,15	17,09	18,35
6,70	11,70	—	13,04	—	14,65	—	16,20		18,21	—
7,10	12,42	13,13	13,84	14,69	15.54	16,21	17,20	18,27	19,33	20.75
7,50	13,14	—	14,64	—	16,44	—	18,20	—	20,45	—
8,00	14,04	14,84	15,64	16,60	17,56	18,33	19,45	20,65	21,85	23,45
8,50	14,94	—	16,64	—	18,68	—	20,70	—	23.25	—
9,00	15,84	16,74	17,64	18,72	19,80	20,69	21,95	23,30	24,65	26,45
9,50	16,74	—	18,64	—	20,92	—	23,20	—	26,05	—
10,00	17,64	18,64	19,64	20,84	22,04	23,05	24.45	25,95	27,45	29,45
10,60	18,72	—	20,84	—	23,38	—	25,95	—	29,13	--
11,20	—	—	--	23,38	24,73	25,88	27,45	29,13	30,81	.33.05
11,80	—	—	—	—	26,07	—	28,95	—	32,49	—
12,50	—	—	—	26,14	27,64	28,95	30,70	32,58	34,45	36,95
13,20	—	—	—	—	—	—	32,45	—	36,41	—
14,00	—	—	—	—	—	32,49	34,45	36,55	38,65	41,45
15,00	—	—	—	—	—	—	36,95	-	41,45	—
16,00	—	—	—	—	—	—	—	41,85	44,25	47,45
17,00	—	—	—	—	—	—	—	—	47,05	—

b, мм	Номинальный размер проволоки по стороне а, мм
3,15	3,35	3,55	3,75	4,0	4,25	4,5	4,75	5,0	5,3	5,6
4,5	13,63	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4,75	14,41	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5,0	15,20	16,20	17,20	-	-	-	-	-	-	-	-
5,3	16,15	-	18,27	-	-	-	-	-	-	-	-
5,6	17,09	18,21	19,33	20,14	21,54	-	-	-	-	-	-
6,0	18,35	-	20,75	-	23,14	-	-	-	-	-	-
6,3	19,30	20,56	21,82	22,77	24,34	25,92	27,49	-	-	-	-
6,7	20,56	-	23,24	-	25,94	-	29,29	-	-	-	-
7,1	21,82	23,24	24,66	25,77	27,54	29,32	31,09	32,87	34,64	-	-
7,5	23,08	-	26,08	-	29,14	-	32,89	-	36,64	-	-
8,0	24,65	26,25	27,85	29,14	31,14	33,14	35,14	37,11	39,24	41,54	43,94
8,5	26,23	-	29,63	-	33,14	-	37,39	-	41,64	-	46,74
9,0	27,80	29,60	31,40	32,89	35,14	37,39	39,64	41,84	44,14	46,84	49,54
9,5	29,38	-	33,18	-	37,14	-	41,89	-	46,64	-	52,34
10,0	30,95	32,95	34,95	36,64	39,14	41,64	44,14	46,64	49,14	52,14	55,14
10,6	32,84	-	37,08	-	41,54	-	46,84	-	52,14	-	58,50
11,2	34,73	36,97	39,21	41,14	43,94	46,74	49,54	52,34	55,14	58,50	61,86
11,8	36,72	-	41,34	-	46,34	-	52,24	-	58,14	-	65,22
12,5	38,83	41.33	34,83	46,02	49,14	52,27	55,39	58,52	61,64	65,39	69,14
13,2	41.03	-	46,31	-	51,94	-	58,54	-	65,14	-	73,06
14,0	43,55	46,35	49,15	51,95	55,14	58,64	62,14	65,64	69,14	73,34	77,54
15,0	46,70	-	52,70	-	59,14	-	66,64	-	74,14	-	83,14
16,0	49,85	53,05	56,25	59,14	63,14	67,14	71,14	75,14	79,14	83,94	88,74
17,0	53,00	-	59,80	-	67,14	-	75,64	-	84,14	-	94,34
18,0	56,15	59.75	63,35	66,64	71,14	75,64	80,14	84,64	89,14	94,54	99,94

Подобранные размеры провода записывают следующим образом:

марка провода х n_пр х

где a и b - размеры провода без изоляции, a ' и b ' - размеры провода c изоляцией, n_пр - количество элементарных проводников в эффективном, П_{пр,(нн;вн )} - сечение голого провода. Устанавливается размер по высоте окна b' и размер по ширине окна a'.

Двухсторонняя толщина изоляции проводов зависит от марки провода и его размеров (табл. 34).

Т а б л и ц а 34

Двухсторонняя толщина изоляции проводников, мм [7]

Марка провода	при меньшей стороне сечения прямоугольного провода, мм
1,7-2,24	2,24-3,75	3,75-4,0	4,0-5,0	5,0-8,0	Более 8,0
ПБД	0,27	0,33	0,35	0,38	0,4	0,44
АПБД	0,27	0,33	0,35	0,38	0,4	0,44
ПСД, ПСДК	0,25	0,3	0,35	0,35	0,4	0,45
ПСДКТ	0,22	0,27	0,33	0,35	0,38	0,4
ППЛБО	0,27	0,33	0,35	0,38	0,4	0,44
ПЭЛБО	0,33	0,35	0,38	0,4	0,45	0,5
ПЭВП, ПЭТВП	0,12	0,15	0,18	0,21	0,25	0,3

Стандартный сортамент круглых проводов представлен в табл. 35. По известному значению сечения витка из стандартного сортамента проводов выбирается ближайшее подходящее по сечению значение. Если сечение витка очень велико и ему не найти соответствия в стандартном сортаменте, провод разбивают на ряд параллельных проводов по соответствующим правилам в зависимости от типа обмотки.

Т а б л и ц а 35

Размеры и сечения круглого обмоточного провода [8]

Диаметр голого провода, мм	Сечение голого провода,. мм2	Диаметр привода с изоляцией, мм	Вес изоляции провода в %от веса металла провода
медный провод	алюминиевый провод
Провод марки ПЭЛБО
0,38	0,113	0,540
0,41	0,132	0.575	13,5
0,44	0.152	0,605
0,47	0,173	0,635	11,5
0,49	0,188	0,655
0,51	0,204	0,680
0,53	0,220	0,700
0,55	0,237	0,720
0,57	0,255	0,740	9,5
0,59	0,273	0,760
0,62	0,302	0,790	8,5
0.64	0,322	0,810	8,5
0,67	0,353	0,840	8,0
0,69	0,374	0,860	8,0
0,72	0,407	0,900	7.5
0,74	0,430	0.920	7,5
0,77	0,466	0,950	7,0
0,80	0,503	0,980	7,0
0,83	0,541	1,01	6.5
0,86	0,581	1,04	6,5
0,90	0,636	1,08	6,0
0,93	0,679	1,11	6,0
0,96	0,724	1,14	5,5
Провод марки ПБ
1,00	0,785	1,085	7,5
1,04	0.849	1,34	7.0
1,08	0,916	1,38	7,0
1,12	0.985	1.42	6,5
1,16	1,06	1,46	6,0
1,20	1,131	1,50	6.0
1,25	1,23	1,55	5,5
1,30	1,33	1,60	5,5
1,35	1,43	1,65	5,0
1,40	1,54	1,70	5,0
1,45	1,65	1,75	5,0
1,50	1,77	1,80	4,5
1,56	1,91	1,86	4,5
1,62	2,06	1,92	4,0
1,68	2.22	1,98	4,0
1,74	2,38	2,08	4,0
1,81	2,57	2,11	3,5
1,88	2.78	2,18	3,5
1,95	2,99	2,25	3,5
2,02	3,20	2,32	3,0
2,10	3,46	2,40	3,0
2,26	4,01	2,56	3,0
2,24	4,68	2,74	2,5
2,63	5,43	2,93	2,5
2,83	6,29	3,13	2,5
3,05	7,31	3,35	2,5
3,28	8,41	3,58	2,0
3,53	9,79	3,83	2,0

Подобранные размеры провода записывают следующим образом:

марка провода х n_пр х

где d и d ' - диаметры провода без изоляции и с изоляцией, соответственно, n_пр - количество элементарных проводников в эффективном, П_{пр,(вн;нн)} - сечение провода без изоляции.

Расчет непрерывных обмоток НН из прямоугольного провода

Сечению витка П_в,нн в сортаменте обмоточного провода обычно соответствует несколько близких сечений провода с различным соотношением сторон a и b, что дает возможность широкого варьирования при размещении витков в катушке. При этом должны соблюдаться следующие условия:

- общее количество катушек должно быть четным;

- регулировочные витки должны быть уложены в отдельные катушки;

- общая высота (осевой размер) обмотки после сушки и опрессовки должен быть не более H_о.

Выбор проводника обмотки

По установленному значению П_в,нн и h_в из стандартного сортамента проводников выбирается ближайшее подходящее по сечению значение.

Размеры проводника, м²:

АПБД х 1 х

Осевой размер (высота) канала в трансформаторах мощностью до 6300 кВА и рабочим напряжением не более 35 кВ в среднем равен: h_кан=0,005 м.

Полное сечение витка из n_пр параллельных проводов (или сечение одного эффективного проводника), м²

П_в,нн=n_пр П_пр,нн=1·71,136·10^-6=71,136·10^-6.

Уточненная плотность тока, А/м²

J_нн=I_ф,нн/П_в,нн=200/71,136·10^-6=2,81·10⁶.

Число катушек на одном стержне в случае, когда каналы выполнены между всеми катушками (целое число),

n_кат=(H_о+ h_кан)/(b'+ h_кан)=(1,0004+0,005)/(0,01645+0,005)@46.

При постоянном числе витков обмотки НН подбирается такое целое число катушек, которое обеспечило бы целое число витков в катушке.

Устанавливается число катушек на стержне

n_кат=41.

Уточненное число витков в катушке

W_кат=W_нн/n_кат =328/41=8.

Проверяется высота обмотки с каналами между всеми катушками, м

H_о,нн=b'n_кат+Ky (h_кан (n_кат–2)+h_канр)=

=0,01645·41+0,93·(0,005·(41-2)+0,009)=0,864,

где коэффициент усадки K_y в среднем можно принять равным 0,93 [8], а высота канала в месте разрыва обмотки может быть принята равной

h_канр=0,009 м.

Проверка: полученное значение H_о,нн при правильно определенных размерах, не должно быть больше H_о, тогда обмотка сможет разместиться в выбранном габарите. В противном случае следует уменьшить размер элементарного проводника по высоте b', установив больший размер по ширине a' при том же сечении элементарного проводника и снова повторить расчет.

В данном случае условие размещения обмотки соблюдается.

Радиальный размер обмотки, м

а₁=a' n_пр W_кат=0,00495·1·8=0,0396.

Внутренние и наружные диаметры обмотки НН, внутренний диаметр обмотки ВН, м

Ширина канала между обмоткой и стержнем устанавливается в соответствии с табл. 25, м

а₀₁=30·10^-3.

Внутренний диаметр обмотки НН, м

D'₁=D_o+2 а₀₁=0,36+2·0,03=0,42.

Наружный диаметр обмотки НН, м

D"₁=D'₁+2 а₁=0,42+2·0,0396=0,4992.

Внутренний диаметр обмотки ВН, м

D'₂=D"₁+2 а₁₂=0,4992+2·0,027=0,5532.

Обмотка высшего напряжения

Расчет обмоток ВН начинают с определения числа витков, необходимого для получения номинального напряжения и напряжения всех ответвлений.

Число витков при номинальном напряжении

W_вн=U_ф,вн/U_в=20207/32,01=631,28.

Полученное значение округляется до целого числа: для многослойных обмоток, желательно, кратного числу слоев, чтобы слои имели одинаковое число витков.

Принимается число витков на фазу

W_вн=632.

Число витков на одну ступень регулирования Wp, устанавливается из предположения, что регулирование в обмотке осуществляется в пределах ±2,5 % от номинального значения напряжения:

W_p=(2,5 % / 100 %) W_вн=0,025W_вн=0,025·632=15,8.

Полученное значение округляется до целого числа

W_p=16.

Число витков на ответвлениях

Обычно ступени регулирования напряжения делают равными между собой. В этом случае число витков на ответвлениях при четырех ступенях равно целому числу:

+ 5 % W_вн=W_вн+2 W_p=632+2·16=664;

+ 2,5 % W_вн=W_вн+W_p=632+16=648;

- 2,5 % W_вн=W_вн-W_p=632-16=616;

- 5 % W_вн=W_вн-2 W_p=632-2·16=600.

Средняя плотность тока в обмотке ВН, учитывая материал провода [18], А/м²

J_вн= =

.

Полученное значение сопоставляется с рекомендуемой плотностью тока (табл. 32).

В том случае, если полученное значение отличается от рекомендуемого, более чем на +5 %, следует принять рекомендуемую величину. Приняв рекомендуемую величину, Вы увеличиваете основные размеры трансформатора.

Устанавливается

J_вн=2,818·10⁶ А/м².

Для справки следует отметить, что при обмотках, выполненных из одного материала, плотность тока в обмотке НН и ВН практически совпадают. Если обмотки выполнены из разных материалов, то плотности тока в обмотках трансформаторов серии ТМ могут отличаться друг от друга в пределах ±20 % [18]. Следует отметить, что одновременное наличие в баке трансформатора меди и алюминия вызывает процессы коррозии.

Ориентировочное сечение витка, м²

П_в,вн=I_ф,вн/J_вн=103,92/2,818·10⁶=36,871·10^-6.

Расчет непрерывных обмоток ВН из прямоугольного провода

Сечению витка П_в,вн в сортаменте обмоточного провода обычно соответствует несколько близких по значению сечений провода с различным соотношением сторон b и a, что дает возможность широкого варьирования при размещении витков в катушке. При этом должны соблюдаться следующие условия:

- общее количество катушек должно быть четным;

- регулировочные витки должны быть уложены в отдельные катушки.

Выбор проводника обмотки

По установленному значению П_в,вн из стандартного сортамента проводников выбирается ближайшее подходящее по сечению значение размеров проводника:

АПБД х 1 х

Осевой размер (высота) канала в трансформаторах мощностью до 6300 кВА и рабочим напряжении не более 35 кВ [6] в среднем равен

h_кан=0,005 м.

Полное сечение одного эффективного проводника, м²:

П_в,вн=n_прв П_пр,вн=1 37,178·10^-6=37,178·10^-6 .

Плотность тока, А/м²

J_вн =I_ф,вн/П_в,вн=103,92/37,178·10^-6 =2,795·10⁶.

Число катушек на одном стержне для случая, когда каналы предусмотрены между всеми катушками (целое число):

n_кат=(H_о+h_кан)/(b'+h_кан)=(1,0004+0,005)/(0,00755+0,005)=80.

При постоянном числе витков обмотки ВН подбирается такое целое число катушек которое обеспечило бы целое число витков в катушке.

Устанавливается число катушек на стержне

n_кат=79.

Число витков в катушке

W_кат=W_вн/n_кат=632/79=8.

Уточненная высота обмотки, м

H_о,вн=b' n_кат+K_y (h_кан (n_кат – 2)+h_канр)=

=0,00755·79+0,93·(0,005·(79-2)+0,009)=0,96287,

где коэффициент усадки в среднем можно принять равным

Ky=0,93,

а высота канала в месте разрыва обмотки может быть принята равной

h_канр=0,009 м.

Примечание: полученное значение H_о,вн, при правильно определенных размерах, не должно быть больше H_о, тогда обмотка сможет разместиться в выбранном габарите. В противном случае следует уменьшить размер элементарного проводника по высоте b', установив больший размер по ширине a' при том же сечении элементарного проводника, и снова повторить расчет.

В данном случае условие размещения обмотки соблюдается.

Радиальный размер обмотки, м

- без экрана

а₂=a' n_пр·W_кат=0,00575·1·8=0,046;

- с экраном

а'₂=а₂+0,005=0,046+0,005=0,051.

Наружный диаметр обмотки ВН, м

- без экрана

D"_2б =D'₂+2 а₂=0,5532+2·0,046=0,6452;

- с экраном

D"₂=D'₂+2 а'₂=0,6452+2·0,051=0,6552.

Уточненные значения, необходимые для расчета режимов короткого замыкания и холостого хода

Ширина канала, м

а_Р=а₁₂+(а₁+а₂)/3=0,027+(0,0396+0,046)/3=0,05553.

Средний диаметр между обмотками высшего и низшего напряжений, м

D₁₂=D"₁+а₁₂=0,4992+0,027=0,5262.

Соотношение между основными размерами трансформатора

Высота окна выбирается исходя из условия размещения катушек на стержне.

Устанавливается величина высоты наибольшей катушки, м

H_о=max(H_о,нн,H_о,вн)=m