Технология и оборудование производства трансформаторов - Обмоточные провода

В качестве проводника тока в обмотках трансформаторов применяется чистая электролитическая медь (99,95% чистой меди), обладающая высокой электрической проводимостью, большой эластичностью и достаточной механической прочностью. Удельное электрическое сопротивление электролитической меди р = 0,01724 Ом-мм²/м, плотность у = 8,3 г/см³, температура плавления равна 1 065—1 080°С. Медь является дефицитным материалом, поэтому для обмоток трансформаторов малой и средней мощности часто применяют алюминий, удельное сопротивление которого р = = 0,029 Ом-мм²/м, т. е. в 1,65 раза больше удельного сопротивления меди, плотность алюминия у = 2,6 г/см³. Алюминий дешевле меди, но худшая электрическая проводимость по сравнению с медью требует применения больших сечений проводов. Предел прочности при растяжении алюминиевых проводов в 3,5 раза меньше, чем медных 1[Л. 13]. Это ограничивает возможности применения алюминиевых проводов в мощных трансформаторах.
Для обмоток нормальных силовых трансформаторов применяют медный и алюминиевый изолированный провод круглого и прямоугольного сечений по ГОСТ 6324-52, 9761-61, 16512-70, 7019-71 и специальным ТУ НИИКП 1. Различают следующие марки обмоточных проводов.

Медные обмоточные провода:
ПВО — провод, изолированный одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПБД — провод, изолированный двумя слоями хлопчатобумажной пряжи;
ПЭБО — провод, изолированный эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПЭЛБО — провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПББО — провод, изолированный несколькими слоями кабельной или телефонной бумаги и открытой спиралью из хлопчатобумажной пряжи;
ПБ — провод, изолированный несколькими слоями телефонной или кабельной бумаги;
ПСД — провод, изолированный двумя слоями стекло- волокнистой изоляции (этот провод используют для сухих трансформаторов).
Алюминиевые обмоточные провода:
АПБД — провод, изолированный двумя слоями хлопчатобумажной пряжи;
АПББО — провод, изолированный несколькими слоями кабельной или телефонной бумаги и открытой спиралью из хлопчатобумажной пряжи;
АПБ — провод, изолированный несколькими слоями телефонной или кабельной бумаги.
Для получения более плотной укладки витков в катушках и устранения засорения масла ворсинками пряжи широко применяют провода марок ПБ и АПБ без хлопчатобумажной пряжи поверх бумаги.

Изоляцию минимальной толщины, предусмотренной стандартом, называют нормальной, изоляцию большей толщины — усиленной. Для круглого провода марки ПБ нормальная изоляция имеет толщину 0,3 мм на диаметр, а усиленная—0,72—1,2 мм; для прямоугольного провода марки ПБ, нормальная изоляция имеет толщину 0,45 и 0,55 мм на две стороны, а усиленная — 0,72—1,92 мм.
Нормальная изоляция прямоугольного провода марки ПБ образуется несколькими слоями телефонной бумаги, для усиленной изоляции применяется телефонная и кабельная бумага.
Для изготовления обмоток мощных силовых трансформаторов потребовалось увеличить сечение элементарных проводников витка обмотки, что вызвало необходимость увеличения сечения обмоточного провода по ГОСТ 6324-52: меньшей стороны до 5,5 мм, большей — до 22,0 мм. Кроме того, для входных катушек обмоток напряжением 220 кВ и выше пришлось увеличить толщину изоляции провода до 5,8 мм на обе стороны. Изготовление обмоток ВН для мощных силовых трансформаторов вызвало потребность в обмоточных проводах с изоляцией повышенной электрической прочности, изоляция которых должна быть изготовлена из уплотненной кабельной бумаги марки КВУ толщиной не более 0,08 мм.

Рис. 11-8. Намоточный станок с горизонтальной осью вращения.
а — намоточный станок модели ТТ-23: 1 — передняя бабка; 2 — кнопка пуска электродвигателя; 3 — планшайба, 4 — поводок: 5 — рукоятки переключения скорости вращения; 6 — центр вращающийся; 7 — пиноль; 8 — рукоятка закрепления пиноли; 9 — маховик перемещения пиноли; 10 — задняя бабка; 11 — станина (плита); 12 — клиноременная передача от электродвигателя; 13 — педальный выключатель; б — схема передаточного механизма обмоточного станка: М — электродвигатель; К — конусная муфта; Ш — шпиндель; О — ось; 1, 2, 5—12 — шестерни; 3 — червяк; 4 — червячная шестерня; 13, 14 — кулачковые муфты; А и В — рукоятки, служащие для передвижения кулачковых муфт; I, 11, III — положения рукояток.

Таким проводам присвоена марка ПБУ (ГОСТ 16512-70).

К обмоточным проводам предъявляют следующие технические требования:

1. Наложение изоляции должно быть плотным и равномерным. Верхняя лента (из кабельной бумаги) и нижняя (из телефонной или кабельной бумаги) должны быть наложены е перекрытием не более 50%, остальные в каждом слое — встык или с зазором до 2 мм между витками с обязательным смещением на половину шага относительно соседних слоев.
2. Шаг оплетки бумагой должен быть не более 30 мм для .проводов сечением до 85 мм²  и 50 мм для сечения свыше 75 мм².
3. В проводах не должно появляться трещин бумаги и оголенных мест при изгибе на 180° провода широкой стороной, а также узкой стороной для проводов с отношением сторон не более 1 :2 на стержень диаметром 160 мм.
4. Намотка провода на барабаны должна быть ровной, без перехлестывания. Расстояние от верхнего слоя намотки до края щеки барабана должно быть не менее 25 мм.
5. Электрическое сопротивление провода постоянному току, отнесенное к 1 мм² поперечного сечения и 1 м длины, при 20 °С, должно быть для медных проводов не более 0,01784 Ом, алюминиевых — не более 0,029 Ом.
6. Материалы, применяемые для изготовления проводов, должны соответствовать стандартам.
7. Провода прямоугольного сечения не должны иметь острых углов (заусенцев), повреждающих (надрезающих изнутри) бумажную изоляцию.
8. Хранение и транспортирование провода должно производиться только в горизонтальном положении оси барабана.

Стремление к повышению надежности и экономичности трансформаторов заставляет обратить особое внимание на характеристики и качество обмоточных проводов, поскольку обмотки в трансформаторе являются наиболее ответственным элементом. Их качество в значительной мере определяет надежность всего трансформатора.
Увеличение витковой изоляции провода приводит к уменьшению коэффициента заполнения окна магнитной системы медью и вследствие этого к снижению технико-экономических показателей трансформаторов. Кроме того, провод с большой ТОЛЩИНОЙ ВИТКОВОЙ изоляции нетехнологичен и не обеспечивает плотной намотки обмотки.
За рубежом в качестве витковой изоляции проводов наряду с .применением лучших сортов кабельной бумаги стали применять синтетические изоляционные материалы: териленовую пленку (мелинекс в комбинации с бумагой), поливинилхлоридную изоляцию и др.
Для повышения надежности и технического уровня трансформаторов необходимы новые виды обмоточных проводов: транспонированные, подразделенные, эмалированные с повышенной электрической прочностью и др. [Л. 5].

По сравнению с обмоточными проводами марки ПБ транспонированною провода марки ПТБ имеют следующие преимущества:

1. Снижается трудоемкость изготовления обмоток, так как в процессе намотки обмоток отпадает необходимость транспонирования отдельных проводников или число транспозиций резко уменьшается.
2. Значительно повышается коэффициент заполнения сечения обмотки медью благодаря отказу от изоляции бумагой каждого проводника и замене ее более тонкой эмалевой пленкой.
3. Снижаются добавочные потери в обмотках от полей рассеяния благодаря многократному полному транспонированию проводников и возможности применения элементарных проводников малых размеров.

Кабельная промышленность освоила производство транспонированных проводов, и они успешно применяются для намотки обмоток мощных трансформаторов (см. гл. 12).
Постоянно растущая потребность в трансформаторах больших мощностей и сверхвысоких напряжений вызывает необходимость применения проводов максимальных размеров как по высоте, так и по ширине, что приводит к большому увеличению добавочных потерь в обмотках и чрезмерному нагреву у крайних катушек потоками рассеяния.
Так называемые подразделенные провода состоят из двух или трех элементарных проводников, имеющих витковую изоляцию из двух слоев телефонной бумаги: общая витковая изоляция подразделенного провода выполняется из нескольких слоев телефонной и кабельной бумаги общей толщины 1,95 мм и более. Разделение проводника приводит к значительному снижению добавочных потерь от потоков рассеяния, и поэтому подразделенные провода начали применяться в производстве обмоток ВН и НН трансформаторов 220—1 200 кВ.