Краткие сведения об обмотках трансформаторов

 

Конструкции обмоток трансформаторов могут существенно различаться в зависимости от мощности и напряжения. Опреде­ляющими конструктивное исполнение обмотки являются число витков, сечение витка и класс напряжения.

Классом напряжения обмотки трансформатора называют ее длительно допустимое рабочее напряжение. Класс совпадает с номинальным напряжением электрической сети, в которую обмот­ка включается. Каждому классу напряжения соответствуют опре­деленные испытательные переменные напряжения при промыш­ленной частоте и импульсные. Классом напряжения трансформа­тора считают класс напряжения обмотки ВН.

По расположению на стержне обмотки подразделяют на кон­центрические (рис. 5.1, а) и чередующиеся (рис. 5.1, б). При использовании концентрических обмоток в силовых трансформаторах обмотка НН располагается внутри, а ВН - снаружи. 

Основным элементом каждой обмотки является виток, кото­рый состоит из одного или нескольких параллельных проводни­ков. Совокупность витков, соединенных последовательно, образует катушку. Обмотка может состоять из одной или нескольких кату­шек. Витки, вплотную намотанные на цилиндрической поверхно­сти, образуют слой.

 Катушки называют «правыми», если обход вдоль витков совершается по часовой стрелке, и «левыми», если обход идет против часовой стрелки (по аналогии с обозначением резьбы вин­та) (рис. 4.2). От направления на­мотки витков зави­сит направле­ние ЭДС, индуцированной в катушке, и направление магнитных силовых линий. По соображениям удобства изготовления большинство обмоток трансформаторов выпол­няют с левой намоткой.

 

Рис.5.1. Концентрические и чередующиеся обмотки	Рис. 5.2. Направления намотки катушек

 

Силовые трансформаторы должны позволять регулировать напряжение на нагрузке в небольших пределах. Такое регулирование напряжения осуществляется изменением коэффициента трансформации. С этой целью одна из обмоток (обмотка ВН) должна иметь несколько отпаек. В силовых трансформаторах предусматривается два вида регулирования напряжений сило­вого трансформатора:

 - регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмотки без возбуж­дения (ПБВ) после отключения всех обмоток транс­форматора от сети;

 - регулирование напряжения под нагрузкой (РПН), без отключения обмоток трансформатора от сети.

В масляных трансформаторах мощностью от 25 до 200000 кВА с ПБВ стандартами ГОСТ 12022-66; 11920-73 и 12965-74 предусмотрено выполнение на обмот­ках ВН четырех ответвлений на +5; +2, 5; -2, 5 и -5% от номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением.

Выбор типа обмоток

 

Проектирование обмоток трансформатора осуществляется с учетом производственных и эксплуатационных требований, предъявляемых к ним.

Производственные требования сводятся к оптимизации затрат материалов и труда на производство трансформатора. Это обеспечивается выбором рационального типа обмотки, материала обмоточного провода, компактным размещением и распределением витков и катушек чтобы ограничить расход обмоточного провода и обеспечить наилучшее заполнение окна магнитопровода.

К эксплуатационным требованиям относятся механическая прочность при воздействии сил короткого замыкания и ограниченный нагрев обмоток в номинальном режиме работы.

Механическая прочность обеспечивается рациональным расположением витков и катушек так, чтобы ограничить возникающие электромагнитные усилия.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить эффективную теплоотдачу от обмотки в охлаждающую среду путем создания развитой охлаждающей поверхности и выбором рациональной плотности тока. Требование эффективной теплоотдачи ограничивает радиальный размер обмотки между двумя охлаждающими поверхностями.

Основные параметры для выбора типа обмоток следующие:

1. Мощность трансформатора (S, кВА).

2. Ток фазы обмотки (I_ф, А).

3. Номинальное напряжение (U_ном, кВ).

4. Сечение витка обмотки (П, мм² ).

5. Схема регулирования напряжения (для обмоток ВН).

Первые четыре параметра определены техническим заданием, либо предыдущим этапом проектирования (выбор главных размеров).

На выбор схемы регулировочных ответвлений влияет ряд факторов:

- схема соединения обмоток;

- тип обмотки;

- механическая прочность при коротких замыканиях;

- напряжение между частями обмотки.

На рис. 5.3 показаны наиболее употребительные схемы выполнения регулировочных ответвлений в об­мотках ВН трансформаторов и стандартные обо­значения начал, концов и ответвлений обмоток ВН.

Рис. 5.3. Различные схемы выполнения ответвлений в обмотке ВН при регулировании напряжения без возбуждения ПБВ.

 

При соединении обмоток в звезду наиболее целесообразны схемы рис. 5.3, а, б, в, поскольку допускают применение наиболее простого и дешевого переключателя - одного на три фазы трансформатора. В этих схемах рабочее напряжение между отдельными частями переключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора. Схема по рис. 5.3, г требует или трех отдельных переключателей для каждой фазы или одного трехфазного переключателя. В последнем рабочее напряжение между отдельными его частями может достигать 50% номинального напряжения обмотки, однако и такие пе­реключатели находят широкое применение.

При соединении обмоток треугольником наиболее целесообразна схема по рис. 5.3, г. В схемах регулирования, по рис. 4.3, а, б регулировоч­ные витки каждой фазной обмотки присоединяются к линейному зажиму соседней фазы и рабочее напряже­ние между контактами различных фаз на переключа­теле достигает 100% номинального напряжения обмот­ки. Схема по рис. 5.3, в при соединении обмотки в треугольник не применяется.

Схемы регулирования по рис. 5.3, а, б могут быть реализованы в цилиндрических обмотках, а по рис. 5.3, в, г - в катушечных. Особенностью схемы по рис. 5.3,  в является то, одна половина обмотки мотается правой, а другая левой намоткой.

Для снижения механических усилий, действующих на обмотку при коротком замыкании, рекомендуется раз­мещать симметрично относительно середины высоты обмотки, например по схемам рис. 5.3, б, в, г. Схема по рис. 5.3 а для регулирования напряжения при многослойной цилиндрической обмотке применяет­ся в трансформаторах мощностью до 160 кВА.

При регулировании напряжения по схемам на рис. 5.3, в и г в месте разрыва обмотки в середине ее высоты образуется изоляционный промежуток в виде горизонтального радиального масляного канала. Иногда этот канал заполняется набором шайб, изготовленных из электроизоляционного картона. Размер этого проме­жутка по схеме рис. 5.3, в определяется половиной фаз­ного напряжения обмотки, а при схеме по рис. 5.3 г - примерно 0, 1 фазного напряжения. Увеличение этого промежутка нежелательно, так как приводит к сущест­венному увеличению осевых механических сил в обмот­ках при коротком замыкании, возрастающих также и с ростом мощности трансформатора. Именно это обстоя­тельство ограничивает применение схемы по рис. 5.3, в напряжением не свыше 38, 5 кВ и мощностью не более 1000 кВА.

Указанные выше соображения позволяют выбрать тип обмоток (первичной и вторичной) по табл. 5.1.

.

Таблица 5.1.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: