ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОБМОТКАМ ТРАНСФОРМАТОРА

Общие требования, предъявляемые к обмоткам транс­форматора, можно подразделить на эксплуатационные и производственные.

Основными эксплуатационными требованиями являют­ся надежность, электрическая и механическая прочность и нагревостойкость как обмоток, так и других частей и всего трансформатора в целом. Изоляция обмоток и других ча­стей трансформатора должна выдерживать без поврежде­ний коммутационные и атмосферные перенапряжения, ко­торые могут возникнуть в сети, где трансформатор будет работать. Механическая прочность обмоток должна допус­кать упругие деформации, но гарантировать их от остаточ­ных деформаций и повреждений при токах короткого за­мыкания, многократно превышающих номинальный рабо­чий ток трансформатора.

Нагрев обмоток и других частей от потерь, возникаю­щих в трансформаторе при номинальном режиме работы, допустимых перегрузках и коротких замыканиях ограниченной длительности, не должен приводить изоляцию обмоток и других частей, а также масло трансфор­матора к тепловому износу или разрушению в сроки более короткие, чем обычный срок службы трансфор­матора — 25 лет.

Общие эксплуатационные требования, предъявляемые к трансформаторам и их обмоткам, регламентированы соот­ветствующими общесоюзными стандартами на силовые трансформаторы общего назначения, различные трансфор­маторы специального назначения, электрические испытания изоляции трансформаторов и т. д. Практически электриче­ская прочность изоляции обмоток достигается рациональ­ной ее конструкцией, правильным выбором изоляционных промежутков и изоляционных материалов и прогрессивной технологией обработки изоляции при высокой общей куль­туре производства. Требование механической прочности об­мотки удовлетворяется путем рациональной организации поля рассеяния, а также правильного выбора типа конст­рукции обмотки и расположения ее витков и катушек с та­ким расчетом, чтобы возникающие в этой обмотке механи­ческие силы были по возможности меньшими, а механиче­ская стойкость возможно большей.

Для достижения необходимой нагревостойкости следует обеспечить свободную теплоотдачу в окружающую среду всего тепла, выделяющегося в обмотках при допустимых для данного класса нагревостойкости изоляции превышени­ях температуры обмоток над температурой окружающей среды, т. е. обеспечить достаточно большую поверхность соприкосновения обмотки с охлаждающей средой — мас­лом или воздухом.

Основные производственные требования к трансформа­тору заключаются прежде всего в технологичности его кон­струкции, позволяющей изготовить трансформатор с ми­нимальными затратами труда и материалов.

Требования, предъявляемые к трансформатору в це­лом, в полной мере относятся к обмоткам. Задачей проек­тировщика является разумное сочетание интересов эксплу­атации и производства. Эта задача решается в значитель­ной мере при выборе того или иного типа обмотки. Поэто­му на выбор типа обмотки, наиболее полно отвечающей требованиям эксплуатации и в то же время простой и де­шевой в производстве, следует обращать особое внимание. Практические указания по этому вопросу даются в харак­теристиках различных типов обмоток.

В процессе расчета обмотки после выбора ее типа сле­дует добиваться наибольшей компактности в ее размеще­нии, распределении витков и катушек, для того чтобы получить наилучшее заполнение окна трансфор­матора.

Одновременно следует стремиться к получению доста­точно развитой поверхности охлаждения обмотки и доста­точного числа и размеров масляных (воздушных у сухого трансформатора) охлаждающих каналов в обмотках при обеспечении наименьшего гидро- и аэродинамического со­противления для движения в них охлаждающей среды, что дает возможность уменьшить внутренний перепад темпера­туры в обмотках и как следствие этого несколько уменьшить охлаждаемую поверхность бака трансфор­матора.

Потери энергии, выделяющейся в обмотках в виде теп­ла, должны быть полностью отведены в среду, охлаждаю­щую трансформатор. На пути движения тепла в масляном трансформаторе существенное значение имеют два пере­пада температуры — между поверхностью обмотки и ох­лаждающим ее маслом вп.м и между поверхностью стенки бака и охлаждающим ее воздухом в_б.в. Перепад в_о.м пря­мо зависит от плотности теплового потока на поверхности, т. е. от потерь в обмотке Р, отнесенных к единице ее по­верхности

П_ОХЛ <= Р/П_ОХЛ, Вт/м2.

Перепад температуры δо.м обычно ограничивают значе­нием 23—25 °С путем ограничения плотности теплового по­тока φ, что при верхнем пределе превышения средней тем­пературы обмотки над воздухом, ограниченном по ГОСТ значением ±65°С, позволяет получить среднее превышение температуры стенки бака над воздухом не менее вб,в~35-38°С. Увеличение перепада δ_О,М сверх 25 °С приведет к необходимости рассчитывать охлаждаемую поверхность бака на меньший перепад температуры δ_б,в, т. е. к суще­ственному увеличению размеров и массы материалов си­стемы охлаждения трансформатора.

В сухих трансформаторах с естественным воздушным охлаждением имеются два перепада температуры — внутри обмотки В₀ и на ее поверхности, охлаждаемой воздухом Вов. В сумме эти два перепада не должны быть больше значения, установленного ГОСТ 11677-85 для каждого класса нагревостойкости изоляции обмоток от 60 °С при классе А до 125 °С при классе Н.