ОБМОТКИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
- 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Обмотки являются основным элементом трансформатора, позволяющим осуществлять преобразование напряжения, т. е. получение двух или нескольких различных напряжений. Вместе с магнитопроводом они образуют активную часть трансформатора. Обмотки трансформатора выполняются из обмоточного провода и непосредственно связаны с деталями, которые образуют изоляцию трансформатора, удерживают провода 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, поперечным сечением провода и числом параллельных проводов, направлением намотки, схемой соединения отдельных элементов обмотки и конструкцией изоляции.
В зависимости от назначения трансформатора, его типа, мощности и напряжения обмотки выполняются различных конструкций [3—8]. По взаимному расположению на стержне обмотки делятся на: а) концентрические, располагаемые одна внутри другой (рис. 1-1,а); б) чередующиеся, в которых части обмоток ВН и HН попеременно следуют одна за другой по высоте стержня (рис. 1-1,6).
В силовых трансформаторах со стержневой магнитной системой, принятой в СССР, применяют концентрические обмотки круглой формы. Обмотки круглой формы устойчивы при воздействии на них растягивающих или сжимающих усилии, имеют наименьшую длину провода при заданном активном сечении магнитопровода, надежны в эксплуатации и просты в изготовлении. В трансформаторах с магнитной системой броневого типа часто применяются чередующиеся обмотки прямоугольной формы.
а — концентрическое; б — чередующееся; 1 — стержень магнитопровода; 2. 3 — обмотки НН и ВН; 4 — ярмо магнитопровода.
Рис. 1-1. Расположение обмоток ВН и НН на стержне магнитопровода.
На отечественных заводах для силовых трансформаторов общего назначения за редким исключением принята стержневая магнитная система с концентрическим расположением обмоток. Поэтому в дальнейшем в книге рассматривается производство обмоток и изоляции только трансформаторов этой конструкции.
Концентрические обмотки имеют форму цилиндров. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжений (ВН, СН, НН) имеют примерно одинаковую высоту. Обмотка ВН обычно располагается снаружи, НН — непосредственно на стержне, а СН между первой и второй обмотками в зависимости от назначения трансформатора.
- 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМОТОК. ТРЕБОВАНИЯ К ОБМОТКАМ
Основным элементом обмотки трансформатора является виток, который в зависимости от номинального тока нагрузки может быть выполнен одним или группой параллельных проводов. Число витков обмотки определяется расчетом исходя из напряжения. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем. Число витков в одном слое может быть от одного до нескольких десятков и даже сотен. В других случаях отдельные витки обмотки группируются в катушки. Обмотка может состоять из одной или нескольких катушек, соединенных между собой.
Между витками, слоями или катушками обмотки, а также между данной обмоткой и другими обмотками и
Рис. 1-2. Определение направления обмоток.
а — простая цилиндрическая (однослойная); б — многослойная цилиндрическая; в — двойная катушка дисковой (или непрерывной) обмотки.
частями трансформатора выполняется электрическая изоляция, гарантирующая обмотку от пробоя как при рабочем напряжении, так и при возможных перенапряжениях.
Для нормального охлаждения обмотки между ней и другими частями трансформатора, а также между слоями, катушками или отдельными витками имеются каналы. В одних случаях охлаждающие каналы обеспечивают одновременно и надежную изоляцию обмотки, в других для усиления изоляции применяются специальные изоляционные детали — угловые шайбы, цилиндры, перегородки и т. п.
Во всех типах обмоток основными являются осевой и радиальный размеры обмотки. По направлению для простой цилиндрической намотки подобно резьбе винта различают правые и левые обмотки (рис. 1-2,а). Направление многослойной цилиндрической обмотки считается по направлению намотки первого внутреннего слоя (рис. 1-2,6). Двойные дисковые катушки считаются правыми, если провод от верхнего наружного конца идет по часовой стрелке, и левыми, если направление провода против часовой стрелки (рис. 1-2,в). Это же определение распространяется и на непрерывные обмотки. Большинство обмоток трансформаторов выполняется с левой намоткой по соображениям удобства их изготовления. В одинарных дисковых катушках направление намотки изменяется на обратное при их переворачивании на 180°.
В [3—8] детально изложены вопросы расчета и конструирования обмоток силовых трансформаторов.
Основные требования, предъявляемые к обмоткам трансформаторов, можно подразделить на эксплуатационные и производственные.
Основными эксплуатационными требованиями являются достаточная электрическая и механическая прочность, а также нагревостойкость обмоток. Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений как рабочее напряжение, так и коммутационные и атмосферные перенапряжения, которые могут возникнуть в сети. Механическая прочность обмоток должна гарантировать их от повреждений при токах короткого замыкания и других механических воздействиях. Геометрические размеры и форма обмоток должны сохраняться неизменными в течение всего периода эксплуатации трансформатора.
Производственные требования заключаются в наименьших затратах труда и материалов на их изготовление.
