Обмотки силовых трансформаторов наматываются медными или алюминиевыми проводами прямоугольного или круглого сечения, имеющими электрическую изоляцию, которая обеспечивает электрическую прочность между соседними витками (витковую изоляцию). Края проводников прямоугольного сечения делаются закругленными, что необходимо для уменьшения напряженности электрического поля в изоляции. Алюминий по сравнению с медью имеет удельное электрическое сопротивление больше на 60% и механическую прочность при растяжении меньше в 3,5 раза. Поэтому алюминиевые провода можно использовать лишь в трансформаторах небольшой мощности, где допустимы более высокие потери энергии, и достаточна меньшая механическая прочность обмоток, поскольку при коротких замыканиях меньше токи и электродинамические усилия.

Для изоляции проводов применяются разные изоляционные материалы. На первом месте среди них стоят бумаги на основе целлюлозы, прежде всего кабельная бумага. К се достоинствам следует отнести высокую электрическую прочность, хорошую пропитываемость трансформаторным маслом и другими электроизоляционными жидкостями, низкую стоимость. Провод марки ПБ (прямоугольного сечения с бумажной изоляцией), изолированный кабельной бумагой, используется в масляных трансформаторах всех напряжений, а также в сухих трансформаторах. В обмотках высших классов напряжения применяется провод марки ПБУ, изолированный уплотненной бумагой - разновидностью кабельной бумаги, имеющей повышенную электрическую прочность. Эта бумага может работать при средней напряженности рабочего напряжения до 2 кВ/мм. Выпускаются провода с бумажной изоляцией толщиной от 0,45 до 3,6 мм на две стороны.
Очень высокие качества имеют бумаги на основе синтетических волокон из ароматического полиамида (арамида), в частности, типа «номекс» фирмы Du Pont. Главное достоинство арамидных материалов - высокая нагревостойкость. Так, допустимая расчетная температура каландрированной бумаги «номекс-410» составляет 200°С (бумаги из целлюлозных волокон - 105°С). Электрическая прочность при 200°С составляет не менее 95 % прочности при 20°С. Расчетная средняя напряженность при рабочем напряжении, рекомендуемая фирмой, равна 1,6 кВ/мм; для бумаги «номекс-418», в состав которой входит слюда (50%) - 3,2 кВ/мм. При такой напряженности обеспечивается высокая стойкость в отношении частичных разрядов. Старение характеризуется такими цифрами: при температуре 220°С пробивная напряженность бумаги «номекс-410» толщиной 0,25 мм снижается с 32 кВ/мм до 12 кВ/мм в течение 2 *10+5 ч (более 22,8 лет). Влагосодержание мало влияет на электрическую прочность. Арамидная бумага имеет меньшую, чем целлюлозная, диэлектрическую проницаемость - 1,6 при толщине бумаги 0,05 мм, 2,7 при 0,25 мм и 3,7 при 0,76 мм (по сравнению с 4,5 у целлюлозной), что обеспечивает снижение напряженности поля в масляных или воздушных каналах, прилегающих к обмотке. Недостаток арамидной изоляции - высокая стоимость, из-за которой она применяется в основном в сухих трансформаторах.
В обмотках трансформаторов малой мощности при небольших напряжениях на одном витке и, следовательно, на витковой изоляции применяются провода с эмалевой изоляцией. Эмали могут работать как в масляных, так и в сухих трансформаторах. В последних используются эмали с высокой нагревостойкостью, имеющие допустимую температуру 200 - 220°С.
В сухих трансформаторах также применяются провода со стеклоизоляцией (допустимая температура 180°С).
Электрический ток распределяется по сечению проводника неравномерно - проявляется поверхностный эффект. Поэтому применять проводники большого сечения неэкономично. Прямоугольный провод с бумажной изоляцией имеет наибольшие размеры проводника 4,25×19,5 мм2. Наибольшая допустимая плотность тока (средняя по сечению) не превышает 3-3,5 А/мм2, т.е. максимальный ток в проводнике не может быть больше 250-300 А.
При больших токах обмотка наматывается из нескольких проводов, соединяемых параллельно. Если параллельные провода размещаются в радиальном направлении, то их длина, активное и индуктивное сопротивления будут различны, что приведет к неравномерному распределению тока по параллелям, если не принять специальных мер. Такими мерами является транспозиция проводов, выполняемая по ходу обмотки, в результате которой провода меняются местами, и их сопротивления выравниваются.
Изоляция между расположенными рядом параллельными проводами может быть уменьшена, поскольку напряжение между ними отсутствует. При этом можно уменьшить радиальный размер обмотки и улучшить ее охлаждение. Это достигается применением подразделенных проводов марок ПБП и ПБПУ. Подразделенный провод состоит из нескольких элементарных проводников (от двух до четырех), каждый из которых имеет свою изоляцию небольшой толщины (обычно 0,45 мм на две стороны), и все вместе изолируются общей изоляцией, обеспечивающей необходимую электрическую прочность между витками (рис. 1).

Рис. 1. Подразделенный провод.
1 – элементарный проводник, 2 – изоляция элементарного проводника, 3 - общая изоляция.


Рис. 2. Транспонированный провод.
1 – элементарный проводник, 2 – бумажная изоляция между рядами, 3 – общая изоляция

Для облегчения намотки и упрощения конструкции обмоток с большим числом параллельных проводов применяется транспонированный провод марок ПТБ и ПТБУ. Он состоит из нечетного числа параллельных элементарных проводников с эмалевой изоляцией, расположенных в два ряда (рис. 2). Между рядами проложены полоски кабельной бумаги; поверх всех проводников накладывается общая изоляция из кабельной бумаги. При изготовлении провода выполняется транспозиция путем круговой перестановки элементарных проводников по прямоугольному контуру. Шаг транспозиции (полный цикл перестановки) составляет от 40 до 200 мм.

В настоящее время в обмотках трансформаторов и реакторов в основном применяются известные уже ни одно десятилетие типы обмоточных проводов:

провода с бумажной изоляцией;

подразделенные провода с бумажной изоляцией;

провода с изоляцией из арамидной бумаги;

провода с пленочной изоляцией;

провода с эмалевой изоляцией;

провода со стекловолокнистой изоляцией;

транспонированные провода.

Растущие требования к надежности трансформаторов и реакторов к их технико-экономическим характеристикам, усиливающаяся конкуренция со стороны зарубежных фирм диктуют производителям проводов новые условия развития. На рынке появляются новые модификации хорошо известных типов проводов, начинается освоение выпуска проводов ранее не изготавливаемых в России, повышаются требования к качеству обмоточных проводов.

Провода с бумажной изоляцией применяются в масляных трансформаторах. Простейшая конструкция из двух элементов: проводника и бумажной изоляции. В качестве проводников используется как медь, так и алюминий, изоляция может быть из кабельной, трансформаторной высокой плотности или микрокрепированной бумаги. Изоляция из бумаги высокой плотности обладает более диэлектрическими свойствами. Провода с изоляцией из микрокрепированной бумаги обладают более высокой эластичностью, их применение продиктовано главным образом появлением на трансформаторных заводах нового технологического намоточного оборудования. В последние годы отмечается тенденция расширения размерного ряда применяемых проводников и толщин изоляции.

На сегодняшний день провода с бумажной изоляцией, включая с подразделенные провода, самые применяемые типы проводов при изготовлении трансформаторов, их доля составляет более 50%.

Подразделенные провода с бумажной изоляцией.

Для снижения потерь в обмотке жилу провода разделяют на 2 ,3 и более элементарных проводников, каждый из которых изолируется отдельно и поверх накладывается общая бумажная изоляция. Провода широко применяются в обмотках трансформаторов и реакторов большой мощности. До настоящего времени российские заводы могли предложить подразделенные провода с количеством проводников не более 3, но с ожидаемым вводом в 2009 году нового оборудования на ЗАО «Москабель-Электрозавод» количество проводников может быть увеличено до 6.

В последнее время получает развитие конструкция подразделенного провода с эмалевой изоляцией элементарных проводников. Применение маслостойкой эмали вместо бумаги на элементарных проводниках оправдано следующими факторами:

многолетним использованием проводов с эмалевой изоляцией в конструкции транспонированных проводов;

значительным уменьшением толщины изоляции элементарных проводников и, как следствие, снижением общего размера провода по высоте по сравнению c обычным проводом, имеющим бумажную изоляцию элементарных проводников, что в конечном итоге приводит к снижение веса и габаритов трансформатора.

значительным снижением количества целлюлозы в трансформаторе, что уменьшает выделение газов в масло и тем самым снижает затраты на обслуживание трансформатора.

Провода с арамидной бумагой.

Изоляция из синтетической арамидной бумаги «Nomex». Данный тип проводов широко используется для сухих трансформаторов и масляных трансформаторов с комбинированной изоляцией. Основное преимущество замены обычной бумажной изоляции на арамидную - повышение класса нагревостойкости проводов до 200°С.

Провода со стекловолокнистой изоляцией.

Изоляция проводов состоит из стеклянных нитей, пропитанных эпоксидным, полиэфирным или кремнийорганическим лаками. Класс нагревостойкости проводов от 155 до 200. Достоинством этого типа изоляции является ее высокая стойкость к механическим нагрузкам и хорошая совместимость с пропиточными электроизо-ляционнами лаками. Провода применяются в обмотках сухих трансформаторах системы монолит и реакторах.

Прямоугольные провода с пленочной изоляцией.

На сегодняшний день в качестве изоляции находят применения полиэти-лентерефталатные пленки (лавсан, майлар) с классом нагревостойкости 130-155°С, полиимидно-фторопластовые (ПМФ) с классом нагревостойкости 200°С.

Комбинация полиимида и фторопласта позволяет создать тонкую нагрево-стойкую изоляцию с высоким значением электрической прочности. Наличие фторопласта позволяет при изготовлении провода произвести спекание изоляции.

Основное применение эти провода нашли в изготовлении обмоток тяговых электродвигателей, где требуется высокая электрическая прочности изоляции при достаточно жестких температурных условиях. В последние годы российскими предприятиями разработаны конструкции сухих трансформаторов, где с успехом применен провод с ПМФ изоляцией. Данный провод применяется в тех условиях, где любой другой применить невозможно. Существует конструкция транспонированного провода с элементарными проводниками с ПМФ изоляцией.

Преимуществами применения ПМФ пленок являются:

высокая диэлектрическая прочность тонкой изоляции;

высокая механическая прочность и гибкость;

стойкость к высоким и низким температурам;

монолитность изоляции засчеттермоспекаемости слоев пленки.

Помимо обычной ПМФ изоляции находят применение короностойкие ПМФ пленки, продвигаемые на российском рынке фирмой Du Pont. Изоляция из данной пленки имеет следующие уникальные особенности:

более длительный срок жизни в условиях высокого напряжения, частичных и коронных разрядов;

более высокая теплопроводность;

рабочая напряженность электрического поля в короностойкой изоляции провода может составлять до 15 кВ/мм.

Провода с короностойкой ПМФ пленкой нашли применение при изготовлении высоковольтных сухих трансформаторов с принудительной вентиляцией. Первые трансформаторы на 16 МВа прошли испытания на соответствие МЭК 60726 еще в 2005 году и эксплуатируются в настоящее время.

Провода с эмалевой изоляцией.

Широко применяются как в сухих, так и в масляных трансформаторах малой и средней мощности. Жила для провода может быть как медной, так и алюминиевой. Основные типы эмалевой изоляции представлены в таблице:

Преимуществом эмалированных проводов является хорошая электрическая прочность при небольшой толщине изоляции. Пробивное напряжение изоляции более 1кВ при удвоенной толщине изоляции 0,08-0,16 мм.

Для масляных трансформаторов используются провода с ТИ 130-155, для обмоток сухих трансформаторов используются провода с ТИ выше 155. Провода изготавливаются в диапазоне сечений от 5 до 60 кв.мм.

Гибкие провода круглого сечения.

В основе провода лежит медная или алюминиевая жила, скрученная из 7, 19 или 37 проводников в зависимости от сечения. Общее сечение провода может составлять 25-120мм 2 . Материалом изоляции могут служить синтетические ленты из лавсана, кабельной бумаги, арамидной бумаги или полимиидно-фторопластовой пленки. Провода с ПМФ изоляцией используются в бескорпусных сухих реакторах. Надежность обеспечивается спекаемостью пленок и высокими электрическими характеристиками полиимида. Данные провода получили широкое распространение в сухих реакторах за счет своей простоты применения и легкости аллюминия, однако они не могут использоваться в компенсирующих и фильтровых реакторах из-за больших добавочных потерь от вихревых токов. В этом случае применяют провод с жилой состоящей из эмалированных элементарных проводников.

Транспонированные провода.

Провод состоит из большого числа эмалированных прямоугольных проводников, расположенных в 2 ряда и непрерывно транспонированных, т.е. положение каждого проводника по сечению провода непрерывно изменяется. Конструкция транспонированного провода схожа с конструкцией стержня Робеля, хорошо известного производителям электрических машин (Людвиг Робель, исполнительный директор фирмы ВВС, придумал в 1912 г. специальную транспозицию, позволяющую значительно снизить потери в проводниках за счет уменьшения вихревых и уравнительных токов). Впервые изготовление транспонированных проводов было организовано в конце 50-х годов XX века на заводах фирмы British Insulated Callenders Cables Ltd (BICC) (Великобритания).

Благодаря уникальному расположению элементарных проводников при изготовлении обмотки из транспонированных проводов возникают следующие преимущества:

уменьшение времени намотки за счет исключения операции транспонирования вручную;

увеличение КПД за счет снижения потерь в обмотке;

улучшение охлаждения проводников;

уменьшение габаритов трансформатора и общее снижение себестоимости за счет экономии материалов и уменьшения трудозатрат.

По данным исследований зарубежных компаний экономия различных материалов при изготовлении трансформаторов с обмотками из транспонированных проводов составляет от 9,4% до 36,4%.

Наряду с преимуществами подобная конструкция имеет один недостаток - слабые значения электродинамической прочности обмотки при КЗ по сравнению с конструкцией обмотки из обычного прямоугольного провода. Данный недостаток успешно устраняется применением в конструкции элементарного проводника дополнительного клеящего эпоксидного покрытия. Преимущества применения эпоксидного покрытия:

уменьшается риск межпроводниковых замыканий;

хорошая склеивающая способность,превращает проводники в обмотке в монолит, что значительно улучшает динамическую стойкость обмотки;

эпоксидная смола отверждается при той же температуре, которая используется при сушке бумаги (-120С);

экологичность, т.к. эпоксидная смола в стадии «В» не содержит остатков вредных растворителей.

В качестве модификации возможно применение в изоляции элементарных проводников полиамидимидного покрытия на класс нагревостойкости 200 º С для сухих трансформаторов.

Диапазон применяемых материалов Е качестве верхней - основной изоляции достаточно широк: изоляция может быть вы полнена как из обычной электроизоляционной бумаги, так и из сплошных и перфорированных лент арамидной бумаги, полиэфирных нитей в виде сетки или любых » других ленточных материалов. Наибольшее распространение получила бумажная изоляция. Однако, организовывая производство транспонированных проводов ЗАО «Москабель-Электрозавод» столкнулось с проблемой отсутствия отечественных бумаг достаточного качества для изготовления проводов такого типа. Одним из основных требований к проводам является точность соблюдения габаритны» размеров. Бумаги, выпускаемые по российским ГОСТам и ТУ, имеют недостаточные требования к допускам по толщине и недостаточный запас механической прочности, что увеличивает допуски на размер провода на несколько миллиметров. В связи с этим приходится использовать импортные бумаги, изготовленные по международным стандартам.

До настоящего времени производства транспонированных проводов в России не существовало. В августе 2009 года на предприятии ЗАО «Москабель - Электрозавод», г. Москва планируется начать выпуск транспонированных проводов.

Современные требования к контролю качества при технологическом процессе производства проводов.

Технология производства обмоточных проводов и качество применяемых материалов во многом определяют надежность трансформаторов или реакторов. Технология изготовления самих проводов усложняется на порядок, нужны специальные решения, применение дополнительного оборудования для обеспечения в конечном итоге комплексного подхода к вопросу качества обмоточного провода. На примере технологической цепочки изготовления транспонированного провода, как наиболее сложного изделия, ниже показана реализация комплексного подхода к качеству обмоточных проводов. Стоит отметить, что большинство описываемых решений справедливо для всех типов обмоточных проводов.

1. Медное сырье поступает на завод в виде электротехнических катодов. Для производства обмоточных проводов должны использоваться катоды, исключительно марок МО и М00. Все поступающее сырье проходит входной контроль с опре делением химического состава спектральным анализом. Применение качественного сырья в дальнейшем гарантированно обеспечит удельное электрическое со противление проволоки не выше 0,01724 Ом мм 2 /м. Статистический анализ электрического сопротивления подтверждает правильность выбора поставщиков.

2. Изготовление катанки производится на линии непрерывного литья и прокатки фирмы «Southwire» , являющейся разработчиком одноименной технологии производства катанки. Применение этой технологии позволяет получить осветленную катанку с достаточно хорошим качеством поверхности, что, несомненно сказывается на качестве при последующих технологических операциях. В ходе прокатки 100% катанки подвергается непрерывному контролю качества поверхности с помощью прибора «Defectomat», в котором проводится испытание катанки электромагнитным полем. Гарантированное отсутствие дефектов катанки позволяет исключить их дальнейшее появление на проволоке и в проводе. После изготовления медная катанка также подвергается испытаниям на химический состав и удельное электрическое сопротивление, а также на соответствие механических параметров.

3. Переработка медной катанки в прямоугольную проволоку для транспонированных проводов производится методом прокатки. Общепризнано, что наилучший результат при изготовлении прямоугольной проволоки достигается на прокатном стане. В технологической цепочке производства транспонированных проводов на ЗАО «Москабель-Электрозавод» используется пятиклетьевой прокатный стан фирмы «Buhler» GmbH, на сегодняшний день единственный прокатный стан на российских кабельных заводах.

Правильность выбора в пользу технологического процесса пролоки была подтверждена с момента изготовления первых партий проволоки. Дело в том, что традиционно применяемая технология волочения проволоки не позволяет получать стабильную гладкую поверхность проволоки, в процессе волочения проволока скользит по тяговой шайбе, усилия в металле, возникающие при протяжке через волоку очень велики. В результате на выходе не исключается возможность появления на поверхности проволоки царапин и рисок. Прокатка позволяет обрабатывать металл в более щадящем режиме. Проведенные испытания по определению чистоты поверхности дали следующие результаты: - шероховатость поверхности проволоки, полученной методом волочения ср. арифметическое значение Ra=1, 2 мкм; -шероховатость поверхности проволоки, полученной методом прокатки ср. арифметическое значение Ra=0,11 мкм.

Чистота поверхности оказывается очень важной для наложения равномерного слоя эмали на проволоку - любая микроскопическая неровность на проволоке приводит к небольшому уменьшению или увеличению толщины покрытия в пределах 0,01-0,02мм, и если при изготовлении обычного провода это не имеет значения, все находится в пределах допусков с большим запасом, то при изготовлении транспонированного провода, где в столбец складывается большое количество проводников, это становится очень важным, т.к. отклонения в сотые доли миллиметра в сумме дают существенное изменение размера провода в целом.

Вид монитора с графиком непрерывного контроля геометрических размеров, левая вертикальная ось- отклонение толщины (мкм), правая вертикальная ось - отклонение ширины (мкм).

Кроме того, сама технология прокатки позволят получать проволоку с отклонениями от номинала значительно меньшими, чем при волочении. Для обеспечения такой точности на прокатном стане установлен лазерный измеритель геометрических размеров, имеющий обратную связь в управлении машиной. Два графика диаграммы указывают на дискретно измеренное значение геометрических размеров проволоки по ширине и толщине, измеренные отклонения от номинальных значений не превышают ±0,005 мм по толщине и ±0,015 мм по ширине, при размерах проволоки 1,50 х 8,00 мм. На сегодняшний день такая технология применяется на большинстве производств в мире, занимающихся изготовлением транспонированных или других типов обмоточных проводов.

4. Наложение эмалевой изоляции производится на современном эмальагрегате, обеспечивающем точное и равномерное нанесение эмали, компьютерный контроль за температурными и воздухообменными процессами в печи, отвечающими за полимеризацию изоляции. Нанесение эмали совмещено с операцией отжига медной проволоки.

Для обеспечения гарантии качества эмалированных проводников используется сплошной контроль изоляции напряжением, роликовые электроды встроены в линию, и компьютеризированная система позволяет собирать статистические данные о качестве производимого провода. Данный прибор позволяет фиксировать в режиме «онлайн» участки изоляции обладающие пониженным электрическим сопротивлением, при этом электрического пробоя изоляции не происходит.

Для контроля геометрии провода используются лазерные измерительные приборы с компьютеризированной системой, которые в режиме «онлайн» измеряют геометрические размеры провода и, в случае необходимости, позволяют оператору своевременно вносить коррективы, увеличивая или уменьшая толщину нанесения эмалевого покрытия.

Любой непрерывный контроль не исключает проведение приемосдаточных или периодических испытаний, но позволяет контролировать и своевременно вмешиваться в процесс в случае необходимости.

5. Транспонирование - главная технологическая операция при изготовлении транспонированного провода. Проводники изгибаются и укладываются в соответствии со схемой транспозиции. В связи с тем, что в процессе транспозиции на элементарные проводники действуют достаточно большие усилия и проводники плотно прижимаются друг другу, качественный транспонированный провод можно получить лишь из заготовки, имеющей огромный запас механической и электрической прочности, для чего используются специальные технологии изготовления и контроля качества, описанные в п. 1-4. После транспозиции на той же линии одновременно накладывается бумажная изоляция на транспонированный провод.

Для предотвращения межпроводниковых замыканий в транспонирующую машину встроена система непрерывного контроля замыканий низким напряжением. Ни один участок провода, на котором выявлено межпроводниковое замыкание, не должен уйти потребителю. Окончательный контроль отсутствия межпроводниковых замыканий проводится после изготовления провода и намотки на транспортировочную тару, и это испытание проводится уже повышенным напряжением 300 В.

Резюмируя вышесказанное, можно сформулировать основные современные требования, которые существенным образом влияют на качество и надежность трансформатора или реактора.

контроль качества входящих материалов, использование всех доступных методов для определения физико-химических характеристик материалов, периодический сбор статистических данных с целью подтверждения правильности выбора поставщика.

на сегодняшний день уже недостаточно проводить только испытания на образцах как написано в ГОСТах. Провода относятся к длинномерной продукции, а значит должны испытываться непрерывно по всей дли не. Для чего в дополнение к традиционным испытаниям на образцах вводят сплошные испытания полуфабрикатов на каждой технологической операции. Контрольно-измерительные приборы встраиваются непосредственно в производственные линии и мгновенно реагируют на отклонения параметров выпускаемой продукции с последующей остановкой производственного процесса до устранения несоответствия.

Проводятся следующие виды непрерывного контроля:

сплошной контроль при изготовлении катанки высокочувствительными электромагнитными дефектоскопами, позволяющими обнаружить дефекты как внутри, так и снаружи проходящей катанки, а также зафиксировать наличие инородных включений других металлов;

сплошной контроль геометрических размеров при изготовлении проволоки при помощи лазерных средств измерения;

контроль дефектов проволоки при помощи оптических дефектоскопов не посредственно перед операцией наложения изоляции;

непрерывное испытание электрического сопротивления изоляции;

непрерывный контроль геометрических размеров при наложении эмалевой и пленочной изоляции;

непрерывный контроль отсутствия межпроводниковых замыканий транспонированного провода;

для контроля соблюдения технологического процесса - видеоконтроль действий рабочих.

Большинство из вышеуказанных процессов контроля успешно внедрены в технологию производства обмоточных проводов на ООО «Москабель-Обмоточные провода», весь полученный опыт будет использован при производстве транспонированных проводов на предприятии ЗАО «Москабель-Электрозавод».

Литература:

1. Производство транспонированных проводов для обмоток мощных трансформаторов. И.Б. Пешков, Ю.Н. Худов, «Кабельная техника», выпуск7, 1973г.

2. Use of Continuously Transposed Cables (CTC) in transformers. R. Hegde, F. Hofmann, G. Prasad, IEEMA Journal, July 2007.

3. Application of CTC in Transformer Industry by D.V. Narke, S.D. Paliwal, R.K. Talwar - 1972 ICC Proceeding Seminar Paper

4. Перспективные требования к обмоточным проводам для трансформаторов и реакторов. А.Н. Панибратец, А.И. Федотов, «Кабели и провода», №7, 2008г.

Материалы, применяемые в обмоточном производстве и требования к ним

1. Описание:

   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 требования, определенные стандартами или техническими условиями. В качестве проводников тока в обмотках трансформаторов в большинстве случаев применяется чистая электролитическая медь (99,95% чистой меди), обладающая высокой электрической проводимостью, большой эластичностью и достаточной механической прочностью. Удельное электрическое сопротивление электролитической меди р=0,01724 мкОм-м, плотность у=8300 кг/м3, температура плавления 1065-1080°С. Медь является дефицитным материалом, поэтому для обмоток трансформаторов малой и средней мощности часто применяют алюминий, удельное сопротивление которого р=0,029 мкОм-м, т. е. в 1,65 раза больше удельного сопротивления меди, плотность алюминия у=2600 кг/м3. Алюминий дешевле меди, но худшая электрическая проводимость по сравнению с медью требует применения больших сечений проводов. Предел прочности при растяжении алюминиевых проводов в 3,5 раза меньше, чем медных . Это ограничивает возможности применения алюминиевых проводов в мощных трансформаторах.

   К обмоточным проводам предъявляют следующие технические требования:
   Наложение изоляции должно быть плотным и равномерным. Наружная лента (из кабельной бумаги) и внутренняя (из телефонной или кабельной бумаги) должны быть наложены с перекрытием не более 50%, а остальные в каждом слое - встык или с зазором до 2 мм между витками с обязательным смещением на половину шага относительно соседних слоев. Шаг обмотки бумажных лент для прямоугольных проводов должен быть не более 30 мм для сечения до 75 мм2 и 35 мм - для 75 мм2 и выше. В проводах не должно появляться трещин бумаги и оголенных мест при изгибе 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 сопротивление провода постоянному току, отнесенное к 1 мм2 поперечного сечения и 1 м длины при 20°С, должно быть для медных проводов не более 0,01784 Ом, алюминиевых - не более 0,029 Ом. Материалы, применяемые для изготовления проводов, должны соответствовать стандартам.

   Провода прямоугольного сечения не должны иметь острых углов (заусенцев), повреждающих (надрезающих изнутри) бумажную изоляцию. Хранение и транспортирование провода должны производиться только в горизонтальном положении оси 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. Их качество в значительной мере определяет надежность всего трансформатора.

   Для обмоток нормальных силовых трансформаторов применяют медный и алюминиевый изолированный провод круглого и прямоугольного сечений по ГОСТ 16512-70, 16513-70, 7019-71 и специальным ТУ кабельной промышленности.

   Различают следующие марки обмоточных проводов:
   Медные обмоточные провода ГОСТ 16512-70, 7019-71, 16513-70
   ПВО - провод, изолированный одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
   ПБД - провод, изолированный двумя слоями хлопчатобумажной пряжи;
   ПЭБО - провод, изолированный эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
   ПЭЛБО - провод, изолированный.маслостойкой эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
   ПБУ- провод, изолированный лептами высоковольтной кабельной уплотненной бумаги;
   ПБ - провод, изолированный лентами кабельной или (и) телефонной бумаги;
   ПСД - провод, изолированный двумя слоями стекловолокнистой изоляции (этот провод используют для сухих трансформаторов).
   Алюминиевые обмоточные провода ГОСТ 16512-70ш 16513-70
   АПБД - провод, изолированный двумя слоями хлопчатобумажной пряжи;
   АПБУ - провод, изолированный лентами кабельной высоковольтной уплотненной бумаги;
   АПБ - провод, изолированный лентами кабельной или телефонной бумаги.

   Номинальная диаметральная (удвоенная) толщина изоляции круглых проводов может быть следующей: 0,3; 0,72; 0,96; 1,20 мм.

   Номинальная удвоенная толщина изоляции для проводов марок ПБ и АПБ: 0,45; 0,55; 0,72; 0,96; 1,20; 1,36; 1,68; 1,92, а для марок ПБУ и АПБУ: 2,0; 2,48; 2,96; 3,6; 4,08; 4,4 мм.

   Изготовление обмоток ВН мощных силовых трансформаторов вызвало потребность в обмоточных проводах с изоляцией повышенной электрической прочности. Для их изоляции применяют уплотненную кабельную бумагу марки КВУ толщиной не более 0,08 мм. Таким проводам присвоена марка ПБУ (ГОСТ 16512-70).

   Увеличение витковой изоляции провода приводит к уменьшению коэффициента заполнения окна магнитной системы медью и вследствие этого к снижению технико-экономических показателей трансформаторов. Кроме того, провод с большой толщиной витковой изоляции нетехнологичен и не обеспечивает плотной намотки обмотки.

   За рубежом в качестве витковой изоляции проводов наряду с применением лучших сортов кабельной бумаги стали применять синтетические изоляционные материалы: лавсановую (териленовую) пленку, поливинилхлоридную изоляцию и др.

   При применении в обмотке проводов большой толщины (3- 5 мм) и большого числа элементарных проводников в витке (более 100) очень важно ограничить добавочные потери, вызываемые магнитным полем рассеяния и циркулирующими токами.

   Кабельная промышленность освоила производство транспонированных проводов, и они успешно применяются для намотки обмоток мощных трансформаторов.

   Транспонированный провод (рис. 1) состоит из нечетного числа прямоугольных эмалированных проводников, расположенных в два ряда и транспонированных. Между рядами проводов проложена изоляция из кабельной бумаги толщиной 0,12 мм. Для изготовления транспонированных проводов применяются провода марки ПЭМП - провода медные прямоугольные эмалированные высокопрочные.

   Транспозиция провода выполняется по принципу круговой перестановки по прямоугольному контуру. Поверх транспонированных эмалевых проводников накладывается общая бумажная изоляция из кабельной бумаги марки КМ-120 толщиной 0,12 мм - для проводов марки ПТБ или из кабельной бумаги марки КВУ толщиной 0,08 мм - для проводов марки ПТБУ-С (провод транспонированный из элементарных эмалированных проводников в общей бумажной изоляции специальный).

   Номинальная удвоенная толщина бумажной изоляции для транспонированных проводов 0,95-1,35 мм.

   
   Рис. 1. Транспонированный провод марки ПТБ.

   По сравнению с обычными обмоточными проводами марки ПБ транспонированные провода марки ПТБ имеют ряд преимуществ: снижается трудоемкость изготовления обмоток, так как в процессе намотки обмоток отпадает необходимость транспонирования отдельных проводников;
   значительно повышается коэффициент заполнения сечения обмотки медью благодаря замене бумажной изоляции каждого проводника эмалевой изоляцией толщиной 0,06-0,14 мм на обе стороны;
   уменьшаются размеры обмоток, что ведет к уменьшению вложения материалов, снижает габариты и массу трансформатора;
   снижаются добавочные потери от полей рассеяния благодаря более совершенной транспозиции и применению меньших сечений элементарных проводников;
   уменьшаются производственные площади, необходимые для размещения стоек с барабанами обмоточного провода;
   повышается электродинамическая стойкость трансформаторов при коротком замыкании благодаря большей механической прочности обмоток из транспонированного провода.

   Постоянно растущая потребность в трансформаторах больших мощностей и сверхвысоких напряжений вызывает необходимость применения проводов максимальных размеров как по высоте, так и по ширине, что приводит к большому увеличению добавочных потерь в обмотках и к чрезмерному нагреву у крайних катушек потоками рассеяния. Для снижения потерь успешно применяют специальные медные обмоточные провода марок ПБП и ПБПУ. Эти так называемые подразделенные провода (рис. 2) состоят из двух или трех элементарных проводников (жил) с бумажной изоляцией отдельного проводника толщиной 0,4 мм и удвоенной суммарно номинальной толщиной дополнительной поясной изоляции, равной 1,35; 1,68; 1,92; 2,48; 2,96 мм. Разделение проводника приводит к значительному (на 20-30%) снижению добавочных потерь от поперечных полей рассеяния, благодаря чему уменьшаются перегревы в крайних катушках обмотки. В настоящее время в обмотках НН трансформаторов большой мощности широко применяется транспонированный подразделенный провод марки ППТБ.

   
   Рис. 2. Подразделенный провод.

   а, б - марки ПБП двухжильный (тип А) и трехжильный (тип Д); в - марки ППТБ (транспортированный подразделенный).

   Одной из причин повреждения мощных трансформаторов в эксплуатации является потеря устойчивости обмоток, сжимаемых радиальным усилием, вследствие недостаточной прочности обмоточных проводов. Разработка и исследование материалов с повышенной прочностью проводятся в СССР и за рубежом. Имеется перспектива получения в обозримом будущем медного сплава, обладающего при относительно небольшом (около 5%) увеличении удельного сопротивления существенно более высокими, чем у меди (в 1,5- 2 раза), механическими характеристиками .

   Увеличения электродинамической стойкости обмоток можно достичь склейкой витков проводов между собой. Поэтому необходимы обмоточные провода (в том числе и транспонированные) с термореактивным изоляционным покрытием, которое, полимеризуясь при сушке обмотки, склеивает ее витки (провода). Выпуск в достаточном количестве прямоугольных эмалированных проводов позволит заменить обмоточные провода с бумажной изоляцией в обмотках трансформаторов напряжением до 330 кВ включительно.

   Фольга и лента. В последние годы за рубежом и в нашей стране в качестве проводникового материала для обмоток трансформаторов малой мощности (до 630 кВ-А) широко применяются медная и алюминиевая фольга и лента. Переход от алюминиевых проводов на фольгу и ленту позволяет резко повысить коэффициент заполнения объема обмотки активным проводником, в результате чего уменьшаются потери короткого замыкания на 14%, массы конструкционной стали, трансформаторного масла и трансформатора в целом на 5-10%. Медную фольгу для электротехнической промышленности по ТУ КП-033-66 изготавливают из меди марки не ниже Ml по ГОСТ 859-66 с удельным электрическим сопротивлением р0,180 мкОм-м и с допуском по толщине ±3%. Толщина фольги 0,035-0,065 мм, ширина рулона - 700, 850 и 1000 мм. Ленту изготавливают толщиной 0,100; 0,080; 0,075; 0,050; 0,035 мм.

   Алюминиевая фольга и лента, предназначенные для обмоток трансформаторов, изготовляются из алюминия марки АЕ ГОСТ 11069-74 и имеют удельное электрическое сопротивление 0,028 мкОм-м для марки А7Е. Толщина фольги 0,020-0,2 мм, толщина ленты 0,22-2,0 мм. Допуск на толщину ±3%. Такие фольга и лента пока еще не освоены нашей промышленностью, поэтому для изготовления обмоток временно применяется алюминиевая фольга для технических целей, выпускаемая по ГОСТ 618-73, а лента по ГОСТ 13726-68.

В процессе ремонта и перемотки электродвигателей не обойтись без обмоточного провода с круглым или прямоугольным сечением. Марка провода зависит от материала токоведущей жилы и разновидности используемой изоляции. Чаще всего используются изделия из медной проволоки.

Любая марка имеет в названии букву П (провод). Далее идет маркировочный код изоляции. Существует волокнистая, эмалевая и комбинированная изоляция.
Волокнистую изоляцию изготавливают из натурального и искусственного шелка, хлопчатобумажного волокна, капрона, стекловолокна и лавсана. Такие провода используются в основном для изготовления обмоток масляных трансформаторов.
Эмалевая изоляция представляет собой смесь синтетических лаков, при нагреве образующую на проволоке прочный тонкий слой. Применяется для намотки электрических машин и приборов, у которых нет жестких ограничений по толщине изоляции провода.
Волокнистая изоляция

• Натуральный шелк — Ш
• Пряжа хлопчатобумажная — Б
• Капрон — К
• Искусственный шелк — ИШ
• Волокно асбестовое — А
• Стекловолокно — С

Буквенный код О или Д указывает количество слоев используемой изоляции, один или два соответственно.
Эмалевая изоляция

• Винифлекс (высокопрочная эмаль) — ЭВ
• Эмаль теплостойкая полиэфирная — ЭТ
• Лакостойкая эмаль — ЭЛ
• Полиамиднорезольная эмаль — ЭЛР
• Эмаль полиуретановая — ЭВТЛ

Комбинированная изоляция состоит из нескольких слоев, внутреннее покрытие изготавливается из эмали, а внешнее — волокнистый материал. К примеру, маркировка ПЭЛШО расшифровывается как медный обмоточный провод изолированный слоем натурального шелка и лакостойкой эмалью.
Если обмоточный провод пропитан в теплостойком лаке и изолирован стекловолокном, в маркировке будет присутствовать буква К. Такой провод достаточно распространен благодаря своим высоким показателям надежности, применяется для обмоток электродвигателей для кранов, в том числе судостроительных.
Алюминиевые провода имеют в маркировке дополнительную букву А.
Примеры маркировки обмоточных проводов:

• ПЭТВ - Провод обмоточный Эмалированный Теплостойкий с Эмалевой изоляцией, представляет собой медную жилу–проволоку;
• ПЭТВ2 — где «2» - количество слоёв лака на проводе;
• ПЭЛШО — медный обмоточный провод изолированный лакостойкой эмалью и слоем натурального шелка;
• ПБ — провод обмоточный медный, изолирован бумагой в несколько слоев;
• ПБО — обмоточный провод из меди, изолятор — один слой хлопчатобумажной пряжи;
• АПБ — алюминиевый провод круглого или прямоугольного сечения, изолированный кабельной бумагой в несколько слоев;
• АПСД — провод обмоточный алюминиевый, изолирован двумя слоями стекловолоконной обмотки, пропитанной термостойким глифталевым лаком;
• ПЭТСО — провод, изолированный эмалью винифлекс повышенной прочности, и одним слоем обмотки из стеклянной пряжи.

ПЭТВ

Типы сечения проводов

Размер сечения прямоугольного провода имеет стандартные значения. Для квадратного провода, используемого в большинстве трансформаторов, толщина равняется 1,35 — 5,9 мм, ширина 3,8 — 14,5 мм.


Соотношение толщины и ширины может быть различным, но это значение должно соответствовать нормам ГОСТ 6324 – 52. Есть неудобства в использовании проводов квадратного сечения, так как при намотке его на бухты высока вероятность повреждения витковой изоляции. Кроме этого, практически невозможно отличить на глаз меньшую сторону такого провода от большей.
Важной частью обмотки является виток обмоточного провода вокруг стержня магнитопровода. В зависимости от номинальной мощности нагрузочного тока выбирается и нужное сечение витка. Круглый провод подходит для малых токов, для большого тока следует выбирать прямоугольный провод. При изготовлении обмоток возможно использовать несколько запараллеленых проводов для увеличения сечения провода.
Число витков обмотки зависит от величины напряжения. Витки обмотки собираются в катушки, электротехническое устройство может состоять из нескольких обмоток или катушек (трансформаторы, двигатели), реже из одной (дроссели, электромагниты). В процессе намотки катушки витки накладываются рядом друг с другом (порядовая намотка), либо один на другой (слои). Способ намотки определяет тип получающейся в итоге обмотки.

Тонкости выбора обмоточного провода

При выборе марки изделия следует учитывать следующие критерии

1. Необходимый класс нагревостойкости. Для обмоток с высокой скоростью вращения не подходят провода с эмалевой изоляцией, так как температура выше 160 – 170 градусов по Цельсию способна расплавить защитный слой.
2. Разрешенная толщина изолирующего слоя. Самую большую толщину изоляции провода имеют комбинированная и волокнистая изоляции. Однако использование их в условиях повышенной влажности нежелательно.
3. Требования к необходимому уровню механической прочности, влагостойкости, морозостойкости и защиты от воздействия химических веществ.

Критерии качества обмоточных проводов

В зависимости от размера и марки провода выпускаются в бухтах, барабанах и катушках. Намотка провода должна быть ровной, недопустимо перекручивание витков. Слой изоляции должен быть равномерным, не допускается наличие утолщений слоя. Ряды обмотки должны быть равномерными и плотными, без просветов и ребристости. Допустимые наплывы эмали в конкретных точках провода строго регламентируются в сопроводительной документации.
Бумагой оборачивают барабаны и катушки с проводом. Для упаковки бухт используется рогожа или мешковина. Катушки дополнительно укладываются в ящики, допустимый вес которых не должен превышать 80 кг.

На каждой бухте, катушке или барабане обязательно прилагается ярлык с информацией об марке провода, изготовителе, весе и диаметре обмоточного провода. Хранить провод необходимо в закрытых помещениях с низким уровнем влажности.

Компания "ПРОВОДНИК" осуществляет продажу эмалированного (обмоточного) провода. Мы предлагаем высококачественную проводниковую продукцию в любых объемах по самым привлекательным ценам. У нас всегда качественный уровень обслуживания и индивидуальный подход к каждому клиенту.

Эмалированный (обмоточный) провод предназначен для обмоток электрических машин, аппаратов, а так же измерительных, регулирующих и прочих приборов, катушек зажигания, капсюлей, низковольтных сухих трансформаторов. Он также предназначен для реле, соленоидов, радиотехнических изделий, микродвигателей, двигателей малой и средней мощности, генераторов, силовых двигателей широкого применения, двигателей для домашних электроприборов и электроинструментов, аппаратуры связи, а также компрессоров холодильных установок и кондиционеров, работающих в среде фреонов (хладонов). Исключительная механическая прочность изоляции позволяет использовать эмалированный (обмоточный) провод при автоматической намотке. В зависимости от температурного индекса и типов изоляции провода используются для разных условий среды в изготовлении взрывозащищенного оборудования для химической, газовой, нефтеперерабатывающей и угольной промышленности.

Провода изготавливаются со следующими температурными индексами:

• температурный индекс 105 (марки ПЭЛ, ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭВП, ПЭВА, ПЭВАт, ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭМП и др.);
• температурный индекс 120 (марки ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, ПЭВТЛ и др.);
• температурный индекс 130 (марки ПЭТВ-1, ПЭТВ-2, ПЭТВ-2-ТС, ПЭТВП, ПЭТВМ и др.);
• температурный индекс 155 (марки ПЭТ-155, ПЭТМ и др.);
• температурный индекс 180 (марки ПНЭТ-имид, и др.);
• температурный индекс 200 (ПЭТ-200, ПЭТП-200 и др.).

Провода изготавливают алюминиевыми, медными и никелированными медными. Никелированная медная проволока применяется для изготовления нагревостойких проводов с целью повышения устойчивости к окислению.

Для изоляции обмоточных проводов с эмалевой изоляцией применяют электроизоляционные лаки, представляющие собой раствор высокомолекулярных пленкообразующих соединений в органических летучих жидкостях. При нагревании лакового покрытия на проволоке молекулярная масса пленкообразующих соединений возрастает, а растворитель испаряется, в результате чего на проводе образуется твердая эмалевая пленка. Ее гибкость обеспечивается наличием в пленке жидкостей, которые не испаряются при нагреве и выполняют роль пластификаторов.

Двухслойная изоляция проводов с эмалевой изоляцией представляет собой два различных лака, нанесенных на провод последовательно. На провода, предназначаемые для склеивания при нагревании, поверх основной изоляции на основе поливинилацеталевого или полиэфирного лака наносится клеящий слой из поливинилацетатного лака. Этот лак при температуре 120 - 150°С размягчается, а при понижении температуры переходит в твердое состояние. Для защиты провода от механических повреждений применяются покрытия на основе полиамидов (лак КЛ-1) - раствор поликапролактама в трикрезоле.

Эмалированный (обмоточный) провод изготовлен из медного проводника (круглой или прямоугольной формы), а изоляцией ему служит - электроизоляционный лак на основе модифицированных полиэфирных смол.