Глава третья
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ОБМОТОЧНОИЗОЛЯЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ,
И ТРЕБОВАНИЯ И НИМ
- 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В обмоточно-изоляционном производстве трансформаторостроительных заводов применяют большое количество различных материалов. Их можно классифицировать следующим образом: проводниковые, электроизоляционные и вспомогательные материалы. К каждому материалу предъявляют требования, определенные стандартами или техническими условиями.
В качестве проводников тока в обмотках трансформаторов в большинстве случаев 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 мкОм-м, плотность у=8300 кг/м3, температура плавления 1065—1080°С. Медь является дефицитным материалом, поэтому для обмоток трансформаторов малой и средней мощности часто применяют алюминий, удельное сопротивление которого р=0,029 мкОм-м, т. е. в 1,65 раза больше удельного сопротивления меди, плотность алюминия у=2600 кг/м3. 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 [20]. Это ограничивает возможности применения алюминиевых проводов в мощных трансформаторах.
К обмоточным проводам предъявляют следующие технические требования:
- Наложение изоляции должно быть плотным и равномерным. Наружная лента (из кабельной бумаги) и внутренняя (из телефонной или кабельной бумаги) должны быть наложены с перекрытием не более 50%, а остальные в каждом слое — встык или с зазором до 2 мм между витками с обязательным смещением на половину шага относительно соседних слоев.
- Шаг обмотки бумажных лент для прямоугольных проводов должен быть не более 30 мм для сечения до 75 мм2 и 35 мм — для 75 мм2 и выше.
- 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.
- Намотка провода на барабаны должна быть ровной, без перехлестывания. Расстояние от верхнего слоя намотки до края щеки барабана должно быть не менее 25 мм.
- 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.
- Материалы, применяемые для изготовления проводов, должны соответствовать стандартам.
- Провода прямоугольного сечения не должны иметь острых углов (заусенцев), повреждающих (надрезающих изнутри) бумажную изоляцию.
- Хранение и транспортирование провода должны 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.
Для обмоток нормальных силовых трансформаторов применяют медный и алюминиевый изолированный провод круглого и прямоугольного сечений по ГОСТ 16512-70, 16513-70, 7019-71 и специальным ТУ кабельной промышленности. Различают следующие марки обмоточных проводов:
Медные обмоточные провода ГОСТ 16512-70, 7019-71, 16513-70
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 .маслостойкой эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПБУ— провод, изолированный лептами высоковольтной кабельной уплотненной бумаги;
ПБ — провод, изолированный лентами кабельной или (и) телефонной бумаги;
ПСД — провод, изолированный двумя слоями стекловолокнистой изоляции (этот провод используют для сухих трансформаторов).
Алюминиевые обмоточные провода ГОСТ 16512-70ш 16513-70
АПБД — провод, изолированный двумя слоями хлопчатобумажной пряжи;
АПБУ — провод, изолированный лентами кабельной высоковольтной уплотненной бумаги;
АПБ — провод, изолированный лентами кабельной или телефонной бумаги.
Номинальная диаметральная (удвоенная) толщина изоляции круглых проводов может быть следующей: 0,3; 0,72; 0,96; 1,20 мм.
Номинальная удвоенная толщина изоляции для проводов марок ПБ и АПБ: 0,45; 0,55; 0,72; 0,96; 1,20; 1,36; 1,68; 1,92, а для марок ПБУ и АПБУ: 2,0; 2,48; 2,96; 3,6; 4,08; 4,4 мм.
Изготовление обмоток ВН мощных силовых трансформаторов вызвало потребность в обмоточных проводах с изоляцией повышенной электрической прочности. Для их изоляции применяют уплотненную кабельную бумагу марки КВУ толщиной не более 0,08 мм. Таким проводам присвоена марка ПБУ (ГОСТ 16512-70).
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: лавсановую (териленовую) пленку, поливинилхлоридную изоляцию и др.
При применении в обмотке проводов большой толщины (3— 5 мм) и большого числа элементарных проводников в витке (более 100) очень важно ограничить добавочные потери, вызываемые магнитным полем рассеяния и циркулирующими токами.
Кабельная промышленность освоила производство транспонированных проводов, и они успешно применяются для намотки обмоток мощных трансформаторов (см. гл. 5).
Транспонированный провод (рис. 3-1) состоит из нечетного числа прямоугольных эмалированных проводников, расположенных в два ряда и транспонированных. Между рядами проводов проложена изоляция из кабельной бумаги толщиной 0,12 мм. Для изготовления транспонированных проводов применяются провода марки ПЭМП — провода медные прямоугольные эмалированные высокопрочные. Транспозиция провода выполняется по принципу круговой перестановки по прямоугольному контуру. Поверх транспонированных эмалевых проводников накладывается общая бумажная изоляция из кабельной бумаги марки КМ-120 толщиной 0,12 мм — для проводов марки ПТБ или из кабельной бумаги марки КВУ толщиной 0,08 мм — для проводов марки ПТБУ-С (провод транспонированный из элементарных эмалированных проводников в общей бумажной изоляции специальный).
Номинальная удвоенная толщина бумажной изоляции для транспонированных проводов 0,95—1,35 мм.
Рис. 3-1. Транспонированный провод марки ПТБ.
По сравнению с обычными обмоточными проводами марки ПБ транспонированные провода марки ПТБ имеют ряд преимуществ: снижается трудоемкость изготовления обмоток, так как в процессе намотки обмоток отпадает необходимость транспонирования отдельных проводников;
значительно повышается коэффициент заполнения сечения обмотки медью благодаря замене бумажной изоляции каждого проводника эмалевой изоляцией толщиной 0,06—0,14 мм на обе стороны;
уменьшаются размеры обмоток, что ведет к уменьшению вложения материалов, снижает габариты и массу трансформатора;
снижаются добавочные потери от полей рассеяния благодаря более совершенной транспозиции и применению меньших сечений элементарных проводников;
уменьшаются производственные площади, необходимые для размещения стоек с барабанами обмоточного провода;
повышается электродинамическая стойкость трансформаторов при коротком замыкании благодаря большей механической прочности обмоток из транспонированного провода.
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 к чрезмерному нагреву у крайних катушек потоками рассеяния. Для снижения потерь успешно применяют специальные медные обмоточные провода марок ПБП и ПБПУ. Эти так называемые подразделенные провода (рис. 3-2) состоят из двух или трех элементарных проводников (жил) с бумажной изоляцией отдельного проводника толщиной 0,4 мм и удвоенной суммарно номинальной толщиной дополнительной поясной изоляции, равной 1,35;
1,68; 1,92; 2,48; 2,96 мм. Разделение проводника приводит к значительному (на 20—30%) снижению добавочных потерь от поперечных полей рассеяния, благодаря чему уменьшаются перегревы в крайних катушках обмотки.
В настоящее время в обмотках НН трансформаторов большой мощности широко применяется транспонированный подразделенный провод марки ППТБ (рис. 3-2,в).
Рис. 3-2. Подразделенный провод.
а, б — марки ПБП двухжильный (тип А) и трехжильный (тип Д); в — марки ППТБ (транспортированный подразделенный).
Одной из причин повреждения мощных трансформаторов в эксплуатации является потеря устойчивости обмоток, сжимаемых радиальным усилием, вследствие недостаточной прочности обмоточных проводов. Разработка и исследование материалов с повышенной прочностью проводятся в СССР и за рубежом. Имеется перспектива получения в обозримом будущем медного сплава, обладающего при относительно небольшом (около 5%) увеличении удельного сопротивления существенно более высокими, чем у меди (в 1,5— 2 раза), механическими характеристиками [21].
Увеличения электродинамической стойкости обмоток можно достичь склейкой витков проводов между собой. Поэтому необходимы обмоточные провода (в том числе и транспонированные) с термореактивным изоляционным покрытием, которое, полимеризуясь при сушке обмотки, склеивает ее витки (провода). Выпуск в достаточном количестве прямоугольных эмалированных проводов позволит заменить обмоточные провода с бумажной изоляцией в обмотках трансформаторов напряжением до 330 кВ включительно.
Фольга и лента. В последние годы за рубежом и в нашей стране в качестве проводникового материала для обмоток трансформаторов малой мощности (до 630 кВ-А) широко применяются медная и алюминиевая фольга и лента. Переход от алюминиевых проводов на фольгу и ленту позволяет резко повысить коэффициент заполнения объема обмотки активным проводником, в результате чего уменьшаются потери короткого замыкания на 14%, массы конструкционной стали, трансформаторного масла и трансформатора в целом на 5—10%. Медную фольгу для электротехнической промышленности по ТУ КП-033-66 изготавливают из меди марки не ниже Ml по ГОСТ 859-66 с удельным электрическим сопротивлением р0,180 мкОм-м и с допуском по толщине ±3%. Толщина фольги 0,035—0,065 мм, ширина рулона — 700, 850 и 1000 мм. Ленту изготавливают толщиной 0,100; 0,080; 0,075; 0,050; 0,035 мм.
Алюминиевая фольга и лента, предназначенные для обмоток трансформаторов, изготовляются из алюминия марки АЕ ГОСТ 11069-74 и имеют удельное электрическое сопротивление 0,028 мкОм-м для марки А7Е. Толщина фольги 0,020—0,2 мм, толщина ленты 0,22—2,0 мм. Допуск на толщину ±3%. Такие фольга и лента пока еще не освоены нашей промышленностью, поэтому для изготовления обмоток временно применяется алюминиевая фольга для технических целей, выпускаемая по ГОСТ 618-73, а лента по ГОСТ 13726-68.
