5.4. 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.