Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с увеличением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева в пределах 2,5—4 А/мм2.
Следует строго различать направление намотки обмоток. Обмотки, намотанные в один слой, — однослойные, независимо от того, какой конец считать началом (верхний или нижний), имеют то направление, какое было получено при намотке. В многослойных обмотках, состоящих из нескольких слоев с переходами из слоя в слой (рис. 1, а), направление намотки чередуется. У таких обмоток за направление намотки принимают направление того слоя, у которого входной конец принят за начало.
Схемы обмоток правого и левого направлений
Рис. 1. Схемы обмоток правого и левого направлений

Дисковые катушки, имеющие форму плоской спирали, считаются левыми или правыми в зависимости от того, какой конец выбран началом — внутренний или наружный. Из рис. 1,6 видно, что если за начало у этих катушек принять наружные концы, то в расположенной справа катушке обмотка будет правой, а слева — левой. Если же за начало принять внутренние концы, то направление намотки обмоток изменится соответственно на левое и правое. Если дисковую катушку повернуть к наблюдателю другой плоскостью, то она будет иметь другое направление: левая станет правой, а правая — левой.
Обычно дисковые катушки делают парными (рис. 1, б). В этом случае наружные концы являются входными, а переход из одной катушки в другую осуществляется соединением внутренних концов. При этом направление намотки остается определенным и обмотка, состоящая из любого числа последовательно соединенных парных катушек одинаковой намотки, будет иметь то же направление намотки, что и отдельные парные катушки. В некоторых случаях для придания обмоткам большей механической прочности и повышения влагостойкости после сушки их пропитывают лаком и запекают в термошкафах при 100—110°С.

цилиндрическая обмотка
Рис.   2.   Устройство двухслойной  цилиндрической обмотки
Рис. 3. Многослойная цилиндрическая обмотка:
а — общий вид,  б — межслоевая и концевая изоляция

В трансформаторах наибольшее применение получили обмотки следующих типов: однослойные и двухслойные цилиндрические, многослойные цилиндрические, многослойные катушечные, непрерывные, винтовые и дисковые.
В двухслойной, цилиндрической обмотке, намотанной двумя параллельными проводами (рис. 2), переход из слоя 4 в слой / сделан в нижней части. Между слоями образован канал 2 изоляционными планками 5, который служит для увеличения охлаждающей поверхности. Для выравнивания торцов обмотки установлены выравнивающие кольца 3.
При маркировке, показанной на рис. 2, обмотка является правой. Двухслойную обмотку, как и однослойную, применяют в основном в качестве обмотки НН трансформаторов мощностью 40—630 кВ-А.

Многослойную цилиндрическую обмотку (рис. 3, а) обычно наматывают проводом круглого сечения марок ПБ или АПБ. Остовом обмотки служит бумажно-бакелитовый цилиндр 1, на него намотан первый слой обмотки, а последующие— на бумажных цилиндрах 2, состоящих из нескольких слоев кабельной бумаги, служащей межслоевой изоляцией. Цилиндры 2 выступают за слои обмотки. В промежутках между выступающими слоями располагают бортики 5 (рис. 30,6), представляющие собой электрокартонные полосы толщиной 1—1,5 и шириной 12 мм, наклеенные на телефонную или кабельную бумагу шириной 60—80 мм. Для увеличения поверхности охлаждения обмотку разделяют на две части вертикальным каналом 3 (рис. 30, а). Его образуют рейки 4У установленные от цилиндра / на расстоянии, приблизительно равном 1/3 толщины обмотки. При напряжении 6—10 кВ часто применяют рейки из бука, при 35 кВ — из склеенного электрокартона.

Устройство непрерывной катушечной обмотки
Рис. 4. Магнитно-симметричная схема многослойной цилиндрической обмотки
Рис. 5. Устройство непрерывной катушечной обмотки

Для придания большей механической стойкости многослойные цилиндрические обмотки часто выполняют по магнитно-симметричным схемам с пятью ответвлениями (рис. 4). По этой схеме регулировочные витки располагаются в двух слоях или одном наружном слое. Каждая ступень регулирования разделена на две симметричные и последовательно соединенные группы витков Р1 и Р2. На первом ответвлении в работе находится весь регулировочный слой обмотки, на втором из работы выключаются две средние группы, на третьем — две следующие, симметричные к краям, на четвертом — две предпоследние, на пятом — весь регулировочный слой.
Многослойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток ВН трансформаторов мощностью до 630 кВ-А, напряжением 3—35 кВ.
Обмотка, состоящая из плоских спиральных катушек, у которой, переход провода из катушки в катушку осуществляется без разрыва с помощью особых технологических приемов, называется непрерывной катушечной обмоткой. У такой обмотки (рис. 5) спиральные катушки 1 имеют одинаковый радиальный размер и расположены друг над другом; для охлаждения между ними образованы дистанционными прокладками 3 горизонтальные каналы 2. Каждый виток может состоять из одного или нескольких прямоугольных параллельных проводов. Обмотка, показанная на рис. 32, намотана одним проводом с шестью регулировочными ответвлениями 8 в середине.
Обмотка намотана на рейки 6, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре 7, поэтому между цилиндром и обмоткой образован охлаждающий канал 5. Для создания надежной опорной поверхности на торцах обмотки установлены опорные кольца 4 из склеенного электрокартона.
Непрерывные обмотки трансформаторов IV габарита и выше, как правило, не имеют бумажно-бакелитовых цилиндров. Их наматывают на рейки, уложенные на специальной металлической оправке, которую после намотки вынимают. Горизонтальные каналы между катушками образованы дистанционными прокладками 2, нанизанными на рейки 1 (как показано на рис. 6). Для придания обмоткам большей механической прочности их наружную сторону «прошивают» электрокартонными рейками, пропуская их через прокладки 3 с двусторонним замком.
У обмоток напряжением 110 кВ для большей электрической прочности две первые катушки (входные) и две последние наматывают проводом с усиленной витковой изоляцией (1,68— 1,92 мм).
В непрерывных катушечных обмотках, состоящих из нескольких параллельных проводов, более удаленные от оси витки провода имеют большую длину, а менее удаленные — меньшую. Чтобы уравнять длины, а следовательно, сопротивления проводов при переходах из катушки в катушку, их меняют местами — делают транспозицию, как показано на рис. 7; тогда ток поровну распределяется между всеми параллельными проводами. Непрерывные обмотки монолитны и механически устойчивы; их применяют в качестве обмоток НН, СН и ВН.

Рейки и дистанционные прокладки обмоток
Рис. 6. Рейки  и дистанционные прокладки обмоток
Транспозиция проводов непрерывной обмотки
Рис. 7. Транспозиция проводов непрерывной обмотки:
1 и 6 — верхняя и нижняя катушки, 2 и 4 — транспонируемые провода, 3 — рейки, 5 — дистанционные прокладки

В конструкцию обмоток ВН напряжением 110 кВ и выше входят емкостные кольца, которые, увеличивая входную емкость обмоток, выравнивают электрическое поле первых катушек и витков и тем самым уменьшают градиентные перенапряжения в обмотке.
В винтовой обмотке витки следуют друг за другом по винтовой линии и каждый из них составлен из нескольких концентрически расположенных параллельных проводов (такую обмотку часто называют спиральной).
Винтовая обмотка рис. 8; имеет такие же изоляционные детали, как и непрерывная; она намотана многими параллельными проводами 6. Прокладки 7 между витками 1 образуют горизонтальный канал, идущий параллельно виткам, а рейки 4— вертикальные каналы между обмоткой и цилиндром 5.
Для трансформаторов небольшой мощности винтовые обмотки наматывают на рейки, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре, для мощных — на рейки, уложенные на раздвижной оправке. Торцы обмоток выравнивают сегментами 2 и путем равномерного увеличения высоты прокладок между опорным кольцом 3 и крайним витком.

Так как параллельные провода винтовой обмотки расположены концентрично и находятся на разном расстоянии от ее оси, то для выравнивания активных и индуктивных сопротивлений параллельных проводов и снижения потерь от циркулирующих токов, вызванных потоками рассеяния, в винтовых обмотках выполняют две групповые и одну общую транспозицию проводов (рис. 9, а). Групповая транспозиция (рис. 9,6) заключается в том, что провода витка делят поровну на две группы — верхнюю и нижнюю и при переходе в следующий виток верхнюю группу перемещают на место нижней, а нижнюю — на место верхней. Групповые транспозиции делают на ½ и 3/4 части витков обмотки. Общую транспозицию (рис. 9, в) выполняют в середине обмотки. Для этого при переходе витка из одной половины обмотки в другую верхний провод переставляют на место нижнего, а за ним поочередно перемещают на новое место остальные «параллельные провода. Количество переходов получается равным числу параллельных проводов. Переходы делают в пролетах между прокладками.
Винтовая обмотка
Рис. 8. Винтовая обмотка
Транспозиция проводов непрерывной обмотки
Рис. 9. Транспозиция проводов непрерывной обмотки:
а — схема, б — групповая  транспозиция, в — общая транспозиция

Кроме рассмотренной одноходовой винтовой обмотки применяют двух- и четырехходовые. Их устройство напоминает винт, резьба которого образована двумя или четырьмя нитками. Транспозиция у таких обмоток несколько сложнее, но совершеннее. Винтовые обмотки имеют  сравнительно небольшое количество витков, их изготовляют на большие токи и применяют главным образом в трансформаторах III—VIII габаритов.

 
« Обмотки мощных высоковольтных трансформаторов   Обозначение выводов и группы соединений двухобмоточных трансформаторов »
электрические сети