Обмотки трансформаторов должны удовлетворять ряду требований, из которых наибольшее значение имеют следующие: а) обмотка должна быть экономична как в отношении первоначальных затрат с учетом степени дефицитности меди, так и в отношении к.п.д. трансформатора при его эксплуатации; б) тепловой режим обмотки должен соответствовать требованиям стандарта, так как отступление от этих требований в сторону допуска больших температур резко сокращает срок службы трансформатора; в) обмотка должна быть механически устойчива в отношении усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях трансформатора; г) обмотка должна обладать необходимой электрической прочностью в отношении перенапряжений.
Эти требования часто взаимно противоречивы. Так, например, при большей плотности тока в обмотке затрата меди меньше, но больше потери в меди и, следовательно, ниже к. п. д. трансформатора. При допущении больших превышений температуры обмоток уменьшаются габариты трансформатора, но сокращается срок его службы и т. д. Поэтому современная конструкция обмоток трансформатора, особенно трансформатора высокого напряжения, представляет собой результат длительной работы, проверенной опытом эксплуатации трансформаторов.
По способу расположения обмоток высшего и низшего напряжений (ВН и НН) относительно друг друга различают: а) концентрические обмотки, т. е. такие, которые в каждом поперечном сечении представляют собой окружности, имеющие общий центр; б) чередующиеся, в которых части обмоток ВН и НН попеременно следуют друг за другом по высоте стержня.
Концентрическая обмотка показана в схематическом виде на рис. 12-3, а, 12-4, а, 12-5, а, 12-6, 12-7 и 12-8. Обычно ближе к стержню располагают обмотку НН, так как по сравнению с обмоткой ВН ее легче изолировать от стержня.
Основными типами концентрических обмоток являются: а) цилиндрическая слоевая обмотка; б) винтовая обмотка и ее видоизменения и в) непрерывная обмотка.
Цилиндрическая слоевая обмотка. Если сечение витка не превышает 8—10 мм2, то цилиндрическая обмотка выполняется как многослойная из проводов круглого сечения; при больших сечениях витка — чаще всего как двухслойная из проводов прямоугольного сечения (рис. 12-15).
Чередующаяся обмотка показана в схематическом виде на рис. 12-3, б, 12-4, б, 12-5, б и 12-9. Здесь части обмоток ВН и НН чередуются и расположены так, чтобы ближе к ярму находились катушки обмотки НН. Основная область применения чередующихся обмоток— броневые трансформаторы. По сравнению с концентрическими обмотками они имеют ряд недостатков: более трудоемки при изготовлении, менее устойчивы в отношении коротких замыканий и труднее изолируются друг от друга и от ярма.
Основным конструктивным типом трансформатора в СССР является трансформатор со стержневым сердечником и концентрической обмоткой.
В. Бак масляного трансформатора. В настоящее время наибольшее значение имеют масляные трансформаторы, в которых собственно трансформатор, или так называемая выемная часть его, т. е. сердечник с расположенными на нем обмотками, помещается в бак с маслом. Нагреваясь, масло начинает циркулировать внутри бака и этим обеспечивает естественное охлаждение трансформатора.
Конструкция бака находится в тесной связи с тепловым расчетом трансформатора. Обычная форма бака силового трансформатора — овальная. В механическом отношении бак должен выдерживать избыточное внутреннее давление 0,5 ат. Бак устанавливается на тележке с катками, которые должны быть рассчитаны на полную массу трансформатора.
Условия охлаждения трансформатора тем тяжелее, чем больше мощность трансформатора. Соответственно этому изменяется и конструкция бака трансформатора, а именно:
- трансформаторы очень малой мощности — примерно до 30 кВ*А — имеют гладкие баки, являющиеся простейшим типом баков;
- в трансформаторах большей мощности —примерно до 3000 кВ -а— применяют трубчатые баки, в стенки которых вваривают трубы диаметром около 50 мм, располагаемые в один-три ряда (рис. 12-19). Ранее применявшиеся баки из волнистого железа в настоящее время не применяются, так как по сравнению с трубчатыми они менее прочны механически и хуже охлаждают трансформатор;
- трансформаторы мощностью примерно до 10 000 кВ*А имеют пристроенные к стенкам бака охладители-радиаторы с естественным охлаждением. Радиатор состоит из двух сборных коробок — верхней и нижней (1 на рис. 12-20), которые присоединяются к стенкам бака с помощью фланцев 2 и в которые ввариваются в два ряда трубы 3 диаметром около 50 мм и толщиной около 2 мм.
Трубы располагаются либо с одной стороны сборной коробки— одиночный радиатор, либо с обеих сторон ее — сдвоенный радиатор. Относительно стенок бака радиаторы располагаются либо по касательным к ним, либо радиально. В большинстве случаев применяют систему сдвоенных радиаторов радиального типа;
г) в трансформаторах мощностью от 10 000 кВ*А и выше применяют обдув радиаторов. Первоначально широко применялась централизованная система обдува с помощью одного или двух вентиляторных агрегатов.
Опыт показал, что такая система менее экономична, чем система обособленного обдува радиаторов с помощью одного или нескольких вентиляторов мощностью 150—200 вт, устанавливаемых на каждом радиаторе (4 на рис. 12-20).
В трансформаторах, устанавливаемых на гидростанциях, применяют охлаждение масла водой в маслоохладителях того или иного типа. В этом случае осуществляют принудительную циркуляцию масла с помощью специального насосного агрегата. Трансформаторы с таким способом охлаждения имеют по сравнению с обычными значительно меньшие габариты.
