Методическое пособие Самара Самарский государственный
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБМОТКИ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОВОДА Этот тип обмотки (рис. 6.8) может применяться в качестве обмотки ВН (в некоторых случаях НН) в масляных трансформаторах классов напряжения 10 и 35 кВ мощностью от 1000 кВ∙А и более. После определения 𝑙2 , П2 , и J2 необходимо выбрать один или два-три параллельных провода с общим сечением П2 так, чтобы плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности обмотки qне превысила предельно допустимое значение q 1200...1400 Вт/м2 и добавочные потери не вышли за принятый уровень (от 5 до 20%).  Рис. 6.8. Разрез торцовой части многослойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения: 1 – провод обмотки; 2 – электростатический экран; 3 – бумажно-бакелитовое опорное кольцо слоя; 4 – междуслойная изоляция из кабельной бумаги; 5 – рейка из электроизоляционного картона Общий суммарный радиальный размер проводов, необходимый для получения полного сечения всех витков обмотки, для обмотки ВН b w2 П2 , (м), (6.57) 𝑙2 kос где kос – средний коэффициент, учитывающий изоляцию проводов в осевом направлении обмотки, который может быть принят 0,92 для 2 2 медного и 0,93 для алюминиевого провода; П П 106 . Для обмотки НН в (6.57) подставляется число витков w1 . Если найденный суммарный размер bокажется больше размера, допустимого по плотности теплового потока по (6.38) или (6.39), то обмотку следует разделить на две или три концентрические катушки так, чтобы у каждой из них суммарный размер был не больше допустимого. Ширина каждого осевого канала между ка- тушками должна быть равна 0,01𝑙2 , но не менее 5 мм. При расчете по (6.38) или (6.39) для обмотки ВН следует принимать kз 0,8 и для обмотки НН kз 0,75 . Радиальный размер провода аи число слоев обмотки nсл2 должны быть выбраны при помощи табл. П1.31 так, чтобы добавочные потери в обмотке не вышли за принятый уровень. Например, при алюминиевом проводе, добавочных потерях до 5% и сум марном радиальном размере проводов b 0,03 м при числе слоев от одного до шести радиальный размер провода а b/ nсл2 будет изме няться от 30/1=30 до 30/6 = 5 мм. При таком числе слоев и размерах проводов согласно табл. П1.31 получить добавочные потери в пределах до 5% невозможно. При семи -десяти слоях радиальный размер провода будет изменяться от 30/7=4,3 до 30/10=3 мм и добавочные потери в пределах до 5% возможны. Изменение числа слоев при расчете легко достигается путем варьирования соотношения размеров поперечного сечения провода при заданной его площади. Реальные сечения проводов подбираются по [1, табл. 5.2] и записываются так: Марка провода × Полное сечение витка nв2 a ba b . П2 nв2 П 106 , м2. (6.58) 2 Полученная плотность тока J2 I2 / П2 , (А/м2). (6.59) Число витков в слое w 𝑙2 103 1. (6.60) сл2 Число слоев в обмотке nв2 b nсл2 w2 / wсл2 (6.61) (псл2округляется до ближайшего большего числа). Рабочее напряжение двух слоев Uмсл 2wсл2 uв, В. (6.62) По рабочему напряжению двух слоев по табл. П1.30 выбирают- ся число слоев и общая толщина между двумя слоями обмотки. δмсл кабельной бумаги в изоляции В обмотках классов напряжения 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмотки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из листа немагнитного металла толщиной 0,5 мм. Экран соединяется электрически с линейным концом обмотки (начало внутреннего слоя) и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычной междуслойной изоляцией. Такая же изоляция экрана устанавливается со стороны масляного канала. Радиальный размер обмотки без экрана а2 а nсл2 δмсл nсл2 1 а22 n103 , м, (6.63) к где а22 nк радиальный размер канала, мм; число осевых каналов. Радиальный размер обмотки с экраном а2экр а2 0,003 , м, (6.64) где для классов напряжения 20 и 35 кВ принято увеличение радиального размера обмотки за счет экрана и двух слоев междуслойной изоляции на 0,003 м (3 мм). Минимальный радиальный размер а12 осевого канала между об- мотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра выбираются по испытательному напряжению обмотки ВН и мощности трансформатора согласно табл. П1.6 для масляных трансформаторов. Внутренний диаметр обмотки (при наличии экрана – до его внутренней изоляции) D2 D1 2а12 , (м). (6.65) Наружный диаметр обмотки: без экрана с экраном D2 D2 2а2 , (м); D2 D2 2а2экр, (м). (6.66) Расстояние между обмотками соседних стержней выбирается согласно табл. П1.6. Схема расположения регулировочных ответвлений при- нимается по рис. 2.2, б. Поверхность охлаждения определяется по формуле 02 2 2 2 П сnkπD D 𝑙 , (м2). (6.67) Для обмотки ВН двух катушек по рис. 6.7, гn 2 ; k 0,8 . Для та- кой же обмотки НН по рис. 6.7, дn 2 ; k 0,75 . РАСЧЕТ НЕПРЕРЫВНОЙ КАТУШЕЧНОЙ ОБМОТКИ Обмотка, состоящая из ряда последовательно соединенных кату- шек, намотанных в виде плоских спиралей из одного или более прово- дов прямоугольного сечения и расположенных в осевом направлении обмотки, с радиальными каналами между всеми или частью катушек, называется непрерывной катушечной обмоткой (рис. 6.9). Непрерывная катушечная обмотка не имеет обрывов и паек провода. Все переходы из одной катушки в другую осуществляются кратчайшим путем по направлению внутренней или внешней обра- зующей обмотки. Такая обмотка может быть намотана также из двух, трех, а иногда и более параллельных проводов. Необходи- мость транспозиции обусловливается тем, что параллельные про- вода наматываются на окружностях разных диаметров и находятся в различных зонах поля рассеяния.   Р и с. 6.9. Непрерывная катушечная обмотка Вследствие значительного угла изгиба провода на ребро в ме- стах перехода из одной катушки в другую изоляция проводов мо- жет быть повреждена. Поэтому для обеспечения надлежащей элек- трической прочности обычно применяют в местах перехода доба- вочную изоляцию провода в виде оплетки полосками кабельной бумаги или лакоткани или подвязки изоляционных коробочек из электроизоляционного картона. Непрерывная катушечная обмотка может быть намотана на жестком бумажно-бакелитовом цилиндре, на рейках, расположен- ных по образующим цилиндра. При применении мягких изоляци- онных цилиндров из электроизоляционного картона обмотка нама- тывается на станке на рейках, расположенных на временной ци- линдрической оправке без изоляционного цилиндра. В этом случае цилиндр наматывается при сборке трансформатора перед насадкой соответствующей обмотки. Для образования радиальных междука- тушечных каналов применяются прокладки, штампованные из электроизоляционного картона. Радиальные каналы в обмотке обычно выполняются между всеми катушками, однако в трансформаторах с пониженными поте- рями короткого замыкания и в алюминиевых обмотках [1, §5.2 и 5.7] иногда каналы могут быть сделаны через две катушки. В этом случае половина радиальных каналов между катушками заменяется разрезными шайбами по две шайбы толщиной 0,5 мм взамен каж- дого канала. Пара катушек, разделенных шайбами или радиальным каналом, называется двойной катушкой. Переход провода из одной катушки в другую в непрерывной катушечной обмотке делается в промежутках между прокладками, образующими радиальные каналы. Число витков в каждой катушке, указываемое в расчетной записке, может быть как целым, так и дробным. В последнем случае знаменатель дроби указывает число междукатушечных прокладок (реек) по окружности обмотки. Так, при 16 прокладках (рейках) в обмотке правильным будет указание намотать в катушке, например, 84/16 витка, а не 81/4 витка. Ориентировочное сечение витка П2 I2 / J2 , м2. (6.68) К этому сечению витка по сортаменту обмоточного провода [1, табл. 5.2] подбираются подходящие сечения прямоугольного про- вода – одно или два-четыре одинаковых сечения. Больший размер провода bпри этом не должен превосходить предельный размер, найденный по допустимому значению по (6.5) или (6.6). Выбранные размеры записываются так: Размеры провода без изоляции или Число параллельных проводов ×  Размеры провода с изоляцией nв1 а bа b . 2 Принятое сечение провода Полное сечение витка П , м2. 2 Плотность тока П2 nв2 П , м2. J2 I2 / П, А/м2. (6.69) Обычно нужному сечению витка П2 в сортаменте обмоточного провода соответствует несколько сечений провода с различным со- отношением сторон b/ a,что дает возможность широкого варьиро- вания при размещении витков в катушке. Для получения более ком- пактной конструкции обмотки рекомендуется выбирать из сорта- мента более крупные сечения при меньшем числе параллельных проводов и сечения с большим возможным размером b . При этом должны соблюдаться следующие требования: а) общее число катушек должно быть четным, число различных видов катушек – не более четырех; б) рабочее напряжение одной катушки при классе напряжения до 35 кВ не должно превосходить 800-1000 В; при классе напря- жения 110 кВ напряжение одной катушки может достигать 1500- 1800 В, а при классе 220 кВ – 2500-3000 В; в) при номинальном напряжении ВН 20, 35 кВ и выше все вит- ки, служащие для регулирования напряжения, и витки с усиленной изоляцией должны быть размещены в отдельных катушках; катуш- ки, содержащие различное число витков или отличающиеся разме- рами или изоляцией, при расчете обычно для удобства обозначают- ся различными буквами; г) число витков в катушке может быть целым или дробным; в последнем случае знаменателем дроби должно быть число реек по окружности обмотки; д) общая высота обмотки (осевой размер) 𝑙2 после сушки и опрессовки должна совпадать с высотой обмотки НН 𝑙1 . Высота катушки hкат в этой обмотке равна большему размеру провода в изоляции b . Входные витки (катушки) обмотки ВН при ее номинальном напряжении от 20 кВ и выше обычно выполняются с усиленной изоляцией, предотвращающей разряд между витками при воздей- ствии на обмотку импульсных перенапряжений. Осевой размер (высота) радиального канала hкв масляных трансформаторах мощностью от 160 до 6300 кВ∙А при рабочих напряжениях не более 35 кВ колеблется от 4 до 6 мм. В двойных катушках, если в них не делается канал, вместо канала проклады- ваются шайбы – по две шайбы толщиной 0,5 мм каждая на одну двойную катушку. В трансформаторах большей мощности и при напряжении обмотки 110 и 220 кВ осевой размер канала может быть выбран от 4 до 10-15 мм. Размер канала hк во всех случаях вы- бирается по условиям обеспечения электрической прочности изо- ляции и проверяется по условиям охлаждения (см. табл. П1.28). Число катушек на одном стержне ориентировочно оп- ределяется по формуле n 𝑙 2 . (6.70) кат2 b hк Для сдвоенных катушек с шайбами в двойных катушках и с ка- налами между двойными катушками число катушек nуат2 2𝑙 2 2b hк δш . (6.71) Число витков в катушке ориентировочно wкат2 w2 / nкат2 . (6.72) к кр кат2 Для обмотки с каналами между всеми катушками 2 кат2 𝑙 b n kh n 2 h 103 , м. (6.73) Для обмотки с шайбами в двойных и с каналами между двой- ными катушками 𝑙 n nкат2 2 h nкат2 δ 103 . (6.74) 2 b кат2 khк 2 кр 2 ш Высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регули- ровочных витков hкр выбирается по условиям обеспечения электри- ческой прочности. Коэффициент k,учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, Радиальный размер обмотки hкр 0,94...0,96 . a2 a nв2 wкат2 103 , м, (6.75) где wкат2 число витков катушки, дополненное до ближайшего большего целого числа; a –радиальный размер провода, мм. Внутренний и наружный диаметры, а также плотность теплово- го потока на поверхности обмотки qопределяются соответственно по (6.65), (6.66), (6.41), (6.42). Расстояние между обмотками ВН соседних стержней рается согласно табл. П1.6. |