§ 20. ОБМОТКИ И ИЗОЛЯЦИОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ
Обмотки трансформатора представляют собой его электрические цепи, по которым протекают первичный и вторичный токи. Вместе с магнитопроводом обмотки являются важнейшим элементом конструкции трансформатора.
Для выполнения обмоток трансформатора 1—3-го габаритов применяют медный и алюминиевый провод круглого и прямоугольного сечения. Круглый провод используют, как правило, в лакостойкой эмалированной или в бумажной изоляции, прямоугольный провод — только изолированный несколькими слоями кабельной или телефонной бумаги.
В трансформаторах средней и малой мощности применяют обмотки нескольких типов, отличающихся своими механическими и электрическими характеристиками.
Наиболее простой является цилиндрическая одно- или двухслойная обмотка из прямоугольного провода (рис. 31). Она состоит из одного или двух слоев с продольным 66 (вертикальным) масляным каналом. В каждом слое витки расположены вплотную друг к другу в осевом направлении. Эти обмотки очень просты в изготовлении, но имеют недостаточную прочность при воздействии осевых усилий. Применяются они главным образом как обмотки НН и могут иметь до четырех параллельных проводников в витке (на рисунке два проводника).
Рис. 31. Цилиндрическая двухслойная обмотка из прямоугольного провода
Более сложной является цилиндрическая многослойная обмотка. Она наматывается из круглого провода на бумажно-бакелитовый цилиндр и состоит из нескольких слоев, разделенных межслоевой изоляцией из бумажных цилиндров. При большом числе слоев обмотку выполняют из двух катушек (рис. 32), между которыми имеется охлаждающий канал.
Многослойную цилиндрическую обмотку используют в качестве обмоток ВН и НН при напряжении от 6 до 35 кВ. Она довольно проста в изготовлении, но недостаточно прочна по отношению к осевым усилиям, что ограничивает ее применение лишь трансформаторами 1 и 2-го габаритов.
В трансформаторах 3-го габарита (и в более мощных) широко применяют винтовые обмотки (часто их называют спиральными). Винтовая обмотка состоит из ряда витков (рис. 33), наматываемых на бумажно-бакелитовом цилиндре в виде спирали с каналами между витками. Каналы создаются набором прокладок, равномерно располагаемых по окружности (рис. 34).
Чаще всего витки винтовой обмотки состоят из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения, располагаемых плашмя и вплотную друг к другу в радиальном направлении. Для равномерного распределения тока между параллельными проводниками в винтовых обмотках делают перекладки (транспозиции) проводников. При перекладке стремятся, чтобы каждый проводник попеременно занимал все положения, возможные в пределах одного витка.
На рис. 35 показан один из способов перекладки проводников. Каждый виток наматывают из четырех параллельных проводников (1, 2, 3, 4), которые перекладывают трижды. На расстоянии 1/4 и 3/4 высоты обмотки проводники разделяют на две равные группы, меняющиеся местами (рис. 36, а); эти транспозиции так и называют групповыми. В середине обмотки производят общую перекладку, когда все проводники меняют местами (рис. 36, б и 35).
Рис. 34. Винтовая обмотка из нескольких параллельных проводников в витке
Рис. 33. Винтовая (спиральная) обмотка из одного провода в витке
Рис. 32. Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода
Рис. 35. Схема транспозиции в винтовой обмотке из четырех параллельных проводников: 1, 2, 3, 4 — проводники
Винтовые обмотки очень удобны тем, что их витки можно делать из большого числа параллельных проводников (до 24 и более), что позволяет использовать их при очень больших токах. Они обладают значительной механической прочностью и широко применяются в трансформаторах в качестве обмоток низшего напряжения.
Особенно широкое применение для трансформаторов 3-го габарита имеют непрерывные обмотки (рис. 37). Они состоят из отдельных катушек (секций), намотанных из прямоугольного провода, причем в каждой катушке может быть несколько витков. На рис. 38 показана часть такой катушки с двумя витками; витки здесь выполнены двумя параллельными проводниками.
Обмотка такого типа получила свое название потому, что ее наматывают без разрывов, т. е. переход из одной катушки в другую производится непрерывно, без паек. Это достигают перекладыванием витков каждой второй катушки с тем, чтобы один переход (из катушки в катушку) был снаружи обмотки, а второй — внутри (рис. 39).
В непрерывной обмотке может быть до четырех и даже шести параллельных проводов в витке. В ней также производят транспозицию проводников, однако выполняют ее в каждой катушке при переходе проводников из одной катушки в другую.
В непрерывных обмотках особенно удобно выполнять ответвления для регулирования напряжения. Их делают обычно от наружных (реже — внутренних) переходов так, чтобы между двумя соседними ответвлениями заключались витки, соответствующие ступени регулирования (2,5 или 5% от номинального напряжения).
Непрерывные обмотки отличаются высокой механической прочностью и надежностью, поэтому их широко применяют как для обмоток НН, так и для обмоток ВН у трансформаторов различных мощностей и напряжений.
Обмотки трансформатора нужно изолировать от заземленных частей (магнитопровода, бака) и от других обмоток. Эту изоляцию обмоток называют главной. Кроме главной, имеется еще продольная изоляция обмоток. Продольной называют изоляцию между отдельными элементами данной обмотки — витками, катушками, слоями и др. Она выполняется при изготовлении обмотки и здесь не рассматривается. Главная изоляция, наоборот, почти вся устанавливается при сборке трансформаторов, поэтому ее основные элементы кратко рассмотрим.
В силовых трансформаторах главная изоляция — маслобарьерная, т. е. она состоит из трансформаторного (минерального) масла и барьеров из электрокартона. Причем электрическая прочность определяется главным образом прочностью масляных промежутков, в то время как барьеры играют вспомогательную роль. Поэтому при сборке важно сохранять размеры чисто масляных каналов, помня, что увеличение толщины барьера из электрокартона не может полностью заменить масляный промежуток.
Рис. 36. Транспозиции проводников в винтовых обмотках:
а — групповая, б — общая
Рис. 37. Непрерывная обмотка
Рис. 38. Часть катушки непрерывной обмотки с двумя параллельными проводниками в витке
Рис. 39. Переходы в катушках непрерывной обмотки: 1 — наружный, 2 — внутренний
Рис. 40. Ярмовая изоляция трансформатора:
1 — шайба, 2 — прокладка, 3 — заклепка
Рис. 41. Уравнительная изоляция трансформаторов 1 —3-го габаритов:
а — из дерева, б — из электрокартона; 1 — продольная планка, 2 — отверстие, 3 — поперечная планка, 4 — пластина, 5 — электрокартонная прокладка
Изоляцию обмоток от стержней магнитопровода осуществляют бумажно-бакелитовыми барьерами — цилиндрами и масляными каналами. У некоторых трансформаторов 3-го габарита (и почти у всех более мощных) изоляционные цилиндры выполняют из листового электрокартона толщиной 2 мм, который наматывают прямо на стержень магнитопровода.
Для сохранения масляного канала между стержнем и цилиндром помещают детали радиального крепления обмоток — деревянные планки и стержни, создающие необходимый масляный промежуток и препятствующие смещению обмотки в радиальном направлении.
Изоляция обмоток от верхнего и нижнего ярем достигается масляными каналами и барьерами, образуемыми так называемой ярмовой изоляцией, перекрывающей поверхность ярма, обращенную к обмоткам»
Ярмовая изоляция представляет собой электрокартонную шайбу (барьер) с прикрепленными к ней прокладками из прессованного электрокартона (рис. 40), создающими необходимый масляный промежуток.
При Т-образном сечении ярма для выравнивания полки ярмовой балки с плоскостью ярма применяют так называемую уравнительную изоляцию. Уравнительная изоляция заполняет промежуток между ярмовой балкой и ярмовой изоляцией; ее выполняют из дерева (бука, березы) или электрокартона (рис. 41, а и б). Уравнительная изоляция из электрокартона образуется пластинами, имеющими форму подковы и сегмента, к которым с двух сторон прикреплены прокладки.
В трансформаторах 1 и 2-го габаритов на напряжение до 15 кВ размер изоляционного промежутка от обмотки до ярем невелик, поэтому у них ярмовая и уравнительная изоляции совмещены и выполнены из деревянных планок или деталей из электрокартона простой формы.
