У обмотувальної-ізоляційному виробництві трансформаторостроітельних заводів застосовують велику кількість різних матеріалів. Їх можна класифікувати наступним чином: провідникові; електроізоляційні і допоміжні матеріали.
До кожного матеріалу висувають певні вимоги, обумовлені ГОСТ або технічними умовами.
провідникові матеріали
В якості провідників струму в трансформаторних обмотках в більшості випадків застосовується чиста електролітична мідь (99,95% чистої міді), що володіє високою електропровідністю, високою еластичністю і достатньою механічною міцністю. Питомий опір електролітичної міді р = 0,01724 му мм 2 / м, питома вага Y = 8,9 г / см 3. температура плавлення 1 065- 1 080 ° С. Мідь є дефіцитним матеріалом, тому для обмоток трансформаторів малої та середньої потужності в даний час застосовується алюміній, його питомий опір р = 0,029 ом-мм 2 / м, т. е. в 1,65 рази більше питомої опору міді, питома вага алюмінію Y = 2,6 т / м 3. Він дешевше міді, але знижена електропровідність у порівнянні з міддю вимагає застосування великих перетинів проводів. Межа міцності при розтягуванні алюмінієвих проводів в 3,5 рази менше, ніж мідних. Ця обставина обмежує можливості застосування алюмінієвих проводів в потужних трансформаторах.
Для обмоток нормальних силових трансформаторів застосовують мідний і алюмінієвий ізольований провід круглого і прямокутного перетинів по ГОСТ 6324-52, ГОСТ 9761-61 і спеціальними ТУ НІІКП. Розрізняють ряд марок обмотувальних проводів:
А) Мідні обмотувальні дроти, ГОСТ 6324-52
Б) Алюмінієві дроти по ГОСТ 9761-61
АПБД - провід, ізольований двома шарами обмотки з бавовняної пряжі;
Для отримання більш щільного укладання витків в котушках і усунення засмічення масла ворсинками
пряжі в даний час в трансформаторобудуванні перейшли на широке застосування проводів марки ПБ і АПБ - без бавовняної пряжі поверх паперу.
Ізоляцію мінімальної товщини, передбаченої ГОСТ, називають в трансформаторобудуванні нормальною ізоляцією, ізоляцію більшої товщини - посиленою.
Для круглого дроту марки ПБ нормальна ізоляція має товщину 0,3 мм на діаметр і усіленная- 0,8-1,2 мм; для прямокутного проводу марок ПББО і ПБ нормальна має товщину 0,45 і 0,55 мм на дві сторони і посилена - 0,95; 1,35; 1,95 мм.
Для виготовлення обмоток потужних силових трансформаторів потрібно було збільшити перетин елементарних провідників витка обмотки, що викликало збільшення перетину обмотувального дроту по ГОСТ 6324-52, меншої сторони до 5,5 мм, більшої сторони - 22,0 мм. Крім того, для вхідних секцій обмоток напругою 220 кВ і вище довелося збільшити товщину ізоляції проводу до 4,4 і навіть 5,8 мм на обидві сторони. Виготовлення високої напруги обмоток для потужних силових трансформаторів викликало потребу в обмотувальних проводах підвищеної електричної міцності, ізоляція яких повинна бути виготовлена з ущільненої кабельного паперу марки КВУ, товщиною не більше 0,08 мм. Таким проводам присвоєна марка ПБО (СТУ 0,17-10065).
Основні технічні вимоги до обмотувальним проводам.
Крок обплетення папером повинен бути не більше 30 мм - для перетину до 50 мм 2 і 50 мм 2 - для перетину понад 75 мм 2.
У проводах не повинно бути тріщин паперу і оголених місць при згинанні на 180 ° дроти широкої стороною, а також вузькою стороною - для проводів з відношенням сторін не більше 1: 2 на стрижень діаметром 160 мм.
Намотування проводу на барабани повинна бути рівною, без перехлестиванія. Відстань від верхнього шару намотування до краю щоки барабана повинно бути не менше 25 мм.
Електричне (активне) опір дроти постійного струму, віднесене до 1 мм2 поперечного перерізу і 1 м довжини при температурі 20 ° С, має бути для мідних проводів не більше 0,01748 му, алюмінієвих - не більше 0,028 ом.
Матеріали, що застосовуються для виготовлення проводів, повинні відповідати ГОСТ.
Провід прямокутного перетину не повинні мати гострих кутів (задирок), що ушкоджують (надрізати зсередини) паперову ізоляцію.
Зберігання та транспортування барабанів з проводом повинно проводитися тільки у вертикальному положенні барабана.
Прагнення до підвищення надійності і економічності трансформаторів змушує звернути особливу увагу на характеристики і якість обмотувальних проводів, оскільки обмотки в трансформаторі є найбільш відповідальним елементом і їх якість в значній мірі визначає надійність всього трансформатора.
Силові трансформатори випускаються зі зростаючою потужністю в одиниці при безперервному підвищенні напруги. Так, за останні 15 років потужність трансформаторів в одиниці збільшилася більш ніж в 10 разів, а рівень напруги піднявся з 220 до 750 кв. У той же час конструкція і технологія виготовлення обмотувальних проводів практично мало змінилася, їх якість і асортимент в даний час не завжди задовольняє трансформаторостроітелей.
Провід прямокутного перетину з посиленою Вітко-вої ізоляцією (понад 1,35 мм) і великим співвідношенням сторін перетину мають пухку ізоляцію на широкій стороні через необхідність накладення ізоляції в 2 3 проходу, що призводить до нещільності намотування обмоток і до зниження її механічної міцності.
Відсутність стабілізованих характеристик паперу для ізоляції проводів призводить до великого розкиду розмірів дроти як по висоті, так і по ширині, що ускладнює отримання розрахункової висоти і радіального розміру обмоток при їх виготовленні.
Відсутність в даний час широкого промислового виробництва спеціальних проводов- транспонованих, розщеплених, емальованих з підвищеною електричною міцністю і ін. Істотно відбивається на технічному рівні вітчизняних трансформаторів і стримує створення трансформаторів граничних потужностей.
Таким чином, для підвищення надійності та технічного рівня трансформаторів необхідно в найкоротші терміни налагодити виробництво нових обмотувальних проводів, а також підвищити якість вже випускаються [Л. 18, а].
У порівнянні з обмотувальними проводами типу ПБ застосування транспонованих проводів дозволить отримати наступні переваги:
а) зниження трудомісткості виготовлення обмоток (за даними англійських фірм скорочення часу на мотки гвинтових обмоток НН становить до 50%);
б) збільшення механічної міцності складного дроти (пучка проводів) внаслідок сплетіння провідників при транспонировании;
в) підвищення коефіцієнта заповнення перетину обмотки міддю за рахунок заміни паперової ізоляції кожного провідника лакової плівкою товщиною 0,05 0,075 мм на обидві сторони із застосуванням загальної паперової ізоляції пучка проводів (розміри перетину обмоток при цьому скорочуються на 20-30%). Зменшення розмірів обмоток в свою чергу веде до зменшення вкладення активної сталі, знижує габарити і ваги транс форматора.
За даними фірми Брукс Піплес (Англія), в трансформаторі 225 Мва з вищою напругою 275 кв застосування транспоновану дроти дозволило знизити втрати холостого ходу на 17%, вага активної частини - на 11,9%;
г) зниження додаткових втрат в обмотках від поля розсіювання завдяки багаторазовому транспонированию пучка провідників і застосування малих перетинів елементарних провідників.
У зв'язку з цим, транспонований дроти можуть мати досить широке застосування при виготовленні обмоток:
шарових і гвинтових обмоток трансформаторів середньої потужності;
гвинтових обмоток на струми 2-3 ка і вище, які можна виконувати з декількох транспонованих проводів без транспозиції їх між собою;
безперервних (котушкові) обмоток великої потужності (трансформатори 110-500 кв, потужністю 63 Мва і вище);
шарових обмоток високих .напружених (220 кв і вище);
Прогресуюча останнім часом тенденція відмови від просочення обмоток трансформаторів призводить до необхідності звертати серйозну увагу на механічну міцність обмоток. В обмотках високої напруги потужних трансформаторів все ширше застосовують петлеву обмотку. Створюються нові види обмотувальних проводів, наприклад обмотувальні дроти із зовнішнім шаром, що клеїть.
На Армелектрозаводе були виготовлені трансформатори ТСМА-320/110, в яких обмотки ВН і НН виконані з дроту з зовнішнім шаром, що клеїть. Трансформатори успішно пройшли випробування, яке показало, що склейка між витками в досвідчених обмотках краще, ніж при просочення обмоток.
Провід з зовнішнім шаром, що клеїть можуть знайти широке застосування в обмотках II-III габаритів. Вельми принадно застосування їх в петльових обмотках, проте потрібно додатково досліджувати вплив лакової плівки на електричну міцність ізоляції і можливість просочення її маслом.
Для прогресивної технології виготовлення обмоток сучасних трансформаторів очевидна необхідність освоєння промисловістю нових типів обмотувальних проводів, які можуть знайти широке застосування в трансформаторобудуванні:
а) розщеплені дроти можуть широко застосовуватися в крайніх котушках обмоток 220-750 кВ і дозволять знизити додаткові втрати від поперечних полів розсіювання, завдяки чому зменшаться теплові перевантаження крайніх котушок;
б) проводу з закругленими краями знайдуть застосування в обмотках високої напруги в місцях підвищених напруг, в регульованих обмотках і т. д .;
в) емальовані дроти з підвищеною електричною міцністю можуть знайти застосування в транс форматорах напругою до ПО кв включно.
Якість спеціальних обмотувальних проводів може бути істотно підвищено при впровадженні шліфування поверхні провідника, здійсненні посиленої ізоляції з кольоровим (білим) зовнішнім шаром і обкатки дроти, що виключає розбухання ізоляції.
Ряд провідних зарубіжних електротехнічних фірм, наприклад Альстом (Франція), Броун-Бовері (Швейцарія), Інгліш Електрик (Англія) і ін. Широко застосовують під час намотування обмоток транспонований дроти. Як правило, перед накладенням ізоляції проводу шліфуються, що виключає можливість задирок на дроті.
Фірма Інгліш Електрик в якості витковой ізоляції проводів застосовує теріленовую плівку (мелінекс в комбінації з папером), що дає більш високу електричну міцність ізоляції; фірма Ферранті -Застосовується обмотувальний дріт з поліхлорвінілової ізоляцією, яка має більш високою електричною міцністю в порівнянні з папером; фірма Дженерал Електрик застосовує обмотувальні дроти з комбінованою ізоляцією: емаль і ціаноетілірованная папір, що на 20% підвищує нагревостойкость дроти (Л. 18).