Обмотки силових трансформаторів

Обмоткою трансформатора називають сукупність витків, що утворюють електричний ланцюг, в якій складаються ЕРС, индуктироваться в окремих витках. Обмотки трансформатора складаються з обмотувального дроту і ізоляційних деталей, передбачених конструкцією, які не тільки захищають витки від електричного пробою і перешкоджають їх зміщення під дією електромагнітних сил, але і створюють необхідні канали для охолодження. Обмотки трансформаторів різних потужностей і напруг розрізняються типом намотування, кількістю витків, напрямком намотування, числом паралельних проводів у витку, схемою з'єднання окремих елементів обмотки між собою.

По взаємному розташуванню на стрижні обмотки поділяються на концентричні і чергуються. Концентричні обмотки - це обмотки, виготовлені у вигляді циліндрів і концентрично розташовані на стрижні муздрамтеатру. Чергуються обмотки - це обмотки ВН і НН трансформатора, що чергуються в осьовому напрямку на стрижні. На малюнку 1 показані концентричне і чергується розташування обмоток на стержні магнітопроводу.

а - концентричне, б - що чергується; 1 - стрижень муздрамтеатру, 2 - обмотка НН, 3 - обмотка ВН
Малюнок 1 - Розташування обмоток на стержні магнітопроводу

Основним елементом обмоток трансформатора є виток, в якому наводиться ЕРС і який в залежності від величини струму навантаження може бути виконаний одним або декількома паралельними проводами. Ряд витків, намотаних на циліндричній поверхні, називається шаром. Число витків в одному шарі може коливатися від одного до декількох десятків.

Одно- або багатошарова циліндрична обмотка виходить під час намотування одного (або кількох) шарів з обмотувального дроту прямокутного або круглого перетину. Найбільш простий є одношарова обмотка з прямокутного проводу (рисунок 2, а). Шар обмотки складають витки, намотують по гвинтовий лінії на паперово-бакелітовий циліндр. Кожен виток в шарі укладається впритул до попереднього в осьовому напрямку обмотки. Витки циліндричної обмотки складаються з одного або декількох паралельних проводів, розташованих поруч і мають однакове становище по відношенню до поля розсіювання трансформатора. Зазвичай обмотку з прямокутного проводу намотують плазом, але при необхідності можливе намотування і на ребро.

а - одношарова, б - двошаровий, в - багатошарова з круглого дроти; 1 - витки з прямокутного проводу, 2 - розрізні вирівнюють кільця, 3 - паперово-бакелітовий циліндр, 4 - вивідний кінець першого шару обмотки, 5 - вертикальні рейки, 6 - внутрішні відгалуження обмотки
Малюнок 2 - Циліндричні обмотки

Для вирівнювання гвинтової поверхні крайніх витків до них прикріплюють розрізні паперово-бакелітові кільця (у вигляді «клину»), які надають обмотці форму циліндра. Ці кільця охороняють витки від механічних пошкоджень і створюють опорну поверхню обмотки.

Між шарами двошарової циліндричної обмотки (рисунок 2, б) прокладають ізоляцію з паперу або електрокартону або рівномірно по колу встановлюють кілька рейок, що утворюють вертикальний охолоджувальний канал. З'єднання між шарами зазвичай здійснюють переходом без пайки.

Одно- і двошарові циліндричні обмотки з прямокутного проводу зазвичай застосовують в якості обмоток НН на напругу до 690 В в трансформаторах потужністю до 630 кВА.

Багатошарова циліндрична обмотка (рисунок 2, в) намотується, як правило, з дроту круглого перетину. Намотування здійснюється щільною укладанням витків одного до іншого з переходами з шару в шар. Намотування першого шару зазвичай виробляють на паперово-бакелітові циліндрі. Між наступними шарами розміщують кілька шарів кабельного паперу. Для збільшення поверхні охолодження між деякими шарами обмотки створюється осьовий канал, утворений рейками з електрокартону або бука. Такі багатошарові обмотки застосовують в якості обмоток ВН для масляних трансформаторів потужністю до 400 кВА при напрузі до 35 кВ.

Гвинтові обмотка (її іноді називають спіральної) складається з ряду витків, намотуваних по гвинтовій лінії, з каналами між ними. Кожен виток складається з одного (дуже рідко) або декількох однакових прямокутних проводів, розташованих плазом впритул один до одного в радіальному напрямку. Загальна кількість паралельних проводів в гвинтових обмотках може досягати 100 і більше (в потужних трансформаторах). Залежно від струму і відповідно числа паралельних проводів гвинтова обмотка може виконуватися одноходовой, як показано на малюнку 3, а, або багатоходової, т. Е. Вся обмотка може складатися з двох і більше окремих гвинтових обмоток, вмотанних одна в іншу в процесі виготовлення ( малюнок 3, б). Кожен такий «хід» може складатися з 4-40 паралельних проводів.

а - з одного проводу в витку, б - з декількох паралельних проводів у витку
Малюнок 3 - Гвинтові обмотка

Гвинтові обмотки намотуються на паперово-бакелітові циліндри або спеціальні оправлення. Після намотування обмотку знімають з оправлення і відправляють на подальшу технологічну обробку. Однак в будь-якому випадку вертикальний канал уздовж внутрішньої поверхні гвинтової обмотки і канали між її витками утворюються рейками і прокладками з електрокартону.

Паралельні дроти гвинтовий обмотки розташовані концентрично і знаходяться на різній відстані від її осі. Тому, якщо не вжити спеціальних заходів, дроти, розташовані ближче до осі, будуть коротшими, а більш віддалені від неї - довше. Крім того, положення в магнітному полі розсіювання цих проводів буде різним, т. Е. Все вони матимуть неоднакові активні й реактивні опори і, отже, розподіл струму між ними виявиться різним.

Для рівномірного розподілу струму між паралельними проводами і зменшення додаткових втрат гвинтові обмотки роблять з транспозиція (перекладання проводу в процесі намотування). При перекладанні прагнуть, щоб транспозиція була досконалою, т. Е. Щоб кожен провід поперемінно займав всі положення, можливі в межах одного витка.

У гвинтових обмотках застосовують різні види транспозиція. У одноходовой обмотці з числом дротів до 12 зазвичай застосовують комбінацію з двох видів транспозиції (малюнок 4): групову, коли паралельні дроти діляться на дві групи і обидві ці групи міняються місцями, і загальну, коли змінюється взаємне розташування всіх паралельних проводів. На малюнку 5 схематично показаний цей спосіб перекладання проводів. Кожен виток має чотири паралельних дроти (1-4), які на відстані 1/4 і 3/4 висоти обмотки поділяються на рівні групи, мінливі місцями (рисунок 4, а); ці транспозиції називають груповими. В середині обмотки виробляють загальну перекладку, коли всі дроти міняються місцями.

а - групова, б - загальна (показана частина транспозиції)
Малюнок 4 - Транспозиції проводів в виткових обмотках

1-4 - дроти
Малюнок 5 - Схема транспозиції в гвинтовий обмотці з чотирьох паралельних проводів

При числі паралельних проводів більше 12 в одноходовой обмотці ефективна і широко застосовується транспозиція Бюда; в двухходовой гвинтовий обмотці часто виконують рівномірно розподілене транспозицию, коли число перестановок в обмотці звичайно дорівнює числу паралельних проводів.

Гвинтові обмотка має значну торцеву поверхню, що дозволяє забезпечити її стійкість до осьовим зусиллям при коротких замиканнях; вона володіє гарною механічною міцністю і розвиненою поверхнею охолодження. Тому її широко застосовують для обмоток НН, що мають відносно невелике число витків, при великих токах в трансформаторах потужністю 1000 кВА і вище.

Останнім часом все більш широке поширення набувають гвинтові обмотки з транспоновану дроти, де елементарні провідники з лакової ізоляцією міняються місцями в процесі виготовлення самого проводу. Такі обмотки технологічні, мають низькі додаткові втрати і високу механічну міцність.

Безперервні обмотки (рисунок 6) особливо широко застосовують для трансформаторів. Вони складаються з окремих котушок (секцій), намотаних з прямокутного проводу, причому в кожній котушці може бути кілька витків. На малюнку 7 показана частина такої котушки з двома витками: витки тут виконані двома паралельними проводами. Обмотку такого типу називають безперервної тому, що її намотують без розривів, т. Е. Перехід з однієї котушки в іншу проводиться безперервно, без пайок. Для цього перекладають витки кожної другої котушки так, щоб один перехід (з котушки в котушку) був зовні обмотки, а другий - всередині (рисунок 8).

Малюнок 6 - Безперервна обмотка

Малюнок 7 - Частина котушки безперервної обмотки з двома паралельними проводами в витку

1 - зовнішній, 2 - внутрішній
Малюнок 8 - Переходи в котушках безперервної обмотки

В безперервної обмотці може бути до чотирьох і навіть шести паралельних проводів у витку. У ній теж виробляють транспозицию проводів, проте виконують її в кожній котушці при переході проводів з однієї котушки в іншу. У безперервних обмотках особливо зручно виконувати відгалуження для регулювання напруги. Їх роблять зазвичай від зовнішніх (рідше - внутрішніх) переходів так, щоб між двома сусідніми відгалуженнями розміщувалися витки, відповідні ступені регулювання. Безперервні обмотки відрізняються високою механічною міцністю і надійністю, тому їх широко застосовують як для обмоток НН, так і для обмоток ВН у трансформаторів різних потужностей і напруг.

Обмотки трансформатора ізолюють від заземлених частин (муздрамтеатру, бака) і від інших обмоток. Цю ізоляцію обмоток називають головною. Окрім головної є поздовжня ізоляція обмоток. Поздовжньої називають ізоляцію між окремими елементами даної обмотки - витками, котушками, шарами і ін .; вона виконується при виготовленні обмотки і тут не розглядається. Головна ізоляція, навпаки, майже вся встановлюється при складанні трансформаторів, тому коротко розглянемо її основні елементи.

Ізоляція обмоток від верхнього і нижнього ярм забезпечується олійними каналами і бар'єрами, утвореними так званої ярмова ізоляцією, що перекриває поверхню ярма, звернену до обмоток. Ярмова ізоляція являє собою Електрокартон шайбу (бар'єр) 1 (рисунок 9) з прикріпленими до неї прокладками 2 з пресованого електрокартону, що створюють необхідний масляний проміжок.

1 - шайба, 2 - прокладка, 3 - заклепка
Малюнок 9 - ярмова ізоляція трансформатора

При Т-образному перетині ярма для вирівнювання полки ярмова балки з площиною ярма застосовують так звану зрівняльну ізоляцію, що заповнює проміжок між ярмова балкою і ярмова ізоляцією; її виконують з бука, берези або електрокартону (рисунок 10). Вирівнююча ізоляція з електрокартону утворюється пластинами, що мають форму підкови і сегмента, до яких з двох сторін прикріплені прокладки.

а - з дерева, б - з електрокартону; 1 - поздовжня планка, 2 - отвір, 3 - поперечна планка, 4 пластина, 5 - Електрокартон прокладка
Малюнок 10 - Зрівняльна ізоляція трансформаторів I-III габаритів

У трансформаторах I і II габаритів на напругу до 15 кВ розмір ізоляційного проміжку від обмотки до ярм невеликий, тому у них ярмова і вирівнююча ізоляції суміщені і виконані з дерев'яних планок або Електрокартон деталей простої форми.