Материалы, применяемые в обмоточном изоляционном производстве

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В обмоточно-изоляционном производстве трансформаторостроительных заводов применяют большое количество различных материалов. Их можно классифицировать следующим образом: проводниковые; электроизоляционные и вспомогательные материалы.

К каждому материалу предъявляют определенные требования, обусловленные ГОСТ или техническими условиями.

Проводниковые материалы

В качестве проводников тока в трансформаторных обмотках в большинстве случаев применяется чистая электролитическая медь (99,95% чистой меди), обладающая высокой электропроводностью, большой эластичностью и достаточной механической прочностью. Удельное сопротивление электролитической меди р = 0,01724 ом мм²/м, удельный вес Y = 8,9 г/см³, температура плавления 1 065— 1 080° С. Медь является дефицитным материалом, поэтому для обмоток трансформаторов малой и средней мощности в настоящее время применяется алюминий, его удельное сопротивление р = 0,029 ом-мм²/м, т. е. в 1,65 раза больше удельного сопротивления меди, удельный вес алюминия Y=2,6 т/м³. Он дешевле меди, но пониженная электропроводность по сравнению с медью требует применения больших сечений проводов. Предел прочности при растяжении алюминиевых проводов в 3,5 раза меньше, чем медных. Это обстоятельство ограничивает возможности применения алюминиевых проводов в мощных трансформаторах.

Для обмоток нормальных силовых трансформаторов применяют медный и алюминиевый изолированный провод круглого и прямоугольного сечений по ГОСТ 6324-52, ГОСТ 9761-61 и специальными ТУ НИИКП. Различают ряд марок обмоточных проводов:

А) Медные обмоточные провода, ГОСТ 6324-52

ПБО — провод, изолированный одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи; ПБД — провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи; ПЭБО — провод, изолированный эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи; ПЭЛБО — провод, изолированный лакостойкой эмалью и одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи; ПББО—провод, изолированный несколькими слоями обмотки из кабельной или телефонной бумаги и открытой спиралью из хлопчатобумажной пряжи; ПБ—провод, изолированный несколькими слоями обмотки из телефонной или кабельной бумаги; ЛСД — провод, изолированный двумя слоями стекловолокнистой изоляции. Провода ПСД используются только для сухих трансформаторов.

Б) Алюминиевые провода по ГОСТ 9761-61

АПБД — провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумажной пряжи;

АПББО — провод, изолированный несколькими слоями обмотки из кабельной или телефонной бумаги и открытой спиралью из хлопчатобумажной пряжи;

АПБ — провод, изолированный несколькими слоями обмотки из телефонной или кабельной бумаги.

Для получения более плотной укладки витков в катушках и устранения засорения масла ворсинками

пряжи в настоящее время в трансформаторостроении перешли на широкое применение проводов марки ПБ и АПБ — без хлопчатобумажной пряжи поверх бумаги.

Изоляцию минимальной толщины, предусмотренной ГОСТ, называют в трансформаторостроении нормальной изоляцией, изоляцию большей толщины — усиленной.

Для круглого провода марки ПБ нормальная изоляция имеет толщину 0,3 мм на диаметр и усиленная— 0,8—1,2 мм; для прямоугольного провода марок ПББО и ПБ нормальная имеет толщину 0,45 и 0,55 мм на две стороны и усиленная — 0,95; 1,35; 1,95 мм.

Нормальная изоляция прямоугольного провода марки ПББО образуется тремя слоями телефонной бумаги, что дает на одну сторону 3*0,05 = 0,15 мм; общая толщина на две стороны равна 2-0,15 мм плюс спираль из хлопчатобумажной пряжи 0,15 мм, всего 0,45 мм. Для усиленной изоляции применяются телефонная и кабельная бумага.

Для изготовления обмоток мощных силовых трансформаторов потребовалось увеличить сечение элементарных проводников витка обмотки, что вызвало увеличение сечения обмоточного провода по ГОСТ 6324-52, меньшей стороны до 5,5 мм, большей стороны — 22,0 мм. Кроме того, для входных секций обмоток напряжением 220 кв и выше пришлось увеличить толщину изоляции провода до 4,4 и даже 5,8 мм на обе стороны. Изготовление высокого напряжения обмоток для мощных силовых трансформаторов вызвало потребность в обмоточных проводах повышенной электрической прочности, изоляция которых должна быть изготовлена из уплотненной кабельной бумаги марки КВУ, толщиной не более 0,08 мм. Таким проводам присвоена марка ПБУ (СТУ 0,17-10065).

Основные технические требования к обмоточным проводам.

Наложение изоляции должно быть плотным и равномерным. Верхняя лента (из кабельной бумаги) и нижняя (из телефонной или кабельной бумаги) должны быть наложены с перекрытием не более 50%, остальные — встык или с зазором между витками не более 2 мм. Совпадение бумажных лент не допускается.

Шаг оплетки бумагой должен быть не более 30 мм — для сечения до 50 мм² и 50 мм² — для сечения свыше 75 мм².

В проводах не должно быть трещин бумаги и оголенных мест при изгибании на 180° провода широкой стороной, а также узкой стороной — для проводов с отношением сторон не более 1:2 на стержень диаметром 160 мм.

Намотка провода на барабаны должна быть ровной, без перехлестывания. Расстояние от верхнего слоя намотки до края щеки барабана должно быть не менее 25 мм.

Электрическое (активное) сопротивление провода постоянному току, отнесенное к 1 мм2 поперечного сечения и 1 м длины при температуре 20° С, должно быть для медных проводов не более 0,01748 ом, алюминиевых — не более 0,028 ом.

Материалы, применяемые для изготовления проводов, должны соответствовать ГОСТ.

Провода прямоугольного сечения не должны иметь острых углов (заусенцев), повреждающих (надрезающих изнутри) бумажную изоляцию.

Хранение и транспортирование барабанов с проводом должно производиться только в вертикальном положении барабана.

Стремление к повышению надежности и экономичности трансформаторов заставляет обратить особое внимание на характеристики и качество обмоточных проводов, поскольку обмотки в трансформаторе являются наиболее ответственным элементом и их качество в значительной степени определяет надежность всего трансформатора.

Силовые трансформаторы выпускаются с возрастающей мощностью в единице при непрерывном повышении напряжения. Так, за последние 15 лет мощность трансформаторов в единице увеличилась более чем в 10 раз, а уровень напряжения поднялся с 220 до 750 кв. В то же время конструкция и технология изготовления обмоточных проводов практически мало изменилась, их качество и ассортимент в настоящее время не всегда удовлетворяет трансформаторостроителей.

Провода прямоугольного сечения с усиленной витко-вой изоляцией (более 1,35 мм) и большим соотношением сторон сечения имеют пухлую изоляцию на широкой стороне из-за необходимости наложения изоляции в 2— 3 прохода, что приводит к неплотности намотки обмоток и к снижению ее механической прочности.

Отсутствие стабилизированных характеристик бумаги для изоляции проводов приводит к большому разбросу размеров провода как по высоте, так и по ширине, что затрудняет получение расчетной высоты и радиального размера обмоток при их изготовлении.

Отсутствие в настоящее время широкого промышленного производства специальных проводов— транспонированных, расщепленных, эмалированных с повышенной электрической прочностью и др. существенным образом отражается на техническом уровне отечественных трансформаторов и сдерживает создание трансформаторов предельных мощностей.

Таким образом, для повышения надежности и технического уровня трансформаторов необходимо в кратчайшие сроки наладить производство новых обмоточных проводов, а также повысить качество уже выпускаемых [Л. 18,а].

По сравнению с обмоточными проводами типа ПБ применение транспонированных проводов позволит получить следующие преимущества:

а) снижение трудоемкости изготовления обмоток (по данным английских фирм сокращение времени на мотки винтовых обмоток НН составляет до 50%);

б) увеличение механической прочности сложного провода (пучка проводов) вследствие сплетения проводников при транспонировании;

в) повышение коэффициента заполнения сечения обмотки медью за счет замены бумажной изоляции каждого проводника лаковой пленкой толщиной 0,05— 0,075 мм на обе стороны с применением общей бумажной изоляции пучка проводов (размеры сечения обмоток при этом сокращаются на 20—30%). Уменьшение размеров обмоток в свою очередь ведет к уменьшению вложения активной стали, снижает габариты и веса транс форматора.

По данным фирмы Брукс Пиплес (Англия), в трансформаторе 225 Мва с высшим напряжением 275 кв применение транспонированного провода позволило снизить потери холостого хода на 17%, вес активной части — на 11,9%;

г) снижение добавочных потерь в обмотках от поля рассеяния благодаря многократному транспонированию пучка проводников и применению малых сечений элементарных проводников.

В этой связи, транспонированные провода могут иметь довольно широкое применение при изготовлении обмоток:

слоевых и винтовых обмоток трансформаторов средней мощности;

винтовых обмоток на токи 2—3 ка и выше, которые можно выполнять из нескольких транспонированных проводов без транспозиции их между собой;

непрерывных (катушечных) обмоток большой мощности (трансформаторы 110—500 кв, мощностью 63 Мва и выше);

слоевых обмоток высоких .напряжений (220 кв и выше);

обмоток реакторов.

Прогрессирующая в последнее время тенденция отказа от пропитки обмоток трансформаторов приводит к необходимости обращать серьезное внимание на механическую прочность обмоток. В обмотках высокого напряжения мощных трансформаторов все шире применяют петлевую обмотку. Создаются новые виды обмоточных проводов, например обмоточные провода с наружным клеящим слоем.

На Армэлектрозаводе были изготовлены трансформаторы ТСМА-320/110, в которых обмотки ВН и НН выполнены из провода с наружным клеящим слоем. Трансформаторы успешно прошли испытание, показавшее, что склейка между витками в опытных обмотках лучше, чем при пропитке обмоток.

Провода с наружным клеящим слоем могут найти широкое применение в обмотках II—III габаритов. Весьма заманчиво применение их в петлевых обмотках, однако нужно дополнительно исследовать влияние лаковой пленки на электрическую прочность изоляции и возможность пропитки ее маслом.

Для прогрессивной технологии изготовления обмоток современных трансформаторов очевидна необходимость освоения промышленностью новых типов обмоточных проводов, которые могут найти широкое применение в трансформаторостроении:

а) расщепленные провода могут широко применяться в крайних катушках обмоток 220—750 кв и позволят снизить добавочные потери от поперечных полей рассеяния, благодаря чему уменьшатся тепловые перегрузки крайних катушек;

б) провода с закругленными краями найдут применение в обмотках высокого напряжения в местах повышенных напряжений, в регулируемых обмотках и т. д.;

в) эмалированные провода с повышенной электрической прочностью могут найти применение в транс форматорах напряжением до ПО кв включительно.

Качество специальных обмоточных проводов может быть существенно повышено при внедрении шлифовки поверхности проводника, осуществлении усиленной изоляции с цветным (белым) наружным слоем и обкатки провода, исключающей разбухание изоляции.

Ряд ведущих зарубежных электротехнических фирм, например Альстом (Франция), Броун-Бовери (Швейцария), Инглиш Электрик (Англия) и др., широко применяют при намотке обмоток транспонированные провода. Как правило, перед наложением изоляции провода шлифуются, что исключает возможность заусенец на проводе.

Фирма Инглиш Электрик в качестве витковой изоляции проводов применяет териленовую пленку (мелинекс в комбинации с бумагой), что дает более высокую электрическую прочность изоляции; фирма Ферранти -применяет обмоточный провод с полихлорвиниловой изоляцией, обладающей более высокой электрической прочностью по сравнению с бумагой; фирма Дженерал Электрик применяет обмоточные провода с комбинированной изоляцией: эмаль и цианоэтилированная бумага, что на 20% повышает нагревостойкость провода (Л. 18).