Зміст статті

 

Винтовая обмотка состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии, с масляными каналами между ними. Каждый виток состоит из нескольких одинаковых параллельных прямоугольных проводов, укладываемых плашмя в радиальном направлении. Такая обмотка называется одноходо-вой. Винтовую обмотку иногда называют многопараллельной обмоткой. Если обшее число параллельных проводов в обмотке трансформатора большой мощности очень велико (может достигать многих десятков), то винтовая обмотка может выполняться двухходовой или многоходовой, т. е. вся обмотка состоит из двух или более отдельных винтовых обмоток, вмотанных в процессе намотки одна в другую. Каждый ход может состоять из нескольких (до сорока) параллельных проводов. Каналы между витками и ходами винтовой обмотки образуются прокладками по рис. 3, б, в.
Винтовая обмотка имеет значительную торцовую поверхность, что позволяет обеспечить ее стойкость при больших осевых усилиях короткого замыкания, а также обладает развитой поверхностью охлаждения. Поэтому она пригодна для трансформаторов самых больших мощностей. В силовых трансформаторах общего назначения винтовые обмотки применяются, как правило, в качестве обмотки НН при сравнительно небольших напряжениях и большом токе, а также в качестве регулировочной обмотки (РО) практически для всех напряжений.

Выход концов и выравнивание опорной поверхности двухходовой винтовой обмотки

Рис. 4. Выход концов и выравнивание опорной поверхности двухходовой винтовой обмотки: 1 — прокладка дистанционная; 2 — кольцо опорное; 3— сегмент; 4 — бандаж.

Для установки обмотки на стержень она должна иметь плоскую торцовую поверхность. Такая поверхность создается опорными кольцами, устанавливаемыми на обоих концах обмотки. Промежуток между винтовой поверхностью крайнего витка обмотки и опорным кольцом выравнивают путем постепенного увеличения высоты набора прокладок. Если высота набора превышает 25 мм, для устойчивости прокладок устанавливают сегменты или шайбы (см. развертку обмотки на рис. 4).
Параллельные провода каждого хода винтовой обмотки расположены концентрично и находятся на разных расстояниях от ее оси. Для выравнивания длины и положения в магнитном поле рассеяния параллельных проводов, т. е. их активного и индуктивного сопротивления и, следовательно, обеспечения равномерного распределения тока между ними и соответственно уменьшения добавочных потерь, многопараллельные обмотки выполняются с транспозицией.


Схема намотки одноходовой обмотки с двумя групповыми и одной общей транспозицией

Рис. 5. Схема намотки одноходовой обмотки с двумя групповыми и одной общей транспозицией.
Выполнение групповой транспозиции в винтовых обмотках

Рис. 6. Выполнение групповой транспозиции в винтовых обмотках:
1 — клин: 2 — полоса; 3 — прокладка дистанционная.

В одноходовой винтовой обмотке обычно применяют комбинацию двух видов транспозиций — групповую (специальную), когда параллельные провода делятся на две группы и обе эти группы меняются местами, и общую (стандартную), когда изменяется взаимное расположение всех параллельных проводов. Эта транспозиция совершенна только при четырех параллельных проводах. На рис. 5 показана схема транспозиции при шести параллельных проводах.
Выполнение групповой транспозиции показано на рис. 6.
Переходы групповых транспозиций выполняют через поле (полем в обмотке называется расстояние между осями двух соседних столбов прокладок), и каждая групповая транспозиция занимает три поля. Среднее поле является центром транспозиции. Плавный переход проводов осуществляется с помощью клиньев, набранных из полос электрокартона и забандажированных тафтяной лентой или крепированной бумагой, подкладываемых под провода в месте перехода.
Клинья выравнивают радиальный размер витков в зоне транспозиции, и на них располагаются обе группы транспонируемых проводов. На участке обмотки от первой групповой транспозиции до второй устанавливают полосу из электрокартона толщиной 1 мм.
Переходы общей транспозиции выполняют в соседних полях, и, т. о., общая транспозиция занимает количество полей, равное количеству проводов. Под переходы общей транспозиции устанавливают клинья, прокладки и полосы. Клинья общей транспозиции также набирают из полос электрокартона и бандажируют тафтяной лентой или крепированной бумагой. Длина клина определяется длиной части окружности, занимаемой переходами всех проводов витка. Клинья предварительно следует подгонять по месту.
В одноходовой винтовой обмотке при числе параллельных проводов, кратных четырем, рекомендуется применять, как более совершенную, транспозицию Бюда. Она состоит из двух групповых транспозиций и двух общих. Перед первой групповой транспозицией все параллельные провода витка делятся на четыре группы, которые после выполнения первой групповой транспозиции меняются местами. При выполнении общей транспозиции все провода делятся на две группы, и провода каждой группы меняются местами относительно середины своей группы. В результате крайние провода занимают после транспозиции места средних проводов, а средние — крайних в своих группах. Вторую групповую транспозицию выполняют аналогично первой.

Схема намотки одноходовой обмотки с двумя групповыми и двумя общими транспозициями

Рис. 7. Схема намотки одноходовой обмотки с двумя групповыми и двумя общими транспозициями (транспозиция Бюда).

Одинарная равномерно распределенная транспозиция в двухходовой обмотке

Рис. 8. Одинарная равномерно распределенная транспозиция в двухходовой обмотке.

Схема транспозиции Бюда для восьми параллельных проводов показана на рис. 7.
Переходы групповой транспозиции Бюда делают через поле, и в рассматриваемом случае каждая групповая транспозиция занимает семь полей, среднее поле является центром транспозиции. В групповые транспозиции устанавливают клинья из полос электрокартона.
Общая транспозиция Бюда занимает число полей, равное половине числа параллельных проводов плюс одно поле, находящееся в центре транспозиции. (Например, при двадцати параллельных проводах общая транспозиция Бюда займет одиннадцать полей.). Под переходы устанавливают клинья, прокладки, полосы.
Т. к. при каждой транспозиции происходит закручивание проводов, идущих с барабанов, то для его уменьшения при выполнении второй групповой транспозиции переходы изгибают в сторону уже намотанной части обмотки, тем самым раскручивая провода. Поэтому при намотке последнего витка перед транспозицией канал плавно увеличивают до высоты, равной сумме высоты провода и двух каналов. После окончания транспозиции канал плавно уменьшают до размера канала, следующего за транспозицией. В каждом поле изменение высоты канала производится на толщину одной—двух прокладок. Суммарное число прокладок в увеличенных и уменьшенных каналах сохраняется постоянным. Т. о., первую групповую транспозицию делают по ходу намотки, а вторую — против хода намотки обмотки.
В двухходовых винтовых обмотках применяют полную равномерно распределенную транспозицию Хобарта (одинарную или двойную). При транспозиции Хобарта происходит круговая перестановка проводов через равные промежутки так, что каждый провод занимает все возможные положения в радиальном направлении. Транспозиция Хобарта является совершенной при четном количестве проводов. В одинарной равномерно распределенной транспозиции Хобарта число перестановок в обмотке равно числу параллельных проводов, а в двойной — удвоенному числу параллельных проводов. Предпочтительной является двойная полная равномерно распределенная транспозиция Хобарта. Схема одинарной равномерно распределенной транспозиции Хобарта для восьми параллельных проводов показана на рис. 8.
Рекомендуется выполнение двухходовых винтовых обмоток нечетным числом параллельных проводов, причем ход, имеющий меньшее число параллельных проводов, должен располагаться первым ходом сверху, а ход с большим числом параллельных проводов — вторым. Выравнивание радиального размера хода с меньшим числом параллельных проводов производится полосами из электрокартона, расположенными симметрично относительно среднего провода. Перекладку проводов следует выполнять через поле, начиная со второго хода в первый.
В обоснованных случаях допускается выполнение двухходовых винтовых обмоток с четным числом параллельных проводов. При этом переходы необходимо выполнять в одном поле и учитывать, что в местах перехода будет увеличение радиального размера витка на толщину провода и двух прокладок под переходами. Это увеличение радиального размера необходимо учитывать при рассмотрении изоляционного расстояния до соседней обмотки. Также в местах перехода образуются так называемые «ножницы» (провод перехода, находясь под углом к соседнему проводу, прижимается к нему), которые снижают надежность обмотки.
В трехходовых винтовых обмотках средний ход обмотки должен содержать четное число проводов и на один провод меньше, чем два других хода. В обмотке выполняется полная двойная равномерно распределенная транспозиция Хобарта. При этом сначала выполняется переход наружного провода из первого хода во второй, а затем, через поле, переход внутреннего провода из второго хода в первый, следующая перекладка — наружный переход из третьего хода во второй и через поле внутренний переход из второго хода в третий.
В нижней половине обмотки сначала следует производить переход внутреннего провода из третьего хода во второй, а затем наружный переход из второго хода в третий, следующая перекладка — внутренний переход из первого хода во второй и через поле наружный переход из второго хода в первый. Число перекладок равно удвоенному числу параллельных проводов.
В четырехходовых винтовых обмотках для каждой пары ходов выполняют полную двойную равномерно распределенную транспозицию Хобарта со сдвигом переходов соседней пары ходов минимум на одно поле. Для каждой пары ходов полная равномерно распределенная транспозиция Хобарта выполняется аналогично транспозиции двухходовой обмотки.
При большом числе витков, составленных из проводов относительно небольшой высоты, в целях уменьшения осевого размера обмотки и увеличения электродинамической стойкости обмотки при коротком замыкании применяют полувинтовые обмотки. В них охлаждающие каналы чередуются с шайбами из электрокартона с одним разрезом. Внутренний диаметр шайб берут на 2 мм больше внутреннего диаметра обмотки, а наружный — на 2—3 мм больше наружного диаметра. При намотке обмотки необходимо следить, чтобы шайбы прилегали к внутренним рейкам обмотки. В двух- и четырехходовых полувинтовых обмотках шайбы устанавливают между ходами, а каналы образуют между витками.
Винтовые обмотки могут наматываться из транспонированного провода. Простейшая обмотка имеет один ход из одного провода, но могут быть обмотки с несколькими ходами, в каждом из которых несколько параллельных проводов. При одном и том же суммарном сечении витка намотка винтовых обмоток из транспонированных проводов значительно проще, чем из обычных проводов. При намотке одноходовой винтовой обмотки из одного транспонированного провода необходимость в транспозиции отпадает, при двух параллельных транспонированных проводах необходимо производить транспозицию параллельных проводов на середине высоты обмотки, при трех — две транспозиции.
В многоходовых винтовых обмотках из транспонированного провода при нескольких параллельных проводах в ходе транспозицию производят в каждом ходе аналогично одноходовой обмотке, при этом, в целях экономии места по высоте обмотки, транспозицию в разных ходах делают со смещением центров. Например, транспозицию второго хода выполняют после транспозиции первого хода, и расстояния от начала обмотки до центра транспозиции первого и второго ходов получаются различными.
Переходы транспонированных проводов выполняются в одном, двух и трех полях в зависимости от ширины поля, канала и размера транспонированного провода. Переходы изолируют одним слоем крепированной бумаги, наматываемой с полуперекрытием. При выполнении перехода в двух полях при прохождении проводов через набор дистанционных прокладок виток выравнивают в осевом и радиальном направлении клиньями из электрокартона.
Наиболее сложными являются обмотки НН из транспонированного провода, выполняющиеся двухслойными, многоходовыми и многопараллельными. Этот вид обмоток применяют при необходимости вывода концов обмотки с одного края, чтобы исключить длинные отводы, идущие вдоль всей высоты обмотки. В таких обмотках необходимо выполнять транспозицию параллельных проводов в каждом слое каждого хода со смещением центров и транспозицию ходов при переходе из слоя в слой. Практика показала ненадежность двухслоевых винтовых обмоток из транспонированного провода в трансформаторах большой мощности при коротких замыканиях. Поэтому в мощных трансформаторах рекомендуется применять только однослоевые многоходовые, многопараллельные винтовые обмотки из транспонированного провода, несмотря на увеличение потерь в конструкции от отводов НН.
В винтовых обмотках при коротком замыкании возникают значительные силы, стремящиеся раскрутить обмотку, поэтому концы винтовых обмоток должны быть надежно закреплены. Пример закрепления концов в двухходовых обмотках при числе параллельных проводов не более 12 показан на рис. 4. Места изгибов проводов изолируют крепированной бумагой (в один слой с перекрытием половины ширины), устанавливают полосы и сегменты, бандажируют конец обмотки к соседнему витку киперной лентой.
Требования к выходу концов обмоток из транспонированного провода в части установки сегментов и бандажей такие же, как в винтовых обмотках из провода ПБ, со следующими дополнениями. В месте выхода конца обмотки, состоящего из нескольких транспонированных проводов, необходимо по периметру конца обмотки выполнять бандаж из стеклянной нетканой бандажной ленты поверх дополнительной изоляции конца обмотки. В винтовых обмотках из транспонированного провода с током более 5 кА в зоне крайнего витка на наружных рейках рекомендуется выполнять бандажи из стеклянной нетканой бандажной ленты.

Схема намотки непрерывной обмотки

Рис. 9. Схема намотки непрерывной обмотки.

Кроме закрепления концов, для обеспечения стойкости винтовых обмоток к токам при коротких замыканиях рекомендуются следующие мероприятия:
• намотка обмотки на бумажно-бакелитовый цилиндр;
• применение полувинтовых обмоток;
• пропитка обмоток лаками ГФ-95, МЛ-92 (ГОСТ 8018—70); эта мера применяется в особо обоснованных случаях из-за экологической опасности пропиточных лаков;
• применение транспонированных проводов из меди повышенной прочности;
• применение транспонированных проводов со склеивающей лентой между рядами элементарных проводов;
• применение транспонированных проводов с эпоксидным покрытием немецкой фирмы «LACROIX + KRESS»;
• применение жестких  малоусадочных картонов, например Т IV фирмы «WEID-MANN», для прокладок обмотки и ярмовой изоляции, а также применение технологического процесса стабилизации размеров обмотки в процессе изготовления. На концы винтовых обмоток обычно накладывается дополнительная изоляция, поэтому необходима их проверка на нагрев. При необходимости к концам обмотки надпаиваются  дополнительные   провода  для уменьшения нагрева отвода. Каждый дополнительный провод припаивают только к одному проводу обмотки.

ЛИТЕРАТУРА
1. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. — М.: Госэнергоиздат, 1959.
2. Герасимова Л. С, Майорец А. И. Обмотки и изоляция масляных трансформаторов. — М.: Энергия, 1969.
3. Karsai К., Kerenyi D., Kiss L. Large power transformers. — Amsterdam — Oxford — New York — Tokyo: Elsevier, 1987.