Рис. 2.1. Конструкция стержня трансформатора 
 

Общий коэффициент заполнения активной сталью фактической площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры стержня,

                                       где

       = 0,94 – 0,97.  Принимаем = 0,94

     Отсюда  К_с = 0,94·0,925 = 0,87 

     

            

     Для  расчета  предлагаются два варианта конструкции  плоской  магнитной  системы:   с четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне (рис. 2.2, а);  с шестью косыми стыками и двумя прямыми в ярме (рис. 2.2, б). 
 
 
 

2. Расчет  основных электрических  величин

     Расчет  трансформатора начинается с определения  номинальных  напря-жений и токов. В силовых трансформаторах нормального  исполнения с целью уменьшения массы  активных материалов принято располагать первой от стержня обмотку низшего напряжения, в связи с этим всем величинам, относящимся  к  обмотке  НН, будет присваиваться индекс "1", а для обмотки ВН  – индекс "2".

     Расчет  обмоток производится по фазным напряжениям  и токам, которые определяются по схеме соединения соответствующей обмотки. Напоминаем, что в обозначении группы соединения на первом месте всегда указывается схема обмотки ВН  независимо от ее расположения на стержне

     Номинальные линейные токи при любой схеме  соединения, А,

                                ,                                               (2.2)

где – номинальная мощность по заданию, кВ×А;

  – номинальное линейное напряжение по заданию, кВ;

           – номер обмотки. 
 
 
 

     Фазные  токи при соединении Y равны линейным:

                                                         
 

                                               

при соединении Д –

                                                 

                                                    (2.3) 
 
 

     Фазные  напряжения при соединении  Y

                                                     
 

 

         при соединении Д

                                                     .                                               (2.4) 
 

     Активная  составляющая напряжения к. з., %,

                                              

,                                                      (2.5)

где    – потери к. з. по заданию, Вт.

(Различие  размерности в числителе и  знаменателе не является опечаткой.)  
 
 
 
 

     Реактивная   составляющая, %,

                                                  ,                                             (2.6)

где  – напряжение к. з. по заданию, %. 
 

2.3.   Расчет основных размеров

      Для обеспечения  достаточной электрической прочности  трансформатора необходимо найти минимальные  допустимые изоляционные расстояния (промежутки) между элементами обмоток и заземленными деталями конструкции. К таким промежуткам относятся (рис. 2.3) расстояния: от стержня до обмотки HH (a₀₁);  между обмотками НН и ВН одной фазы (а₁₂);  между обмотками ВН соседних фаз (а₂₂); от   обмотки   ВН   до   ярма  магнитопровода (l₀₂). 
 

                                                       
 

а₀₁ = 15 мм  (при £ 1600 кВ×А);

а₁₂ = 27 мм;    

а₂₂ = 30 мм;   

  l₀₂ = 75 мм. 

     Находим соотношение между средней длиной витка  и  высотой обмоток:

                                                          ,                                          (2.7)

где  – средний диаметр канала между обмотками ВН и НН;

          – высота обмотки. 
 
 
 
 
 
 

     Для заданного ряда мощностей и класса напряжения 35 кВ эти диапазоны составляют:

     для медных обмоток – 1,8 – 2,4;    Примем диапазон  равным 1,8. 

     Ширина  приведенного канала магнитного рассеяния , точнее ориентировочное ее значение определяется по формуле, мм:

                                   ,                                             (2.8)

     где – коэффициент, определяемый мощностью трансформатора и классом напряжения; в настоящем расчете его можно принять для медных обмоток в интервале 5,4 – 4,8,  
 
 
 

     Ориентировочный диаметр стержня (диаметр окружности, описанной около ступенчатой фигуры стержня) находится по формуле, мм

                                                        (2.9)

где – предварительное значение, принятое ранее;

      – ширина канала рассеяния, рассчитывается по формуле (2.8), мм;

          – коэффициент приведения поля рассеяния к прямоугольной форме (ко-эффициент Роговского), в предварительном расчете можно принять = 0,95;

      – частота питающей сети, Гц;

        – принятая индукция в стержне, Тл.

     Для дальнейшего расчета следует  принять ближайший нормализованный диаметр стержня по следующей шкале,  мм: 220; 225; 230; 240; 245; 250; 260; 270; 280; 290; 300; 310; 320; 330; 340; 350; 360; 370; 380; 390; 400; 420 . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     По  принятому нормализованному диаметру пересчитывается параметр :

                                     ,                                         (2.10) 
 
 

находится предварительный средний диаметр  витка, мм:

                                                                                                    (2.11) 
 
 

и ориентировочная высота обмотки, мм:

                                                        .                                                (2.12) 
 
 

     По  принятому нормализованному диаметру можно найти также активное сечение  стали стержня, мм²:

                                                                                                  (2.13) 
 
 

и  напряжение на один виток (ЭДС витка), B/ виток:

                                        .                          (2.14)  
 
 

     По  заданным потерям к. з. , Вт,  находится ориентировочное значение средней плотности тока в обмотках, А/мм²:

                                                ,                                    (2. 15)

где  –  коэффициент материала, для медных обмоток  = 6,75;  для алюминиевых – 4,18;

            – напряжение на виток, рассчитывается по формуле (2.14), В;

            – средний диаметр витка, рассчитывается по формуле  (2.11), мм.             

Плотность тока обычно лежит в пределах 2,5 – 3,5 А/мм² для медных обмоток 

3.  РАСЧЕТ  ОБМОТОК  ТРАНСФОРМАТОРА

     конструкция (тип) обмотки определяется рядом параметров: током, напряжением, сечением витка, числом витков и т. п. Для заданного ряда мощностей и напряжений ориентировочно тип обмотки можно выбрать  по  данным табл. 3.1.

     .                                                                                              Т а б л и ц а 3.1

Область использования различных типов  обмоток

 

     Максимально допустимый размер проводника находится по формуле, мм:

                                                                                         (3.1)

     где  – плотность теплового потока, = 1200 – 1400 Вт

       – плотность тока в данной обмотке, А/мм²;

       – коэффициент закрытия,  для катушечных  и винтовых  обмоток = 1, для одно- или двухслойных обмоток = 0,75;

       – коэффициент, для медных обмоток – 10,7;   

3.2. Расчет обмотки  НН

     Число витков обмотки НН определяется по ее фазному напряжению и напряжению на один виток (2.13):

                                             ,                                                   (3.5)

где – фазное напряжение, В.