МНОГОСЛОЙНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБМОТКИ ИЗ КРУГЛОГО ПРОВОДА
В трансформаторах мощностью от 25 до 630 кВА нашли широкое применение многослойные цилиндрические обмотки из круглого медного или алюминиевого провода
Рис. 5.20. Многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода.
Рис. 5.21. Изоляция в торцовой части многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.
в качестве обмоток ВН при напряжениях от 3 до 35 кВ и обмоток НН при напряжениях от 3 до 10 кВ (рис. 5.20). В многослойной цилиндрической обмотке с последовательным соединением слоев вследствие значительного числа витков в слое между соседними витками, лежащими в разных слоях, могут возникнуть значительные напряжения. Так, между первым витком какого-либо слоя и рядом лежащим последним витком последующего слоя при нормальной работе трансформатора возникает рабочее, а при испытании индуктированным напряжением — испытательное напряжение двух слоев обмотки. В трансформаторах мощностью до 630 кВА при классе напряжения от 3 до 35 кВ суммарное рабочее напряжение двух слоев может достигнуть 5000—6000 В, а испытательное 10 000—12 000 В. Собственная изоляция провода в этих условиях оказывается недостаточной, и для обеспечения электрической прочности обмотки приходится применять дополнительную изоляцию между слоями. В качестве такой междуслойной изоляции с успехом применяется кабельная бумага, положенная в несколько слоев (рис. 5.21). Применение меньшего числа слоев более толстого электроизоляционного картона не оправдывает себя, так как картон менее эластичен, чем кабельная бумага, и при намотке сильно натянутого провода при не совсем гладкой поверхности обмотки иногда дает местные изломы, что в дальнейшем приводит к пробою междуслойной изоляции.
Для предохранения обмотки от разряда между соседними или вообще различными слоями по ее торцовой поверхности высота междуелойной изоляции делается обычно большей, чем высота слоя обмотки, на 20—50 мм (на две стороны), благодаря чему искусственно увеличивается длина пути возможного разряда. Для выравнивания высоты слоя обмотки с высотой междуслойной изоляции и создания твердой опорной поверхности обмотки к каждому слою обмотки прикрепляются так называемые бортики, т. е. свернутые в кольцо полоски электроизоляционного картона толщиной, равной толщине слоя. При намотке обмотки эти бортики предварительно приклеиваются к более широким (40—50 мм) полоскам телефонной бумаги (толщиной 0,05 мм), а затем эти полоски укладываются на междуслойную изоляцию и прижимаются крайними витками следующего слоя.
Витки, лежащие во внутренних слоях многослойной цилиндрической обмотки, не имеют непосредственного соприкосновения с охлаждающей средой — маслом или воздухом. Тепло, выделяющееся в этих витках, должно проходить в радиальном направлении через толщу слоев проводов и междуслойной изоляции, отделяющих эти слои от охлаждающего канала. При прохождении теплового потока через толщу обмотки возникает внутренний перепад температуры тем больший, чем больше число слоев обмотки и толщина междуслойной изоляции, и достигающий в отдельных случаях 10—12°С.
Для уменьшения этого перепада температуры стараются увеличить общую поверхность охлаждения и уменьшить радиальный размер обмотки. Этого можно достигнуть, разделив всю обмотку на две катушки с осевым каналом между ними.
Рис 5.22. Различные варианты выполнения многослойной цилиндрической обмотки:
а – обмотка ВН на цилиндре; б – обмотка ВН на рейках; в – обмотка НН; г – обмотка ВН на цилиндре с каналом; д – обмотка ВН на рейках с каналом
В обмотках НН, располагаемых между стержнем и обмоткой ВН, такой охлаждающий канал делит обмотку на две катушки с одинаковым числом слоев (рис. 5.22, в). В обмотках ВН, у которых внешняя поверхность свободно обтекается маслом и охлаждается лучше, чем внутренние поверхности, число слоев внутренней катушки составляет от 1/3 До 2/3 общего числа слоев. Расположение обмотки на цилиндре для различных вариантов может быть выполнено по рис. 5.22, а, б, г, д. С учетом этого перепада температуры рекомендуется ограничивать перепад на охлаждаемой поверхности обмотки и допускать плотность теплового потока не более 800—1000 Вт/м2.
Уменьшению внутреннего перепада температуры способствует также пропитка обмотки лаком. Главной целью пропитки является склеивание витков обмотки между собой и с междуслойной изоляцией, чем создается повышение механической прочности обмотки при коротких замыканиях трансформатора. Электрическая прочность внутренней изоляции обмотки от пропитки лаком не повышается, а в рассматриваемых многослойных цилиндрических обмотках, пропитываемых обычно простым погружением в лак с выдержкой в лаке без вакуумирования, даже несколько понижается. Понижение электрической прочности внутренней изоляции обмотки в этом случае объясняется пузырьками воздуха, остающимися главным образом между листами междуслойной изоляции. Для более полного удаления воздуха из обмотки рекомендуется производить пропитку лаком под вакуумом.
Многослойная цилиндрическая обмотка может быть намотана одним круглым проводом, а также, редко, двумя параллельными круглыми проводами. Ввиду того что все параллельные провода каждого витка располагаются у такой обмотки в одном и том же слое и, следовательно, сцеплены практически с одной и той же частью потока рассеяния, обмотка этого типа при последовательном соединении слоев не требует транспозиции параллельных проводов.
Пределы применения обмотки этого типа по току определяются сортаментом круглого медного обмоточного провода от наименьшего сечения 0,1134 мм2 при диаметре 0,38 мм до двух параллельных проводов наибольшего диаметра 5,20 мм и сечения 2х21,22 = 42,44 мм2. Это соответствует максимально возможному току обмотки одного стержня до 40—60 А при одном проводе и до 80—120 А при двух параллельных проводах в медных обмотках.
Круглый алюминиевый провод применяется диаметрами от 1,32 до 8 мм и сечениями от 1,37 до 50,24 мм2, что соответствует максимально возможному току обмотки 120—130 А, поскольку обмотки из провода диаметром 6— 8 мм наматываются только в один провод.
Так же как и в других цилиндрических обмотках, высота каждого слоя (осевой размер обмотки) определяется числом витков в слое, увеличенным на единицу.
В случае применения многослойной цилиндрической обмотки в качестве обмотки ВН витки, служащие для регулирования напряжения, располагаются в наружном слое обмотки или при большом числе слоев в двух наружных слоях. Регулировочные ответвления часто делаются путем вывода петли обмоточного провода без обрыва его (рис. 5.23, в). Эти ответвления выводятся к верхней торцовой части обмотки и укладываются под верхний слой витков по образующей или под хлопчатобумажную киперную ленту, которой обмотка обматывается по наружной цилиндрической поверхности для повышения механической прочности (рис. 5.23, а к б). Для изоляции ответвления от слоев обмотки, между которыми оно проходит, обычно применяют ся полоски электроизоляционного картона толщиной 0,5 и шириной 20—30 мм.
Рис. 5.23 Расположение регулировочных ответвлений в многослойной цилиндрической обмотке
а – под верхним слоем витков
б – под бандажом из киперной ленты
в – выполнение ответвления
Витки, отключаемые при регулировании напряжения на каждой ступени, должны быть разделены на две равные группы, расположенные в верхней и нижней половинах слоя симметрично относительно середины высоты обмотки. Такое расположение уменьшает осевые силы,
действующие на всю обмотку, и силы, действующие на отдельные витки внешнего слоя при коротком замыкании трансформатора. По условиям механической прочности применение многослойной обмотки из круглого провода ограничивается трансформаторами мощностью не более 630 кВА.
Межслойная изоляция рассчитывается по суммарному рабочему напряжению двух слоев обмотки. Обмотки с рабочим напряжением до 11—15 кВ оказываются при этом достаточно прочными и при воздействии на них импульсных перенапряжений. В обмотках с рабочим напряжением 35 кВ для сглаживания неравномерного распределения напряжений при импульсах хорошие результаты дает размещение под внутренним слоем обмотки металлического немагнитного экрана (рис. 5.21) — медного, латунного или алюминиевого листа толщиной 0,4—0,5 мм, свернутого в виде разрезанного цилиндра. Разрез шириной 30—40 мм по образующей цилиндра делается во избежание образования из цилиндра короткозамкнутого витка. Высота экрана принимается обычно равной высоте обмотки l. Экран изолируется от первого (внутреннего) слоя обмотки межслойной изоляцией из кабельной бумаги. Такая же изоляция укладывается под экран.
При наличии экрана ввод линейного конца делается к внутреннему слою обмотки и экран электрически соединяется с началом обмотки.
В обмотках напряжением 35 кВ имеющих экран, отпадает необходимость усиления изоляции входных витков (или слоев).
Во избежание пробоя витковой изоляции вследствие подъема напряжения у нейтрали при воздействии на обмотку импульсного перенапряжения усиливается изоляция последних четырех-пяти витков на каждой ступени регулирования напряжения.
В производстве многослойная цилиндрическая обмотка из круглого провода для трансформаторов мощностью до 630 кВА является более простой и дешевой по сравнению с применяемой иногда непрерывной катушечной обмоткой, поскольку позволяет вести намотку непрерывным проводом без перекладки витков и точной укладки их в катушки, с частотой вращения оправки, на которой наматывается обмотка, до 100—200 об/мин.
Кроме простоты намотки этот тип представляет большие удобства в выполнении регулировочных ответвлений. При выполнении изоляционного цилиндра между обмотками ВН и НН в виде «мягкого» цилиндра, намотанного из рольного электроизоляционного картона или кабельной бумаги, обмотки ВН и НН на один стержень трансформатора могут быть изготовлены в обмоточном цехе в виде готового комплекта, что в значительной мере облегчает установку обмоток на стержень и упрощает сборку трансформатора.
Многослойной цилиндрической катушечной обмоткой называется обмотка, составленная из ряда отдельных, расположенных в осевом направлении катушек, представляющих собой многослойные цилиндрические обмотки.
Рис. 5.24 Двойная (а) и одинарная (б) катушки. Межслойная изоляция картон (а) и кабельная бумага (б)
Многослойная цилиндрическая катушечная обмотка, как правило, выполняется из одного круглого провода без применения параллельных проводов. Для удобства сборки такая обмотка обычно выполняется в виде спаренных катушек, из которых одна наматывается правой, а другая левой намоткой. Применение различного направления намотки в соседних катушках позволяет производить их последовательное соединение, соединяя вместе одноименные, например внутренние, концы. При этом начало и конец каждой такой пары катушек будут находиться на наружной поверхности обмотки. Такие две последовательно соединенные катушки правой и левой намоток, имеющих начало и конец на наружной поверхности, комплектно изготовленные, носят название двойной катушки (рис. 5.24, а). Каждая из двух одинарных простых катушек, входящих в двойную, может отличаться от другой катушки не только направлением намотки, но и числом витков, изоляцией, витковой и межслойной, а в отдельных случаях даже сечением провода. Применение в многослойной цилиндрической катушечной обмотке двойных катушек обусловливает обязательное четное число одинарных катушек на стержне трансформатора.
Дата добавления: 2015-01-02; просмотров: 2603;