3217_EI
.pdf
а) |
б) |
в) |
г) |
Рис. 27. Защита изоляции обмотки с помощью реек
Рейки формы, показанной на рис. 27, а и б, применяются для образования осевых каналов в обмотках, не имеющих радиальных каналов. Рейки формы по рис. 27, в и г применяются в обмотках с радиальными каналами вместе с прокладками (их форма на рис. 28). Деревянные рейки используются в обмотках класса напряжения не выше 10 кВ (испытательное напряжение 35 кВ). Полоски электроизоляционного картона, прикрепленные к деревянным рейкам (рис. 27, а), служат для защиты изоляции обмотки от повреждений при нажиме ребром рейки при забивании рейки в обмотку.
Радиальные (горизонтальные) каналы между катушками или между витками в обмотках с большим числом параллельных проводов обычно образуются междукатушечными прокладками, выштампованными из электроизоляционного картона (рис. 28). Каждая междукатушечная или междувитковая прокладка набирается из нескольких пластин толщиной от 0,5÷3 мм до нужной толщины, соответствующей осевому размеру радиального канала. При наличии картона большей толщины можно штамповать прокладки и вырезать рейки из листов картона толщиной, соответствующей осевому или радиальному размеру канала.
Для того чтобы связать рейки с междукатушечными прокладками, в картонных прокладках проштамповываются просечки по рис. 28. Этими просечками междукатушечные прокладки надеваются на крайнюю широкую полосу рейки (рис. 29) при намотке на станке или сборке обмотки на стержне.
В обмотках некоторых типов (например, в чередующихся или в обмотках, наматываемых отдельными катушками) применение реек иногда оказывается неудобным. В этом случае применяются так называемые замковые междукатушечные прокладки. Одна из конструкций замковой прокладки изображена на рис. 30. Осевой канал между обмоткой и цилиндром в этом случае образуется специальными прокладками со сквозной просечкой (деталь 1 на рис. 30). Эти прокладки 1 и прокладки, образующие междукатушечные радиальные каналы 2, прошиваются полоской картона 3, отгибаемой в междукатушечный канал.
51
Рис. 28. Прокладка междукатушечной |
Рис. 29. Схема соединения: |
изоляции |
1 – цилиндр; 2 – катушки; |
|
3 – рейки; 4 – междукатушечные прокладки |
Рис. 30. Замковая прокладка
Ввиду того, что стандартные толщины листов электроизоляционного картона кратны 0,5 мм, расчетные толщины прокладок (и размеры каналов) должны быть также кратны этому размеру. Это соображение относится также к рейкам, склеенным из полосок картона. Для упрощения намотки обмотки желательно размеры всех радиальных и осевых каналов выбирать кратными одному из значений стандартной толщины картона
(0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3,0 мм).
После установки обмоток и сборки отводов активная часть трансформатора обычно подвергается сушке под вакуумом при температуре около 100 °С. В результате сушки междукатушечные прокладки и шайбы дают усадку, по толщине достигающую 4–6 %.
Число реек по окружности для трансформаторов до 630 кВ·А выбирают обычно исходя из условий удобства намотки, для более мощных трансформаторов – из условий механической прочности. Для ориентировки при выборе числа реек могут служить следующие данные для трансформаторов мощностью:
52
от 100 до 630 кВ·А………………….. |
8 реек; |
от 1000 до 1600 кВ·А……………….. |
8–12 реек; |
от 2500 до 10000 кВ·А……………… |
12–16 реек; |
от 16000 до 63000 кВ·А…………….. |
16–24 реек. |
Втрансформаторах от 10 000 кВ·А и выше число реек должно быть таким, чтобы расстояние между их осями по среднему витку внешней обмотки было равно 150–180 мм. Ширина b прокладок обычно принимается равной от 40 до 60 мм, длина определяется радиальным размером обмотки.
Все обмотки трансформаторов по характеру намотки можно подразделить на следующие основные типы: 1) цилиндрические; 2) винтовые; 3) катушечные.
Всвою очередь, эти обмотки могут подразделяться по ряду второстепенных признаков: числу слоев или ходов, наличию параллельных ветвей, наличию транспозиций и т. д. В данном методическом указании рассматриваются обмотки, используемые при расчете в [6]: цилиндрическая одно- и двухслойная, винтовая и непрерывная катушечная, выполненные из прямоугольного провода. Описание этих и других типов обмоток представлено в [7–9].
6.3. Цилиндрические обмотки из прямоугольного провода
Простой цилиндрической называется обмотка, сечение витка которой состоит из сечений одного или нескольких параллельных проводов, а витки и все их параллельные провода расположены в один ряд без интервалов на цилиндрической поверхности в ее осевом направлении.
Обмотка, состоящая из двух или большего числа концентрически расположенных простых цилиндрических обмоток (слоев), называется двухслойной или многослойной ци-
линдрической обмоткой (рис. 31).
На рис. 32 показана однослойная цилиндрическая параллельная обмотка из трех параллельных прямоугольных проводов с семью витками и с высотой витка hв. Ввиду того, что намотка витков ведется по винтовой линии, и начала первого витка слоя и его последнего витка оказываются на одной образующей цилиндра, общая высота обмотки l определяется высотой не семи витков, а на один больше. Для выравнивания торцовых поверхностей обмотки к верхнему и нижнему виткам каждого слоя прикрепляется опорное разрезное кольцо, вырезанное из бумажно-бакелитового цилиндра (рис. 33). Крепление кольца к обмотке осуществляется путем подвязки хлопчатобумажной лентой. Концы ленты, охватывающей кольцо, пропускаются между несколькими крайними витками обмоток.
53
а) |
б) |
|
Рис. 31. Цилиндрическая обмотка однослойная (а) |
Рис. 32. Однослойная цилиндрическая |
|
и многослойная (б) |
|
обмотка |
а) |
б) |
а) |
б) |
Рис. 33. Бумажно-бакелитовый цилиндр: |
Рис. 34. Намотка провода: |
||
а – разрезное кольцо; б – его плоская развертка |
а – плашмя; б – на ребро |
||
При таком закреплении концов ленты возможное отклонение осевого размера катушки с размерами от 0,2 до 1,0 м обычно составляет от 5 до 15 мм. Увеличение размеров также связанно с неплотной намоткой провода и отклонением толщины изоляции. Поэтому при расчете осевого размера такой обмотки расчетную сумму высот проводов принимают на 5–15 мм меньше заданного осевого размера l. В этом случае, когда в процессе намотки обнаруживается, что запас по высоте 5–15 мм оказывается частично или полностью излишним, в обмотку для заполнения высоты параллельно с проводом вматываются полоски электроизоляционного картона.
54
Намотка провода может производиться «плашмя» или на «ребро» (рис. 34). Намотка на «ребро» несколько труднее намотки «плашмя», и при такой обмотке увеличиваются добавочные потери в обмотке. В случае применения намотки на «ребро» рекомендуется употреблять провод с соотношением 1,3 < b/а < 3.
Цилиндрическая обмотка может быть намотана из нескольких параллельных проводов с одинаковой площадью и одинаковыми размерами поперечного сечения.
Втрехфазных трансформаторах мощностью 25÷630 кВ·А обмотка наматывается в два слоя. Сравнительно редко применяется обмотка в три слоя, так как для нормального охлаждения каждый слой обмотки должен хотя бы с одной стороны омываться маслом.
Критерием для определения числа поверхностей слоя, омываемых маслом, служит плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности слоя q, Вт/м2, т. е. потери в обмотке, отнесенные к единице площади поверхности. Вопрос о числе поверхностей слоя (одна или две), охлаждаемых маслом, решается в зависимости от материала обмотки (медь или алюминий), плотности тока в обмотке и радиального размера провода. Плотность теплового потока в обмотках этого типа обычно не превышает 800–1000 Вт/м2 при медном проводе и 600–800 Вт/м2 при алюминиевом.
При выполнении обмотки в два слоя витки обоих слоев соединяются, как правило, последовательно. Параллельное соединение вызывает увеличение потерь в обмотке. Потери уменьшаются, если выполнить транспозицию витков между слоями.
При последовательном соединении слоев общее число витков обмотки может быть как четным, так и нечетным. В обоих случаях число витков каждого слоя делается равным половине числа витков всей обмотки. При общем нечетном числе витков число витков каждого слоя получается дробным, кратным половине витка. В этом случае переход из одного слоя в другой располагается со сдвигом 180° по окружности обмотки по отношению к расположению начала и конца обмотки. Полное число витков обмотки одного стержня всегда должно быть целым числом.
Вдвухслойной обмотке с последовательным соединением слоев напряжение между двумя крайними витками двух слоев, т. е. между началом и концом обмотки, равно полному напряжению обмотки одногостержня. Изоляция между такими витками, а значит, и изоляция между слоями обмотки, должна быть рассчитана по полному напряжению обмотки одного стержня. При рабочих напряжениях до 1 кВ эта изоляция легко осуществляется масляным каналом шириной 4÷8 мм или цилиндрической прокладкой между слоями из электроизоляционного картона. При рабочих напряжениях обмотки 3 и 6 кВ необходим масляный канал с барьером из двух слоев электроизоляционного картона общей толщиной 2 мм. Масляный канал между слоями образуется при помощи реек (рис. 27, а или б). При напряжениях более
55
высоких, чем 6 кВ, вследствие усложнения междуслойной изоляции двухслойная цилиндрическаяобмоткавтрансформаторахмощностью25÷630 кВ·Аобычнонеприменяется.
Механическая стойкость цилиндрической обмотки, представляющей в сечении каждого слоя, как это видно из рис. 32, высокую колонку с относительно малым поперечным размером и относительно неплотной намоткой, при осевых силах, возникающих при коротких замыканиях, невелика.
Вследствие этого применение одно- и двухслойных цилиндрических обмоток ограничивается обычно трансформаторами мощностью не более 630 кВ·А. Также по соображениям механической прочности ограничивается и применение большого числа параллельных проводов. С увеличением числа параллельных проводов увеличивается высота витка, измеренная в осевом напряжении, а вместе с этим и угол наклона провода к плоскости поперечного сечения обмотки, что при значительных осевых силах, возникающих при коротких замыканиях, может привести к «сползанию» витков. Обычно по этим соображениям не рекомендуется брать число параллельных проводов более 4–6 при намотке «плашмя» и 6–8 при намотке на «ребро».
Предельный ток в обмотке одного стержня ограничивается сечением применяемого прямоугольного провода и обычно принимаемой плотностью тока J = 2,3·106÷3,5·106 А/м2
– для медных и J = 1,5·106÷2,5·106 А/м2 – для алюминиевых обмоток. Такие обмотки применяются для токов в катушке одного стержня не выше 800 А из медного провода и не выше 600−650 А из алюминиевого провода.
Одно- и двухслойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода широко применяется как обмотка НН трех- и однофазных масляных силовых трансформаторов с мощностью на один стержень Sст > 250 кВ·А при напряжении обмотки не выше 6 кВ. Этот тип обмотки может также применяться в качестве обмотки ВН при напряжении в пределах до 6 кВ.
6.4. Винтовые обмотки
Одноходовой винтовой обмоткой трансформатора называется обмотка, витки ко-
торой следуют один за другим в осевом направлении по винтовой линии, а сечение каждого витка образовано сечениями нескольких параллельных проводов прямоугольного сечения, расположенными в один ряд в радиальном направлении обмотки (рис. 35, а).
Обычно витки обмотки разделяются радиальными масляными или воздушными охлаждающими каналами. В некоторых обмотках эти каналы могут быть сделаны через два витка. Винтовая одноходовая обмотка может быть намотана и без радиальных каналов с плотным прилеганием витка к витку.
56
Обмотка, состоящая из двух (или более) одноходовых обмоток, взаимно расположенных подобно ходам резьбы двухходового (многоходового) винта, называется двухходовой (многоходовой) винтовой обмоткой. Сечение витка при этом образуется общим поперечным сечением проводов всех ходов. Эта обмотка также может быть выполнена с радиальными каналами между всеми витками и внутри витков между образующими их ходами, или с каналами только между витками и без каналов внутри витков, или совсем без радиальных каналов с плотным прилеганием всех ходов.
а) б)
Рис. 35. Винтовая обмотка:
а – одноходовая; б – двухходовая (многоходовая)
Винтовая обмотка выполняется только из прямоугольного провода. При этом все параллельные провода этой обмотки обязательно должны иметь равные не только площади, но и размеры поперечного сечения. При несоблюдении этого правила становится невозможным уравнивание сопротивлений параллельных проводов путем их перекладки в процессе намотки обмотки.
При значительном сечении витка, полученном по расчету, могут быть приняты две группы параллельных проводов, и обмотка выполнена в виде двухходовой (рис. 35, б).
Обе группы проводов у начала и конца обмотки соединяются параллельно. В большинстве случаев в двухходовых обмотках радиальные каналы выполняются как между витками, так и внутри витка между группами проводов (рис. 36, б). Иногда для экономии места по высоте обмотки радиальные каналы делаются только между витками, и обе группы проводов в каждом витке наматываются вплотную с прокладкой между группами толщиной 0,5–1,0 мм (см. рис. 36, в). Прокладка обеспечивает механическую устойчивость обмотки. Двухходовая винтовая обмотка может быть также выполнена совсем без радиальных каналов и без прокладок в витках и между витками (рис. 36, г).
57
а) |
б) |
в) г)
Рис. 36. Выполнение радиальных каналов:
а– одноходовая обмотка; б – двухходовая обмотка с каналом между двумя группами проводов;
в– двухходовая обмотка без канала внутри витка; г – двухходовая обмотка без радиальных каналов
Обычно винтовая обмотка наматывается на жестком бумажно-бакелитовом цилиндре на рейках, расположенных по образующим цилиндра. Для мощных трансформаторов (более 10000 кВ·А на один стержень) обмотка может быть намотана на специальной оправке, затем снята с нее и при насадке на стержень изолирована от него мягким цилиндром из электроизоляционного картона.
Радиальные каналы между витками в обоих случаях образуются междувитковыми прокладками из электроизоляционного картона, нанизываемыми на рейки.
В винтовой обмотке параллельные провода наматываются на цилиндрических поверхностях с разными диаметрами. Вследствие этого активные сопротивления параллельных проводов получаются неравными. В трансформаторах с концентрическим расположением обмоток ВН и НН поле рассеяния направлено в осевом направлении обмоток. В радиальном направлении по ширине каждой из обмоток индукция поля рассеяния возрастает по прямой линии от внешнего края обмотки к каналу между обмотками ВН и НН. Различное положение проводов в поле рассеяния обмотки приводит к неравенству реактивных, а следовательно, и полных сопротивлений параллельных проводов.
Для выравнивания полных сопротивлений проводов во избежание неравномерного распределения тока в винтовой обмотке обязательно должна производиться транспози-
ция (перекладка) проводов.
58
В одноходовой обмотке обычно применяют комбинацию двух видов транспозиции
–групповую, когда все параллельные провода делятся на две или большее число групп и изменяется взаимное расположение этих групп без изменения расположения проводов в группе, и общую, при которой изменяется взаимное расположение всех проводов. При применении транспозиции этих видов обмотка делится по длине на четыре равных участка, содержащих по 1/4 всех витков обмотки. На границах этих участков производится три транспозиции – две групповые на 1/4 и 3/4 общего числа витков, считая от начала обмотки, и одна общая на 2/4 общего числа витков. В групповых транспозициях все параллельные провода делятся на две равные группы (при нечетном числе проводов одна из групп имеет на один провод больше, чем другая). В общих транспозициях каждый провод перекладывается самостоятельно.
Принципиальная схема транспозиции для одноходовой обмотки из шести параллельных проводов показана на рис. 37, а. Такой же способ транспозиции может быть применен
ипри нечетном числе параллельных проводов, например при пяти проводах (рис. 37, б). Для получения правильной транспозиции, дающей действительное выравнивание со-
противлений проводов, необходимо группировать провода так, чтобы в обеих групповых транспозициях в одни и те же группы соединялись одни и те же проводники, как это показано на рис. 37. Чтобы проверить правильность схемы транспозиций, достаточно для каждого провода просуммировать номера мест, которые он занимает в витке на всех четырех участках обмотки. Так, по рис. 37, а для провода 1, выделенного жирной линией, эта сумма дает 1 + 4 + 3 + 6 = 14, по рис. 37, б для соответствующего провода 1 + 4 + 2 + 5 = 12. В правильно транспонированной обмотке такие суммы для всех параллельных проводов должны получаться равными между собой.
Такая транспозиция является действенной только для четырех параллельных проводов, однако у силовых трансформаторов общего назначения дает почти равномерное распределение тока между параллельными проводами и относительно малые добавочные потери. При числе параллельных проводов обмотки от 12–15 и больше применяются сложные схемы транспозиций [7].
Внешний вид общей и групповой транспозиции показан на рис. 38. Из рисунка видно, что такая транспозиция увеличивает осевой размер обмотки на высоту витка и радиального канала. Таким образом, общий осевой размер (высота) обмотки при двух групповых и одной общей транспозициях увеличивается на высоту трех витков и трех каналов. Следует также помнить, что за счет совпадения на одной образующей начала и конца обмотки осевой размер увеличивается еще на высоту одного витка и одного канала.
59
а) |
б) |
Рис. 37. Схема транспозиции для одноходовой обмотки: а – из шести проводов; б – из пяти проводов
а) |
б) |
Рис. 38. Схемы транспозиций:
а– групповая; б – общая
Вдвухходовой винтовой обмотке в каждом ее ходу могут быть также сделаны групповые и общие транспозиции. Однако в такой обмотке можно применить и другой, более совершенный вид транспозиции [7–9]. Сечение витка такой обмотки состоит из двух групп проводов. Идея транспозиции заключается в постепенном круговом перемещении проводов в сечении витка по мере намотки обмотки так, чтобы каждый провод побывал во всех возможных положениях, проходя в них равные отрезки (выражаемые обычно в числе витков). В отличие от групповой и общей транспозиций, такую транспозицию можно назвать равномерно распределенной. Обычно в двухходовой обмотке число транспозиций делают равным числу параллельных проводов или их удвоенному числу.
60