Расчет обмотки низкого напряжения (НН)

Расчет обмоток трансформатора, как правило, начинается с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН.

Число витков на одну фазу НН:

, (5.1)

где U_ф2 - фазное напряжение обмотки НН, рассчитанное по формуле 3.6; 3.7 или 3.8, В;

U_в – электродвижущая сила одного витка, В (по формуле 4.11).

Полученное значение W₂ округляется до ближайшего целого числа и может быть как четным, так и нечетным. Для трехфазного трансформатора найденное по (5.1) значение W₂ является также числом витков на один стержень.

После округления числа витков следует найти напряжение одного витка по формуле, В:

U _в = U_ф2/W₂ (5.2)

и действительную индукцию в стержне, Т_л:

, (5.3)

где U _в – напряжение одного витка, В.

Для определения средней плотности тока в обмотках, обеспечивающей получение заданных потерь короткого замыкания, можно воспользоваться формулами, выведенными в [5], А/м²:

для медных обмоток:

j_ср = 0,746·К _д ; (5.4)

для алюминиевых обмоток:

j_ср = 0,463·К _д ; (5.5)

Формулы (5.4) и (5.5) связывают исходную среднюю плотность тока в обмотках ВН и НН с заданными величинами: полной мощностью трансформатора S, кВ·А, потерями короткого замыкания Р_к, Вт, и величинами, определяемыми до расчета обмоток: ЭДС одного витка U _в, В, и средним диаметром канала между обмотками d₁₂, м.

Коэффициент К _д учитывает наличие добавочных потерь в обмотках, потери в отводах, стенках бака и т.д. Значения К _д могут быть взяты из таблицы 5.1.

Таблица 5.1- Значение К _д для трехфазных трансформаторов

Значение плотности тока, полученное из (5.4) и (5.5), следует сверить с данными таблицы 5.2, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов. Сверка рассчитанного значения j_ср с таблицей имеет целью избежать грубых ошибок при расчете_. Точного совпадения j_ср с цифрами таблицы не требуется. По этой же таблице можно выбрать среднюю плотность тока в обмотках в том случае, когда потери короткого замыкания не заданы.

Найденные по (5.4) или (5.5) значение плотности тока являются ориентировочным средним значением для обмоток ВН и НН. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформатора с медными или алюминиевыми обмоток могут отличаться от среднего значения, желательно, однако, что бы не более чем на 10%. Следует помнить, что отклонение действительной средней плотности тока от найденной в сторону возрастания увеличивает Р_к и в сторону уменьшения – снижает.

В сухих трансформаторах вследствие существенного различия условий охлаждения для внутренних и наружных обмоток плотность тока во внутренней обмотке НН обычно снижают на 20-30% по сравнению с плотностью в наружной обмотки ВН. Поэтому в таких трансформаторах отклонение действительной плотности тока в обмотках от найденного среднего значения может достигать ±(15-20)%.

Таблица 5.2 - Средняя плотность тока в обмотках j_ср, МА/м², для современных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ

Примечание: Для трансформаторов с потерями короткого замыкания выше указанных ГОСТ возможен выбор плотности тока в масляных трансформаторах до 4,5 МА/м² в медных и до 2,7 МА/м² в алюминиевых обмотках; в сухих трансформаторах – соответственно до 3 и 2 МА/м².

Ориентировочное сечение витка обмотки, может быть определено по формуле, мм²:

П₂^/ = (I₂/ј_ср)·10⁶, (5.6)

где I₂ –линейный ток обмотки НН стержня, А;

j_ср – средняя плотность тока в обмотке, А/м².

После определения средней плотности тока j_ср и сечения витка П₂^/ нужно произвести выбор типа конструкции обмоток, пользуясь указаниями таблицы 5.3. При выборе конструкции обмоток ВН следует учитывать также и возможность получения наиболее удобной схемы регулирования напряжения этой обмотки.

Обмотки силовых трансформаторов наматываются медными или алюминиевыми проводами прямоугольного или круглого сечения, имеющими электрическую изоляцию, которая обеспечивает электрическую прочность между соседними витками (витковую изоляцию). Края проводников прямоугольного сечения делаются закругленными, что необходимо для уменьшения напряженности электрического поля в изоляции.

Таблица 5.3 - Основные свойства и нормальные пределы применения различных типов обмоток масляных трансформаторов

Для изоляции проводов применяются разные изоляционные материалы. На первом месте среди них стоят бумаги на основе целлюлозы, прежде всего кабельная бумага. К ее достоинствам следует отнести высокую электрическую прочность, хорошую пропитываемость трансформаторным маслом и другими электроизоляционными жидкостями, низкую стоимость. Провод марки ПБ (прямоугольного сечения с бумажной изоляцией), изолированный кабельной бумагой, используется в масляных трансформаторах всех напряжений, а также в сухих трансформаторах. В обмотках высших классов напряжения применяется провод марки ПБУ, изолированный уплотненной бумагой — разновидностью кабельной бумаги, имеющей повышенную электрическую прочность. Выпускаются провода с бумажной изоляцией толщиной от 0,45 до 1,92 мм.

При расчете обмоток существенное значение имеет правильный выбор размеров провода. Номинальные размеры и сечения прямоугольного провода можно взять из таблицы 5.4, а круглого из таблицы 5.6. Если сечение провода получилось небольшим, то при выборе размера провода нужно воспользоваться таблицей 5.5. В обмотках из провода круглого или прямоугольного сечения обычно выбирается провод, ближайший по площади поперечного сечения к рассчитанному П^/, или в редких случаях подбираются два провода с соответствующим общим суммарным сечением. Например, если ориентировочное сечение витка обмотки получилось большим и нет возможности подобрать к нему провод из таблицы, то это сечение необходимо разделить на 2, 3 или 4 (число параллельных проводов n _{в 2}) и уже по полученному в результате деления сечению, подобрать размер провода [5].

Подобранные размеры для прямоугольного провода в мм, записываются так:

Марка провода

где n _{в 2} – число параллельных проводов;

- размеры провода без изоляции, мм

- размеры провода с изоляцией, мм.

Для провода круглого сечения размер провода будет записываться как:

Марка провода

где n _{в 2} – число параллельных проводов;

- диаметр провода без изоляции, мм

- диаметр провода с изоляцией, мм.

Таблица 5.4 - Номинальные размеры и сечения медного алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ (размеры а и b – в мм, сечения в мм²). 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

Таблица 5.5 - Номинальные диаметры, площади сечения и толщина изоляции круглого обмоточного провода

Примечание: 1. Вне скобок указана номинальная толщина изоляции. Размеры катушек считать по толщине, указанной в скобках и учитывающей предельные отклонения от номинальных размеров проволоки и изоляции и не плотность намотки обмотки.

2. Провод марок ПСД и ПСДК выпускается в пределах диаметром от 0,38 до 5,2 мм, провод марок АПСД и АПСДК от 1,35 до 5,2 мм.

3. Номинальная толщина изоляции провода марок ПСД, ПСДК, АПСД, АПСДК при диаметре провода до 2,1 мм от 0,23 до 0,27 мм (в расчете принимать 0,3); при диаметре от 2,26 и выше 0,33 мм (в расчете принимать 0,40 мм)

Таблица 5.6- Номинальные размеры сечения и изоляции круглого медного и алюминиевого обмоточного провода марок ПБ и АПБ с толщиной изоляции на две стороны 2δ =0,30 мм

Полное сечение витка из n _{в 2}параллельных проводов, определяется по формуле м²,:

П₂ = n _{в 2}·П·10^-6, (5.7)

где П – сечение провода выбранного из таблицы, мм².

Уточненная плотность тока, А/м²:

j₂ = I₂/П_2, (5.8)

где I₂ –линейный ток обмотки НН, А;

П₂ – полное сечение витка обмотки НН, м².

Число витков в одном ряду обмотки НН, в зависимости от типа выбранного провода (круглый или прямоугольный):

или (5.9)

где l – высота обмотки, мм;

d_из – диаметр изолированного круглого провода, мм;

в ^/– большая сторона изолированного прямоугольного провода, мм.

После расчета W_2ряд округляется до меньшего целого числа.

Число рядов обмотки низшего напряжения:

(5.10)

V₂, округляется до ближайшего большего целого числа.

Рабочее напряжение двух слоев, В:

U_мсл = 2·W_2ряд ∙ U _в , (5.11)

где U _в – напряжение одного витка, В

По рабочему напряжению двух слоев по таблице 5.7 выбирается величина δ_мсл.

Таблица 5.7 -Нормальная межслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках

Радиальный размер обмотки НН (толщина обмотки НН, см. рис. 4.1), м:

а₂ = [ V₂ ∙d_из + δ_мсл ·(V₂ – 1)] ∙ 10^-3 , (5.12)

где d_из – диаметр изолированного круглого провода (если провод

прямоугольный, то берется меньшая его сторона - ), мм.

δ_мсл – общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки (таблица 5.7), мм. Примечание: значение δ_мсл из таблицы нужно перемножить например 3 х 0,12=0,36.

Внутренний диаметр обмотки НН, м:

Д_2в =d_н + 2·а₀₁, (5.13)

гдеd_н – нормализованный диаметр стержня, м.

а₀₁- изоляционное расстояние обмотки НН от стержня, м.

Наружный диаметр обмотки НН, м:

Д_2н = Д_{2 в} + 2·а₂ (5.14)

Средний диаметр обмотки НН, м:

= (5.15)

Масса металла обмоток, кг, может быть найдена по формуле, кг:

G₀ = С·p·Д_ср W·П·γ₀,

где С – число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора;

Д_ср – средний диаметр соответствующей обмотки, м;

W – число витков обмотки;

П – сечение витка, м²;

γ₀ - удельный вес материала провода, кг/м². Для медного провода γ_0м = 8900 кг/м³, а для алюминиевого γ_0А = 2700 кг/м³.

Подставляя p и реальное значение γ₀, получаем формулу для медного провода:

G_м = 28 · 10³ ∙с∙ Д_срW·П; (5.16)

Для алюминиевого провода:

G_А = 8,47 · 10³ ∙с ∙Д_срW·П; (5.17)

После расчета обмотки НН, зная теперь ее реальный радиальный размер а₂, нужно пересчитать средний диаметр канала между обмотками d₁₂ по формуле 4.6.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: