Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Технология и оборудование производства трансформаторов

Изготовление обмоток - Технология и оборудование производства трансформаторов

Оглавление
Технология и оборудование производства трансформаторов
Понятие о технологическом процессе
Технологическая и производственная документация
Технологическая подготовка производства трансформаторов
Устройство и типы магнитопроводов
Конструкция и изготовление магнитопроводов
Активная сталь магнитопроводов
Изолирование электротехнической стали
Изготовление пластин магнитопровода
Изготовление пластин магнитопровода из рулонной стали
Изготовление пластин магнитопровода из листовой стали
Восстановительный отжиг пластин магнитопровода
Контроль качества пластин магнитопровода, техника безопасности
Сборка магнитопроводов
Сборка магнитопроводов трансформаторов малых мощностей и реакторов
Сборка магнитопроводов без отверстий в активной стали
Сборка магнитопроводов с отверстиями в активной стали
Испытание магнитопроводов
Изготовление изоляционных деталей
Оборудование изоляционных цехов
Основные изоляционные детали, требования
Технологические процессы изготовления изоляционных деталей
Приспособления и инструменты при изготовлении изоляционных деталей
Изготовление обмоток
Обмоточные провода
Намоточные станки
Стойки для обмоточного провода и натяжные устройства
Изготовление обмоток
Намотка непрерывных обмоток
Непрерывная обмотка из нескольких проводов
Непрерывные обмотки с регулировочными ответвлениями
Особенности обмоток ВН на напряжения 110—330 кВ
Намотка обмоток по типу непрерывных
Намотка переплетенных обмоток
Дисковые обмотки
Изготовление элементов емкостной защиты обмоток трансформаторов
Намотка винтовых обмоток
Намотка двухходовой обмотки
Намотка цилиндрических обмоток
Техника безопасности при работе на намоточных станках
Стяжка, прессовка и отделка обмоток
Сушка, пропитка и запекание обмоток
Оснастка, применяемая при изготовлении обмоток
Оснащение процесса намотки обмоток
Оснащение операций стяжки, прессовки, отделки и транспортировки обмоток
Контроль за качеством и испытание обмоток, техника безопасности
Неразъемные соединения проводов и шин
Сварка проводов и шин
Соединение проводов и шин сболчиванием и прессованием, безопасность
Изготовление переключающих устройств
Изготовление контактов, деталей, пружин переключающих устройств
Изготовление изоляционных деталей переключающих устройств
Сборка переключающих устройств
Испытания переключающих устройств
Сварка баков, расширителей и ярмовых балок
Сварные соединения баков, расширителей и ярмовых балок
Сварочное оборудование
Виды и классификация сварных конструкций
Заготовительные операции и оборудование для производства баков
Технологические процессы сборочно-сварочного производства
Изготовление стенки и сварка бака
Поточные линии изготовления баков малых размеров, расширителей и радиаторов
Сборка охладителя, изготовление ярмовых балок
Проверка баков на герметичность
Окраска сварных конструкций
Организация работ и механизация сварочного производства
Первая сборка
Монтаж обмоток и изоляции при первой сборке
Шихтовка и прессовка верхнего ярма, осевая прессовка обмоток
Изготовление отводов
Сборка схемы, крепление отводов
Особенности второй сборки трансформаторов с РПН
Термовакуумная обработка активной части
Устройство и оборудование вакуум-сушильных шкафов, режим и контроль процесса сушки
Отделка активной части после сушки
Третья сборка
Установка активной части в бак, приводов переключателей, присоединение отводов
Установка ТТ, вводов ВН
Особенности технологии третьей сборки трансформаторов с РПН
Заливка маслом и испытание на герметичность, обработка масла
Окончательная отделка и сдача
Организация работы в сборочных цехах
Назначение и виды испытаний
Проведение испытаний
Испытание электрической прочности индуктированным напряжением, опыт хх
Измерение сопротивления обмоток трансформатора постоянному току
Техника безопасности при испытаниях
Транспортировка и хранение трансформаторов
Подготовительные работы к монтажу
Производство монтажных работ
Контрольные измерения и испытания перед включением
Приложения и литература

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБМОТОК
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ТИПЫ ОБМОТОК, ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАМОТКИ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ
ОБМОТОК. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

а)       Типы обмоток

Обмотки трансформатора

Обмотки трансформатора представляют собой его электрические цепи, по которым проходит электрический ток. Вместе с магнитопроводом  они составляют основные элементы трансформатора. Обмотки трансформатора состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей, которые образуют изоляцию обмоток в положении, предусмотренном расчетом и конструкцией, препятствуют их смещению под действием электромагнитных сил, а также создают каналы для охлаждения. В конструкцию обмоток входят выводные концы, регулировочные ответвления, емкостные кольца и экраны емкостной защиты.
Обмотки трансформаторов различных мощностей и напряжений различаются типом намотки, количеством витков и параллельных в них проводов, поперечным сечением провода, направлением намотки, изоляцией и схемой соединения отдельных элементов обмотки.

Расположение обмоток на стержне магнитопровода
Рис. 11-1. Расположение обмоток на стержне магнитопровода:
а — концентрическое; б — чередующееся;
1 — стержень магнитопровода; 2 — обмотка НН, 3 — обмотка ВН; 4 — ярмо

В зависимости от назначения трансформатора, его типа, мощности и напряжения обмотки выполняются самых различных конструкций [Л. 5 и 6]. По взаимному расположению «а стержне обмотки делятся на: а) концентрические, располагаемые одна внутри другой (рис. 11-1,а); б) чередующиеся, в которых части обмоток ВН и НН попеременно следуют одна за другой по высоте стержня (рис. 11-1,б).
В силовых трансформаторах со стержневой магнитной системой применяют концентрические обмотки круглой формы, обеспечивающие более полное заполнение окна медью (алюминием), надежные в эксплуатации и более простые в изготовлении. В трансформаторах с броневой магнитной системой применяют чередующиеся обмотки прямоугольной формы.
На отечественных заводах для мощных силовых трансформаторов в подавляющем большинстве принята стержневая конструкция с концентрическим расположением обмоток. Поэтому в дальнейшем в книге рассматривается производство обмоток и изоляции только трансформаторов стержневого типа, со ступенчатым, вписанным в окружность сечением стержней магнитопровода и концентрическим расположением обмоток на стержне.
Концентрические обмотки имеют форму цилиндров. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения (ВН, СН, НН) имеют примерно одинаковую высоту. Обмотка ВН часто располагается снаружи, а остальные — непосредственно на стержне или между обмотками в зависимости от назначения трансформатора.
Основным элементом всех обмоток трансформаторов является виток, который в зависимости от величины тока нагрузки может быть выполнен одним или группой параллельных проводов. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем. Число витков в одном слое колеблется от одного до нескольких десятков. В других случаях отдельные витки обмотки группируются в катушки.
Для обеспечения надлежащей электрической прочности обмотки между ее витками, слоями или катушками, а также между данной обмоткой и другими обмотками и частями трансформатора должна быть выполнена изоляция, гарантирующая обмотку от пробоя как при рабочем напряжении, так и при возможных перенапряжениях.
Для нормального охлаждения между обмоткой и другими частями трансформатора, а также между слоями, катушками или отдельными витками делают каналы. В одних случаях охлаждающие каналы обеспечивают одновременно и надежную изоляцию обмотки, в других для усиления изоляции применяют специальные изоляционные детали — угловые шайбы, цилиндры, перегородки и т. п.
Во всех типах обмоток принято различать направление намотки. Осевым считается направление, параллельное продольной оси обмотки. Радиальная намотка направлена по радиусу окружности обмотки. По направлению намотки подобно резьбе винта различают правые и левые обмотки. Это относится к цилиндрическим и винтовым обмоткам (рис. 11 -2, а). Направление многослойной цилиндрической обмотки считается по направлению намотки первого внутреннего слоя (рис. 11-2,6). Отдельные катушки, выполненные в виде плоской спирали, не имеют направления намотки. Двойные дисковые катушки считаются правыми если провод от верхнего наружного конца идет по часовой стрелке, и левыми, если направление провода — против часовой стрелки (рис. 11-2,в). Это же определение распространяется и на непрерывные обмотки. Большинство обмоток трансформаторов выполняется с левой намоткой по соображениям удобства их изготовления.
По конструктивно-технологическим признакам различают следующие основные типы обмоток: а) непрерывные; б) переплетенные;
в)  дисковые; г) винтовые; д) цилиндрические.
Непрерывная обмотка (рис. 11-3) состоит из ряда катушек с каналами между ними; число катушек на стержень 30—150. В каждой катушке несколько витков наматывается плашмя один на другой по спирали. Число витков в катушке от 2 до 40—50. Катушки непрерывной обмотки наматывают на рейках, образующих вертикальный канал вдоль внутренней поверхности обмотки; на рейках закрепляются прокладки, с помощью которых создаются горизонтальные каналы между катушками.
Определение направления намотки обмоток
Рис. 11-2. Определение направления намотки обмоток.
а — простая цилиндрическая (однослойная), б — многослойная цилиндрическая, в — двойная катушка дисковой (или непрерывной) обмотки

В обмотке могут быть один—шесть параллельных проводов в витке. Применение параллельных проводов вместо одного провода большого сечения снижает потери от вихревых токов в обмотках и облегчает намотку катушек, так как вместо одного массивного провода применяется несколько тонких. При числе параллельных проводов два и более для выравнивания их длины и сопротивления, а также положения каждого из них в магнитном поле рассеяния при переходе из катушки в катушку провода меняют местами, делают их транспозицию (перестановку). Транспозиция параллельных проводов выполняется в процессе намотки на каждом переходе из катушки в катушку. Непрерывность намотки достигается перекладыванием витков в катушках с тем, чтобы один переход был снаружи обмотки, а второй — внутри (рис. 11-4).
Переход из катушки в катушку (внутренний и наружный) осуществляется на уровне крайнего (соответственно внутреннего или наружного) витка изгибом провода на ребро. Как правило, количество полей*, занятых под переходы, равно количеству параллельных проводов. Число катушек непрерывной обмотки чаще всего четное, при этом начало и конец обмотки расположены либо оба снаружи, либо оба внутри обмотки. Нечетное число катушек применяют лишь в тех специальных случаях, когда необходимо вывести один конец снаружи, а другой — внутри обмотки.
* Здесь полем назван пролет по окружности между двумя соседними прокладками.

Непрерывная обмотка
Непрерывная обмотка 220 кВ

Рис. 11-3. Непрерывная обмотка.
а — обмотка ВН на 35 кВ; б — обмотка ВН на 110 кВ; в — нирующие витки; 4 — гребенка; 5 — концы обмотки;

обмотка ВН на 220 кВ; 1 — обмотка; 2 — рейка внутренняя; 3— экран; 6 — переходы; 7 — емкостное кольцо.

В каждой катушке может быть целое или дробное число витков. Изоляция переходов при дробном числе витков в местах перехода  не увеличивает радиальный и осевой размер катушки.
Обмотки могут выполняться с ответвлениями. Ответвления для регулирования напряжения делают обычно от наружных (реже внутренних) витков так, чтобы между двумя соседними ответвлениями заключались витки, соответствующие одной ступени регулирования. Непрерывные обмотки с регулировочными ответвлениями, выполняемые по «прямой» или по «оборотной» схемам, состоят из двух частей, разделенных «разрывом».
Преимуществом непрерывной обмотки является ее большая торцевая опорная поверхность и поэтому большая устойчивость по отношению к осевым усилиям при коротких замыканиях, а также большая поверхность охлаждения. Благодаря указанным преимуществам непрерывная обмотка широко применяется в трансформаторах различных мощностей и напряжений.
Для обеспечения грозоупорности обмоток напряжением 110 кВ и выше обмотки ВН (наружные) имеют частичную емкостную защиту в виде емкостных колец и экранирующих витков, установленных на входных катушках обмоток (рис. 11-3,6). В новых конструкциях трансформаторов на 220 кВ зона входных катушек обмотки выполняется без экранирующих витков (рис. 11-3,в).
Переплетенные обмотки применяются в трансформаторах классов напряжения 110—1200 кВ, разработанных в последние годы (рис. 11-5). Схемы соединения витков переплетенных обмоток представлены на рис. 12-14.
Переплетенные непрерывные обмотки имеют ряд преимуществ перед обычными непрерывными. В процессе их намотки обеспечивается переплетение витков соседних катушек обмотки, что положительно сказывается на первоначальном распределении импульсных напряжений и позволяет отказаться от экранирующих витков и катушек с дополнительной изоляцией.

Применение переплетенных обмоток позволяет дальнейшее усовершенствование главной маслобарьерной и продольной изоляции и внедрение новых конструкций главной изоляции (бумажно-масляной). Существенным недостатком переплетенных обмоток является значительное увеличение межвитковых напряжений, что приводит к увеличению ВИТКОВОЙ изоляции и повышенным требованиям к технологии, качеству изготовления обмоточных проводов и намотке обмоток (пайки, переходы и т. п.).

Дисковая обмотка (рис. 11-2,в) состоит из ряда отдельно намотанных одинарных или двойных (спаренных) катушек, каждая из которых имеет несколько витков, намотанных один на другой по спирали.
В зависимости от напряжения обмотки катушки могут иметь общую для всех витков дополнительную (катушечную) изоляцию, выполненную из лент, предварительно покрытых лаком.
Различают одинарные и двойные катушки. Число витков в катушке обычно 4—25, количество параллельных проводников в витке 1 — 8. Намотанные дисковые катушки собирают в обмотку или в отдельную ее часть. Соединяют двойные катушки пайкой их наружных концов, выполненных в виде переходов из одной катушки в другую. Вертикальный канал у внутренней поверхности и горизонтальные каналы между катушками образуются П-образными замковыми прокладками (см. рис. 12-16,6).
Катушки с дополнительной изоляцией широко применялись в мощных силовых трансформаторах в качестве входных. Входная зона обмотки ВН на 110—330 кВ, помимо усиленной витковой изоляции, как правило, должна иметь общую для всех витков катушки дополнительную изоляцию. Конструкция катушек позволяет накладывать дополнительную катушечную изоляцию разной толщины и соединять пайкой непрерывную часть обмотки с дисковой.
Производство обмоток подобной конструкции весьма трудоемко и нетехнологично. В новых сериях трансформаторов обмотки ВН на 110—750 кВ выполняются преимущественно переплетенными.
Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии, с масляными каналами между ними. Каждый виток состоит из нескольких одинаковых параллельных прямоугольных проводов, укладываемых плашмя вплотную в радиальном направлении. Винтовую обмотку (рис. 11-6,а и б) иногда называют многопараллельной обмоткой, так как общее число параллельных проводников в обмотке может достигать 100 и более (в мощных трансформаторах). В зависимости от числа параллельных проводов и витков винтовая обмотка может выполняться одноходовой (рис. 11-6,а) или многоходовой, т. е. вся обмотка состоит из двух или более отдельных винтовых обмоток, вмотанных в процессе изготовления одна в другую (рис. 11-6, б). Каждый такой ход может состоять из 4—40 параллельных проводов.
Процесс намотки непрерывной обмотки
Рис. 11-4. Процесс намотки непрерывной обмотки.
а, 6, в, г — выполнение внутреннего перехода; д, е, ж, з, и — выполнение наружного перехода.

Вертикальный канал вдоль внутренней поверхности винтовой обмотки и каналы между ее витками образуются такими же рейками и прокладками, как и у непрерывной обмотки. Намотка может быть правой или левой.
Винтовую поверхность первых крайних витков обмотки выравнивают путем постепенного увеличения высоты набора прокладок между торцом крайнего витка и опорным кольцом. Высота набора прокладок по окружности для каждой рейки разная; она указывается на чертеже обмотки (развертке). Если высота набора превышает 25 мм, для устойчивости прокладок устанавливают картонные сегменты или шайбы.
Так как параллельные провода винтовой обмотки расположены концентрически и находятся на разном расстоянии от ее оси, то, если не принять специальных мер, провода, расположенные ближе к оси, будут короче, а более удаленные от нее — длиннее. Разница в длине и положении в магнитном поле рассеяния параллельных проводов вызывает неравенство их активных и индуктивных сопротивлений и, следовательно, неравномерное распределение тока между ними. Для обеспечения равномерного распределения тока по проводникам и соответственно уменьшения добавочных потерь многопараллельные обмотки следует обязательно выполнять с транспозицией (перекладкой параллельных проводов витка в процессе намотки). Транспозиция считается совершенной, если все проводники в результате транспозиции одинаково расположены по отношению к продольному магнитному полю; при несовершенной транспозиции возникают добавочные потери от циркулирующих токов в параллельных проводниках обмотки. Подробное описание добавочных потерь, связанных с несовершенством транспозиций, дано в [Л. 38].
В винтовых обмотках применяют различные виды транспозиций. В одноходовой обмотке обычно применяют комбинацию двух видов транспозиции: групповую, когда параллельные провода делятся на две группы и обе эти группы меняются местами, и общую,, когда изменяется взаимное расположение всех параллельных проводов. Часто эти транспозиции называют специальной (групповой) и стандартной (общей).
В одноходовой винтовой обмотке применяют также транспозицию Бюда [Л. 14]. Она состоит из двух групповых транспозиций и одной общей (см. рис. 12-20,в и г).
В двухходовой винтовой обмотке применяют равномерно распределенную транспозицию (транспозицию Хобарта). При этом число перестановок в обмотке обычно равно числу параллельных проводов.
Винтовая обмотка имеет значительную торцевую поверхность, что позволяет обеспечить ее устойчивость к большим осевым усилиям при коротких замыканиях, она обладает хорошей механической прочностью и развитой поверхностью охлаждения. Поэтому ее применяют для обмоток НН, имеющих небольшое количество витков при больших токах в трансформаторах и автотрансформаторах мощностью от 1 000 кВ • А и выше.
При относительно большом числе витков и небольшой высоте обмоточного провода иногда применяют винтовую обмотку, у которой каждая пара смежных витков разделена шайбами или прокладками толщиной 0,5—1 мм, а остальные каналы выполнены набором прокладок толщиной 2—4 мм. Такую обмотку называют «полувинтовой».
Цилиндрическая многослойная обмотка наматывается послойно из обмоточного провода круглого или прямоугольного сечения. Слой обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии на бакелитовый цилиндр или временный шаблон. Каждый виток в слое укладывается вплотную к предыдущему витку в осевом направлении обмотки. Соединение между слоями осуществляют обычно переходом без пайки. Витки многослойной обмотки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых рядом в направлении оси обмотки и имеющих одинаковую развернутую длину и одинаковое положение по отношению к магнитному полю рассеяния трансформатора. Поэтому в цилиндрических обмотках не делают транспозиции параллельных проводов. Наматывают обмотку из проводов прямоугольного сечения, располагая провод плашмя или на ребро. Для выравнивания винтовой поверхности крайних ВИТКОВ к ним прикрепляют киперной лентой разрезные бумажно-бакелитовые клинообразные кольца, которые придают обмотке форму цилиндра, предохраняют витки от механических повреждений и создают торцевую опорную поверхность обмотки. Различают простую двухслойную и многослойную цилиндрические обмотки (рис. 11-7).
Простая цилиндрическая обмотка на рис. 11 -7,а имеет один слой и наматывается из одного или нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения.
Двухслойная цилиндрическая обмотка (рис. 11-7,6) из провода прямоугольного сечения состоит из витков, намотанных в два слоя, с переходом из слоя в слой обычно в нижней части обмотки. Между слоями прокладывают изоляцию из бумаги или электрокартона или равномерно по окружности устанавливают несколько реек, образующих вертикальный охлаждающий канал. Для выравнивания торцевой части обмотки предусматривают по торцам каждого слоя разрезные клинообразные кольца.
Простые и двухслойные обмотки обычно применяют в качестве обмоток НН на напряжение до 525 В в трансформаторах мощностью до 750 кВ -А.
Многослойная цилиндрическая обмотка (рис. 11-7,в) наматывается, как правило, из провода круглого сечения. Намотка осуществляется плотной укладкой витков одного к другому с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя обычно производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями укладывают несколько слоев кабельной бумаги. Для увеличения поверхности охлаждения между некоторыми слоями обмотки создается осевой канал, образованный планками из бука или рейками из клееного электрокартона.
Для защиты от механических повреждений под крайние витки каждого слоя укладывают так называемый «бортик». Бортик представляет собой узкую полосу электрокартона толщиной до 2 мм, приклеенную к более широкой ленте телефонной бумаги. В процессе намотки каждого слоя обмотки бумажная лента бортика зажимается крайними витками, а полоса картона служит опорой обмотки.
Переплетенная обмотка ВН на 500 кВ
Рис. 11-5. Переплетенная обмотка ВН на 500 кВ.

Многослойные цилиндрические обмотки из круглого провода применяют в качестве обмоток ВН (реже НН) масляных трансформаторов мощностью до 300—400 кВ-А при напряжении 3—35 кВ и некоторых типов трансформаторов более высоких классов напряжения (например, ТМН-2500/150). Такие обмотки могут иметь регулировочные ответвления.
В трансформаторах, регулируемых под нагрузкой, цилиндрические двух- или многослойные обмотки нашли применение в качестве регулировочных (РО), выполняемых в виде отдельных частей обмотки. Широко применяются двухслойные регулировочные обмотки с отдельными слоями грубой и тонкой регулировки (рис. 11-7,г).

Винтовая обмотка

Рис. 11-6. Винтовая обмотка.
а — одноходовая; б — двухходовая.

Цилиндрические обмотки
Рис. 11-7. Цилиндрические обмотки.
а — простая; б — двухслойная, в — многослойная; г — регулировочная обмотка; 1 — цилиндр бумажно-бакелитовый; 2 — бандаж (крепление концов обмотки); 3— конец первого слоя обмотки — слоя грубой регулировки; 4 — витки второго слоя обмотки — слоя тонкой регулировки; 5 — ответвления обмотки.

1 НИИКП — Научно-исследовательский институт кабельной промышленности (в настоящее время ВНИИКП).

Как правило, эти обмотки выполняются на бумажно-бакелитовых цилиндрах проводом прямоугольного сечения, наматываемыми плашмя или на ребро. В зависимости от мощности, проходящего по ней тока и ступеней регулирования обмотки могут выполняться многоходовыми из нескольких параллельных проводов. Число витков грубой ступени регулирования обычно равно сумме витков всех ступеней тонкого регулирования.



 
« Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий   Трансформаторы малой мощности »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.