Одноходовий гвинтовий обмоткою трансформатора називаються ється обмотка, витки якої йдуть один за іншим в осьовому напрямку по гвинтовий лінії, а перетин кожного витка утворено перетинами декількох паралельних про-водів прямокутного перетину, розташованими в один ряд в радіальному напрямку обмотки (рис. 5.25, а ). Зазвичай витки обмотки поділяються радіальними масляної-ними або повітряними охолоджуючими каналами. У неко-торих обмотках ці канали можуть бути зроблені через два витка. Гвинтові одноходовой обмотка може бути намотов-на і без радіальних каналів з щільним приляганням віт-ка до витка.
Обмотка, що складається з двох (або більше) одноходових обмоток, взаємно розташованих подібно ходам різьблення двухходового (багатоходового) гвинта, назиают двухходо-вої (багатоходової) гвинтовий обмоткою. Перетин витка при цьому утворюється загальним поперечним перерізом проводів всіх ходів. Ця обмотка також може бути виконана з ради-альних каналами між усіма витками і всередині витків між утворюють їх ходами, або з каналами тільки між витками і без каналів всередині витків, або зовсім без радіальних каналів з щільним приляганням всіх хо-дів.
Гвинтові обмотка виконується тільки з прямоугольно-го проводу. При цьому всі паралельні дроти цієї про-мотки обов'язково повинні мати рівні не тільки пло-щади, але і розміри поперечного перерізу. При несоблюде-ванні цього правила стає неможливим зрівняння
Мал. 5.25. Гвинтові обмотка:
а - одноходовой їх шести витків; б - двоходова з чотирьох витків.
опорів паралельних проводів шляхом їх переклад-ки в процесі намотування обмотки.
У ряді випадків, коли перетин витка з розрахунку получа-ється досить значним, можуть бути прийняті дві груп-пи паралельних проводів і обмотка виконана у вигляді двухходовой. На рис. 5.25, б зображена двоходова вин-товая обмотка. Порівняно рідко застосовується чотирьохходові обмотка.
Обидві групи проводів у початку і кінця обмотки соеди-ються паралельно. У більшості випадків в двухходо-вих обмотках радіальні канали виконуються як між витками, так і всередині витка між групами проводів (рис. 5.26, б). Іноді для економії місця по висоті обмотки радіальні канали робляться тільки між витками і обидві групи проводів в кожному витку намотують-ся впритул з прокладкою між групами товщиною 0,5 1,0 мм (див. Рис. 5.26, в). Прокладка забезпечує механи-чний стійкість обмотки. Дво- і чотирьохходові гвинтова обмотка може бути також виконана зовсім без радіальних каналів і без прокладок в витках і між витками (рис. 5.26, г).
Зазвичай гвинтова обмотка намотується на жорсткому паперово-бакелітові циліндрі на рейках, розташованих по утворюючим циліндра. Для потужних трансформаторів
Мал. 5.26. Перетин витка гвинтовий обмотки:
а - одноходовой; б - двоходовий з каналом між двома групами проводів; в - двоходовий бех каналу всередині витка; г - двоходовий без радіальних каналів.
(Більше 10 000 кВ * А на один стрижень) обмотка може бути намотана на спеціальній оправці, потім знята з неї і при насадці на стрижень ізольована від нього м'яким цилинд-ром з електроізоляційного картону. Радіальні канали між витками в обох випадках утворюються междувітковимі прокладками з електроізоляційного картону, на-нізиваемимі на рейки.
У гвинтовий обмотці паралельні дроти намотують-ся на циліндричних поверхнях з різними діаметра-ми. Внаслідок цього активні опори паралельних проводів виходять нерівними. У трансформаторах з концентричних розташуванням обмоток ВН і НН поле розсіювання направлено в осьовому напрямку обмоток. У радіальному напрямку по ширині кожної з обмоток індукція поля розсіювання зростає по прямій лінії від зовнішнього краю обмотки до каналу між обмотками ВН і НН (рис. 5.27). Різне положення проводів в поле
Мал. 5.27. Схема транспозиція паралельних проводів в одноходовой обмотці:
а - парне число проводів; б - непарне число проводів
розсіювання обмотки призводить до нерівності реактивних, а отже, і повних опорів паралельних проводів. Для вирівнювання повних опорів проводів, щоб уникнути нерівномірного розподілу струму в гвинтовий обмотці обов'язково повинна проводитися транспозиція (перекладка) проводів.
У одноходовой обмотці зазвичай застосовують комбінацію двох видів транспозіціі- групову, коли все паралельні дроти діляться на дві або більше число груп і змінюється взаємне розташування цих груп без зміни розташування проводів в групі, і загальну, при якій змінюється взаємне розташування всіх проводів. При застосуванні транспозиції цих видів обмотка ділиться по довжині на чотири рівних ділянки, що містять по 1/4 всіх витків обмотки. На кордонах цих ділянок проводиться три транспозиції - дві групові на 1/4 і 3/4 загального числа витків, рахуючи від початку обмотки, і одна загальна на 2/4 загального числа витків. У групових транспозиція все паралельні дроти діляться на дві рівні групи (при непарному числі проводів одна з груп має на один провід більше, ніж інша). У загальних транспозиція кожен провід перекладається самостійно. Принципова схема транспозиції для одноходовой обмотки з шести паралельних проводів показана на рис. 5.27, а. Такий же спосіб транспозиції може бути застосований і при непарному числі паралельних проводів, наприклад при п'яти проводах (рис. 5.27, б).
Для отримання правильної транспозиції, що дає дійсне вирівнювання опорів проводів, необхідно групувати дроти так, щоб в обох групових транспозиція в одні і ті ж групи з'єднувалися одні і ті ж провідники, як це показано на рис. 5.27. Щоб перевірити правильність схеми транспозиція, досить для кожного проводу підсумувати номера місць, які він займає в витку на всіх чотирьох дільницях обмотки. Так по рис. 5.27, а для проведення 1, виділеного жирною лінією, ця сума дає 1 + 4 + 3 + 6 = 14, по рис. 5.27, б для відповідного проводу 1 + 4 + 2 + 5 = 12. В правильно транспонованою обмотці такі суми для всіх паралельних проводів повинні виходити рівними між собою. Неважко переконатися, що в схемах транспозиція обмоток, зображених на рис. 5.27, це правило дотримується.
Необхідно зауважити, що така транспозиція є досконалою тільки для чотирьох паралельних проводів. При більшій кількості проводів ця транспозиція перестав бути абсолютно досконалою, однак у силових трансформаторів загального призначення дає майже рівномірний розподіл струму між паралельними проводами і відносно малі додаткові втрати.
При числі паралельних проводів обмотки від 12-15 і більше застосовуються і більш складні схеми транспозиція [6].
Зовнішній вигляд загальної та групової транспозиції показаний на рис. 5.28. Як видно з малюнка, кожна така транспозиція збільшує осьової розмір обмотки на висоту витка і радіального каналу. Таким чином, загальний осьової розмір (висота) обмотки при двох групових і однієї загальної транспозиція збільшується на висоту трьох витків і трьох каналів. Слід також пам'ятати, що за рахунок збігу на одній що утворює початку і кінця обмотки осьової розмір збільшується ще на висоту одного витка і одного каналу.
У двухходовой гвинтовий обмотці в кожному її ходу можуть бути також зроблені групові та загальні транспозиції. Однак у такій обмотці можна застосувати й інший, більш досконалий вид транспозиції. Перетин витка такої обмотки, зображене на рис. 5.29, складається з двох груп проводів. Ідея транспозиції полягає в поступовому круговому переміщенні проводів в перерізі витка в міру намотування обмотки так, щоб кожен провід побував у всіх можливих положеннях, проходячи в них рівні відрізки (виражаються зазвичай в числі витків). На відміну від групової та загальної транспозиція, зосереджених в трьох точках обмотки, таку транспозицию можна назвати рівномірно розподіленим. Зазвичай в двухходовой обмотці число транспозиція роблять рівним числу паралельних проводів або їх подвоєному числу. На рис. 5.29 показана схема рівномірно розподіленим транспозиції в двухходовой обмотці з восьми паралельних проводів. Щоб уникнути ускладнення креслення на схемі показано переміщення тільки двох проводів - 1 і 5.
Відстані між двома транспозиція при числі паралельних проводів nв приймаються рівними 1 / n в загального числа витків обмотки, а крайні ділянки біля початку і кінця обмотки вполовину коротше, т. Е. 1/2 nв загального числа витків.
Ріс.5.28. Збільшення висоти одноходовой обмотки при транспозиції обмотки з чотирьох проводів:
а - групова транспозиція; б - загальна транспозиція
Ріс.5.29. Схема рівномірно розподіленим транспозиції в двухходовой обмотці з восьми паралельних проводів
За схемою рис. 5.29 неважко переконатися в тому, що при такому розподілі транспозиція кожен провід у міру проходження по довжині обмотки пройде кожне з nв можливих положень в перерізі витка на 1 / n в загальної довжини обмотки.
Практично рівномірно розподілена транспозиція виконується так, як показано на рис. 5.30. Верхній дріт 4 лівої групи відгинається вправо і стає верх ним проводом правої групи.
Мал. 5.30. Виконання рівномірно розподіленим транспозиції
Одночасно нижній провід 8 правої групи переходить нижнім проводом в ліву групу. Провід лівої групи 1, 2 і 3 піднімаються на одне положення вгору, а дроти 5, 6 і 7 правої опускаються на одне положення вниз.
Рівномірно розподілене транспозиція в двухходовой обмотці може бути зроблена при будь-якому числі паралельних проводів і дає більш повне зрівняння їх опорів, ніж групові та загальні транспозиції. Інша перевага рівномірно розподіленим транспозиції полягає в тому, що вона не вимагає додаткового місця по висоті обмотки. Однак при визначенні ізоляційних відстаней слід враховувати, що в місцях транспозиції радіальний розмір обмотки збільшується на одну товщину проводу.
У чотирьохходовий обмотці рівномірно розподілена транспозиція виконується самостійно в кожній парі ходів. Тому триходова гвинтова обмотка з такою транспозицией зазвичай не застосовується, але гвинтова обмотка з будь-яким числом ходів може бути виконана з транспоновану дроти (див. § 5.2). При цьому відпадає необхідність у додатковій транспозиції паралельних провідників, крім тієї, яка зроблена в самому проводі.
Щільність струму в обмотках силових трансформаторів, що випускаються в останні роки з відносно малими втратами короткого замикання, становить в мідних обмотках близько 2 · 10 6 - 3 · 10 6 (іноді до 3,5 · 10 6) і в алюмінієвих 1,2 · 10 6 - 2 · 10 6 А / м 2. При такій щільності струму втрати в одиниці об'єму обмотки і щільність теплового потоку на осьових і радіальних охолоджуваних поверхнях витків невеликі і виникає можливість суттєвого зменшення числа каналів в обмотці аж до повної відмови від горизонтальних каналів.
Гвинтові обмотка без горизонтальних каналів з щільним приляганням витків в осьовому напрямку може бути одно-, дво- і чотирьохходовий зі звичайними для таких обмоток транспозиція. Така обмотка намотується на циліндрі на рейках типу рис. 5.8, а і б або на оправці без рейок і без прокладок між ходами. Не виключена намотування двошарової гвинтовий обмотки, т. Е. Двох концентричних гвинтових обмоток лівого і правого напрямків намотування, що з'єднуються послідовно.
При використанні гвинтовий обмотки без горизонтальних каналів слід брати до уваги те, що щільність теплового потоку на охолоджуваної поверхні обмотки істотно зростає і її не рекомендується допускати більше 1200-1400 Вт / м 2. При цьому перевищення температури поверхні обмотки, що має тільки вертикально розташовані поверхні, охолоджувані маслом, над температурою масла становить 21-23 ° с, що приблизно на 20% нижче, ніж в обмотці з витками, що мають горизонтальні і вертикальні поверхні. Необхідно також враховувати, що в обмотці без горизонтальних каналів додаткові втрати можуть бути в 1,5-2 рази більше, ніж в обмотці з тим же числом витків і з тим же числом, розмірами і розташуванням паралельних проводів, але з горизонтальними каналами.
У механічному відношенні при виникненні осьових механічних сил гвинтова обмотка є значно міцнішою, ніж одно- і двошарове циліндрична. Паралельні дроти в кожному витку розташовуються в ній не в осьовому, а в радіальному напрямку, утворюючи відносно велику опорну поверхню. Механічна жорсткість обмотки посилюється рейками, що йдуть по всій довжині обмотки, і пов'язаними з ними горизонтальними прокладками, щільно затиснутими між витками обмотки.
У трансформаторах з ПБЗ часто регулювальні витки обмотки ВН розташовуються в середині її висоти, що при роботі обмотки ВН на нижчих щаблях регулювання напруги призводить до виникнення в зоні відключених витків поперечного магнітного поля і значних осьових сил при короткому замиканні (див. § 7.3). Гвинтові обмотка дозволяє істотно обмежити ці сили шляхом розгону витків в середині її висоти в зоні розміщення відключаються регулювальних витків обмотки ВН. Розгін витків застосовується в трансформаторах з потужністю S≥1000 кВ · А і досягається шляхом збільшення двох-трьох радіальних каналів в середині висоти обмотки НН до 15-20мм. Достатню механічну міцність обмотка одержує тільки при деякому мінімальному перетині витка, не менше 75-100мм 2. що відповідає току близько 300А для мідних і 150-200А для алюмінієвих обмоток.
Цей нижню межу допустимого перетину витка і струму обмотки відповідає силових трансформаторів з потужністю S = 160-1000 кВ · А. При великих потужностях нижньою межею застосування гвинтової обмотки вважається зазвичай 400-500 А.
З міркувань механічної міцності, а також зручності виконання транспозиція число паралельних проводів приймається зазвичай не менше чотирьох.
Наявність масляних каналів між сусідніми витками забезпечує високу електричну міцність гвинтової обмотки, і вона знаходить широке застосування як обмотка НН в трансформаторах з напругою НН від 230В до 35кВ включно.
На стороні ВН гвинтова обмотка абсолютно не знайшла застосування на увазі незручності виконання відгалужень для регулювання напруги.
У виробництві гвинтова обмотка істотно дорожче багатошарової циліндричної обмотки з прямокутного проводу.
Гвинтові обмотка використовується також в якості обмотки НН в сухих трансформаторах з природним повітряним охолодженням при потужностях від 250 до 1600 кВ · А і виборі розмірів радіальних і осьових повітряних каналів відповідно до вимоги табл. 9.26 і 9.2в.