Развитие производства электрических машин и трансформаторов тесно связано с прогрессом в производстве магнитных, проводниковых и изоляционных материалов. Применительно к трансформаторам основной целью является улучшение характеристик трансформатора – уменьшение потерь энергии, веса и размеров, повышение надежности работы.
Материалы, применяемые для изготовления трансформаторов, разделяются на активные, т.е. сталь сердечника и металл обмоток; изоляционные, применяемые для электрической изоляции обмоток и других частей трансформатора, как, например, электроизоляционный картон, фарфор, дерево, трансформаторное масло и др.; конструкционные, идущие на изготовление бака, различных крепежных частей и т.д.; прочие материалы, употребляемые в сравнительно небольших количествах.
Одним из основных активных материалов трансформатора является тонколистовая электротехническая сталь.
Согласно ГОСТ 21427.0-75, ГОСТ 21427.3-75 она делится:
По структурному состоянию и виду прокладки на классы:
Горячекатаная изотронная.
Холоднокатаная изотронная.
Холоднокатаная анизотронная с ребровой текстурой.
По содержанию кремния:
0. С содержанием кремния до 0,4 % вкл. (нелегированная);
1. С содержанием кремния св.0,4 до 0,8 % вкл.;
2. С содержанием кремния св.0,8 до 1,8 % вкл.;
3. С содержанием кремния св.1,8 до 2,8 % вкл.;
4. С содержанием кремния св.2,8 до 3,8 % вкл.;
5. С содержанием кремния св.3,8 до 4,8 % вкл.
По основной нормируемой характеристике на группы:
0. Удельные потери при магнитной индукции 1,7 Т и частоте 50 Гц (Р1,7/50).
1. Удельные потери при магнитной индукции 1,5 Т и частоте 50 Гц (Р1,5/50).
2. Удельные потери при магнитной индукции 1,0 Т и частоте 400 Гц (Р1,0/400).
3. Магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/М (В0,4).
4. Магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/М (В10).
В зависимости от структурного состояния, содержания кремния, характера и уровня магнитных свойств, листы, рулоны и ленты изготавливаются из соответствующей стали.
Сведения по геометрическим размерам листов, рулонов, толщине прокатки и точности этих размеров, магнитным свойствам различных марок, правилам приемки и испытаний подробно приведены в
ГОСТ 21427.0-75, ГОСТ 21427.3-75 Сталь электротехническая листовая.
Применение холоднокатаной стали позволяет увеличить индукцию в сердечнике до 1,65–1,7 Т против 1,4–1,45 Т для горячекатаной стали и существенно уменьшить вес активных материалов трансформатора при одновременном уменьшении потерь энергии. Вместе с этим уменьшается также и вес остальных материалов, металла бака, масла и т. д.
Холоднокатаная сталь дороже горячекатаной, однако ее преимущества столь существенны, что все вновь проектируемые серии трансформаторов разрабатываются только на холоднокатаной стали.
В качестве металла обмоток в течение долгого времени служит медь. Низкое удельное электрическое сопротивление, легкость обработки (намотка, пайка) удовлетворительная стойкость по отношению к коррозии и достаточная механическая прочность электролитической меди сделали ее единственным материалом для обмоток трансформаторов
В последние десятилетия в связи с недостатком меди в трансформатостроении применяются и алюминиевые обмотки. Цена 1 кг обмоточного алюминиевого провода марки АПББО на 5–7 % ниже медного провода марки ПББО. Увеличение объема алюминиевых обмоток по сравнению с эквивалентными медными приводит к увеличению стоимости работы по намотке обмоток, а также к значительному увеличению расхода некоторых изоляционных материалов бумажно-бакелитовых цилиндров (примерно на 30–35 %) электрокартона и пропиточного лака (примерно на 50–60 %). Увеличение стоимости работы и стоимости этих материалов компенсируется уменьшением веса и стоимости провода обмотки так, что общая стоимость рационально спроектированного трансформатора с алюминиевыми обмотками практически не отличается от стоимости эквивалентного трансформатора с медными обмотками.
В большинстве масляных трансформаторов применяется обмоточный провод марки ПББО (АПББО для алюминиевого) с изоляцией из кабельной бумаги класса нагревостойкости А (предельно допустимая температура +105 °С) с общей толщиной 0,45–0,50 мм на две стороны. Применение провода с изоляцией более высоких классов нагревостойкости (Е, В и т. д.), допускающих более высокие предельные температуры, в масляных трансформаторах смысла не имеет потому, что допустимая температура обмоток определяется не только классом изоляции, но также и допустимой температурой нагрева масла, в котором находится обмотка.
Применение провода с изоляцией повышенной нагревостойкости марок ПСД (с изоляцией из стекловолокна) или ПДА (композиция из асбестового волокна с лаками) имеет смысл в сухих трансформаторах, где за счет повышения температуры обмоток возможно допустить более высокие плотности тока и получить трансформатор с меньшим расходом активных материалов.
