Материалы, применяемые в обмоточном производстве и требования к ним
- 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.
Наша компания осуществляет продажу различных марок проводов обмоточных алюминиевых из наличия со складов, расположенных по всей России, или под заказ на производство. Специалисты «Кабель.РФ» знают все о данной продукции, поэтому грамотно проконсультируют вас в выборе необходимого провода с учетом технических требований, помогут осуществить своевременную доставку и подобрать соответствующий тип транспорта.
Используется провод обмоточный алюминиевый для изготовления обмоток всевозможных электроустановок высокого и низкого напряжения, работающих на постоянном и переменном токе. В первую очередь это электрические машины — трансформаторы масляного и сухого исполнения, электродвигатели (в большинстве случаев высоковольтного исполнения), генераторы, сварочное оборудование (трансформаторы). Кроме того, с применением алюминиевого провода изготавливают различную пусковую аппаратуру.
Изделие допускается для эксплуатации на суше во всех макроклиматических районах (тропическом, холодном и умеренном). Довольно часто провод может эксплуатироваться в среде электроизоляционного масла, например в масляных силовых трансформаторах. Добавим, что для некоторых исполнений проводов допускается длительный перегрев жилы и механическое воздействие в процессе эксплуатации — например, в электродвигателях, работающих в тяжелых условиях (частые механические перегрузки на валу). Провод предназначен для фиксированного монтажа в специально предназначенных для этого узлах машин и агрегатов.
Для изготовления данного провода применяется жила из алюминиевой монолитной проволоки марки АТ и АМ для круглых сечений и марки ПАМ для прямоугольного сечения. Изолируют токоведущие жилы эмалевой, волокнистой, стекло-волокнистой и бумажной изоляцией. Эмалевая представляет собой, как правило, два слоя из различных электроизоляционных лаков (синтетический, полиамидимидный полиуретановый, а также лак на основе полиэфирных смол для нагревостойкого исполнения). В основе волокнистой изоляции — один или несколько слоев волокнистых материалов (натуральный или синтетический шелк, хлопчатобумажная пряжа, лавсановое волокно). Направление намотки каждого слоя — противоположное. Для стекловолокнистой изоляции применяют обмотку стекловолокном с последующей пропиткой нагревостойким лаком или компаундом. Бумажная изоляция представляет собой обмотку жилы лентами телефонной или кабельной бумаги в несколько слоев.
Основные преимущества:
- наличие нагревостойкого исполнения провода;
- разнообразное исполнение провода по материалу изоляции;
- продолжительный срок службы;
- более низкая себестоимость изготовления провода по сравнению с медным исполнением.
Провод обмоточный алюминиевый: цена
У нас вы можете купить провод обмоточный алюминиевый по выгодной цене, для этого необходимо оставить заявку на расчет стоимости менеджеру компании.
Провода обмоточные с эмалевой изоляцией обозначаются буквенно-цифровым кодом, в котором указываются: вид изоляции, форма сечения провода, тип изоляции и через дефис - конструктивное исполнение, температурный индекс, материал проволоки. В условное обозначение провода входят марка провода с добавлением (через интервал) номинального диаметра круглой проволоки или размеры сторон прямоугольной проволоки (для прямоугольного провода) и обозначение стандарта или ТУ на провода конкретных марок. Провода обмоточные с эмалевой изоляцией (ПЭ) классифицированы по различным признакам
- эмалевой изоляции: поливинилацетатная; винифлекс (В); метальвин (М); полиуретановая (У); полиэфирная (Э); полиимидная (И); полиамидная (АИ); полиэфириримидная (ЭИ); полиэфирцианураатимидная фреоностойкая (Ф).
- форме сечения: круглые; прямоугольные (П).
- толщине изоляции: типа 1; типа 2.
- конструктивному исполнению изоляции: однослойная; двухслойная (Д); трехслойная (Т); четырехслойная (Ч); с термопластичным покрытием, склеивающимся под воздействием температуры (К).
- температурному индексу (нагревостойкости), °С: 105, 120, 130, 155, 180, 200, 220 и выше.
- материалу проволоки: медная; медная безжелезистая (БЖ); медная никелированная (МН); алюминиевая мягкая (А); алюминиевая твердая (АТ); биметаллическая: алюмомедная мягкая (АМ), сталемедная (СМ); из сплавов: манганиновая мягкая (ММ), манганиновая твердая (МТ), манганиновая стабилизированная (МС), константановая мягкая (КМ), константановая твердая (КТ), никелькобальтовая (НК); дрогоценных металлов; никелевая; нихромовая (НХ).
Провода обмоточные с эмалево-волкнистой, волокнистой, пластмассовой и пленочной изоляцией подразделяются:
- по виду изоляции: волокнистая: хлопчатобумажная (Б), из натурального шелка (Ш), капроновая (К), полиэфирная (лавсановая) (Л), из трилобала (Кп), оксалона (Од), аримида (Ар); бумажная (Б); стекловолокнистая (С); стеклополиэфирная (СЛ); пластмассовая (П); пленочная: фторопластовая (Ф), полиамидо-фторопластовая (И), фторопластовая с полиимидно-фторопластовой (ФИ); комбинированная.
- по числу обмоток: однослойная (О); двухслойная (Д).
- по виду пропитки: глифталевая, полиэфирная и другие основы (130 °C); кремнийорганическая (155 и 180 °С); органосиликатная композиция (свыше 180 °С).
- по типу изоляции: нормальная; утонченная (Т); усиленная (У); дополнительная поверхностная лакировка (Л).
- по отличителным особенностям: транспонированный провод (т); подразделенный провод (П); число элементарных проводников (обозначается цифрой); толщина общей бумажной изоляции (знаменатель дроби).
- по температуре эксплуатации: 60, 80, 90, 120, 180, 200 °C; нагревостойкости в пропитанном состоянии на классы: У (90°C), A (105°C), E (120°C), B (130°C), Г (155°C), H (180°C), C (более 180°C).
- материалу проволоки: медная; медная безжелезистая (БЖ); медная никелированная (МН); алюминиевая (А); манганиновая мягкая (ММ); манганиновая твердая (МТ); константановая мягкая (КМ); константановая твердая (КТ); нихромовая (НХ).
- по сплавам: на основе меди (БрМгЦр); покрытые словом никеля или железа и никеля, нанесенных гальванических способом и сплавом на основе других материалов.
- по конструктивному исполнению жилы: круглая (однопроволочная, многопроволочная); прямоугольная; полая.
Основные характеристики обмоточных проводов
| Марка провода | Характеристика изоляции | Диаметр проволоки, мм |
Максимальная
рабочая температура,°С |
|---|---|---|---|
| ПЭВ-1 | Один слой высокопрочной эмали ВЛ-931 | 0,02...2,5 | 105 |
| ПЭВ-2 | Два слоя высокопрочной эмали ВЛ-931 | 0,06...2,5 | 105 |
| ПЭТ-155 | Лак ПЭ-955 на полиэфиримидной основе | 0,02...2,5 | 155 |
| ПЭТВ | Высокопрочный нагревостойкий лак ПЭ-939 или ПЭ-943 на основе полиэфиров | 0,02...2,5 | 130 |
| ПЭВД | Высокопрочная эмаль с дополнительным термопластичным слоем лака | 0,1...0,5 | 105 |
| ПЭВЛ | Высокопрочная эмаль и обмотка из лавсановой нити | 0,02...1,56 | 120 |
| ПЭВТЛ-1 | Один слой высокопрочной полиуретановой эмали | 0,05...1,56 | 130 |
| ПЭВТЛ-2 | Два слоя высокопрочной полиуретановой эмали | 0,05...1,56 | 130 |
| ПЭВТЛК | Высокопрочная эмаль на основе полиуретана и полиамидной смолы | 0,06...0,35 | 130 |
| ПЭЛ | Лак на масляной основе | 0,02...2,5 | 105 |
| ПЭЛО | Лак на масляной основе и обмотка из полиэфирной нити | 0,05...1,56 | 105 |
| ПЭЛЛО | Лак на масляной основе и обмотка из лавсановой нити | 0,06...1,56 | 105 |
| ПЭЛР | Высокопрочная эмаль на основе полиамида и резольной смолы | 0,06...2,5 | 120 |
| ПЭЛШКО | Лак на масляной основе и обмотка из капронового волокна | 0,1...2,1 | 105 |
| ПЭМ-1 | Один слой высокопрочной эмали ВЛ-941 | 0,02...2,5 | 105 |
| ПЭМ-2 | Два слоя высокопрочной эмали ВЛ-941 | 0,02...2,5 | 105 |
| ПЭС-1 | Один слой высокопрочного лака на основе поливинилформаля | 0,06...2,5 | 105 |
| ПЭС-2 | Два слоя высокопрочного лака на основе поливинилформаля | 0,06...2,5 | 105 |
| ПЭТЛО | Высокопрочный нагревостойкий лак на основе полиэфиров и обмотка из лавсановой нити | 0,06...0,52 | 120 |
| ПСД | Два слоя обмотки из стекловолокна с пропиткой нагревостойким лаком | 0,5...5,2 | 155 |
| ПСДК | Два слоя обмотки из стекловолокта с пропиткой кремнийорганическим лаком | 0,5...5,2 | 180 |
| ПНЭТ | Высокопрочная нагревостойкая эмаль на основе полиамидов | 0,06...2,5 | 220 |
| ПЭШО | Лак на масляной основе и один слой шелковых нитей | 0,05...1,56 | 105 |
| ПЭБО | Лак на масляной основе и один слой хлопчатобумажной пряжи | 0,38...2,12 | 105 |
Основные параметры обмоточных проводов круглого сечения для трансформаторов
| Номинальный диаметр провода по меди, мм |
Сечение провода по меди, мм2 |
Диаметр провода с изоляцией, мм | Сопротивление 1 м провода при 20°С, Ом |
Допустимый ток при плотности 2 А/м2, А |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ПЭВ-1 | ПЭВ-2 | ПЭЛ | ПЭТВ | ПНЭТ | ПЭЛШО | ||||
| 0.02 | 0.00031 | 0.027 | - | 0.035 | - | - | - | 61.5 | 0.0006 |
| 0.025 | 0.00051 | 0.034 | - | 0.04 | - | - | - | 37.16 | 0.001 |
| 0.03 | 0.00071 | 0.041 | - | 0.045 | - | - | - | 24.7 | 0.0014 |
| 0.032 | 0.0008 | 0.043 | - | 0.046 | - | - | - | 22.4 | 0.0016 |
| 0.04 | 0.0013 | 0.055 | - | 0.055 | - | - | - | 13.9 | 0.0026 |
| 0.05 | 0.00196 | 0.062 | 0.08 | 0.07 | - | - | 0.14 | 9.169 | 0.004 |
| 0.06 | 0.00283 | 0.075 | 0.09 | 0.085 | 0.09 | - | 0.15 | 6.367 | 0.0057 |
| 0.063 | 0.0031 | 0.078 | 0.09 | 0.085 | 0.09 | - | 0.16 | 4.677 | 0.0063 |
| 0.07 | 0.00385 | 0.084 | 0.092 | 0.092 | 0.1 | - | 0.16 | 4.677 | 0.0071 |
| 0.071 | 0.00396 | 0.088 | 0.095 | 0.095 | 0.1 | - | 0.16 | 4.71 | 0.0078 |
| 0.08 | 0.00503 | 0.095 | 0.105 | 0.105 | 0.11 | - | 0.16 | 6.63 | 0.0101 |
| 0.09 | 0.00636 | 0.105 | 0.12 | 0.115 | 0.12 | - | 0.18 | 2.86 | 0.0127 |
| 0.1 | 0.00785 | 0.122 | 0.13 | 0.125 | 0.13 | 0.125 | 0.19 | 2.291 | 0.0157 |
| 0.112 | 0.0099 | 0.134 | 0.14 | 0.125 | 0.14 | 0.135 | 0.2 | 1.895 | 0.021 |
| 0.12 | 0.0113 | 0.144 | 0.15 | 0.145 | 0.15 | 0.145 | 0.21 | 1.591 | 0.0226 |
| 0.125 | 0.0122 | 0.149 | 0.155 | 0.15 | 0.155 | 0.15 | 0.215 | 1.4 | 0.0248 |
| 0.13 | 0.0133 | 0.155 | 0.16 | 0.155 | 0.16 | 0.16 | 0.22 | 1.32 | 0.0266 |
| 0.14 | 0.0154 | 0.165 | 0.17 | 0.165 | 0.17 | 0.165 | 0.23 | 1.14 | 0.0308 |
| 0.15 | 0.01767 | 0.176 | 0.19 | 0.18 | 0.19 | 0.18 | 0.24 | 0.99 | 0.0354 |
| 0.16 | 0.02011 | 0.187 | 0.2 | 0.19 | 0.2 | 0.19 | 0.25 | 0.873 | 0.0402 |
| 0.17 | 0.0227 | 0.197 | 0.21 | 0.2 | 0.21 | 0.2 | 0.26 | 0.773 | 0.0454 |
| 0.18 | 0.02545 | 0.21 | 0.22 | 0.21 | 0.22 | 0.21 | 0.27 | 0.688 | 0.051 |
| 0.19 | 0.02835 | 0.22 | 0.23 | 0.22 | 0.23 | 0.22 | 0.28 | 0.618 | 0.0568 |
| 0.2 | 0.03142 | 0.23 | 0.24 | 0.23 | 0.24 | 0.23 | 0.3 | 0.558 | 0.0628 |
| 0.21 | 0.03464 | 0.24 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.31 | 0.507 | 0.0692 |
| 0.224 | 0.0394 | 0.256 | 0.27 | 0.26 | 0.27 | 0.26 | 0.32 | 0.445 | 0.079 |
| 0.236 | 0.0437 | 0.26 | 0.285 | 0.27 | 0.28 | 0.27 | 0.33 | 0.402 | 0.0875 |
| 0.25 | 0.04909 | 0.284 | 0.3 | 0.275 | 0.3 | 0.29 | 0.35 | 0.357 | 0.0982 |
| 0.265 | 0.0552 | 0.305 | 0.315 | 0.305 | 0.31 | 0.3 | 0.36 | 0.318 | 0.111 |
| 0.28 | 0.0615 | 0.315 | 0.33 | 0.315 | 0.33 | 0.31 | 0.39 | 0.285 | 0.124 |
| 0.3 | 0.0708 | 0.34 | 0.35 | 0.34 | 0.34 | 0.33 | 0.41 | 0.248 | 0.143 |
| 0.315 | 0.078 | 0.35 | 0.365 | 0.352 | 0.36 | 0.35 | 0.43 | 0.225 | 0.158 |
| 0.335 | 0.0885 | 0.375 | 0.385 | 0.375 | 0.38 | 0.37 | 0.45 | 0.198 | 0.179 |
| 0.355 | 0.099 | 0.395 | 0.414 | 0.395 | 0.41 | 0.39 | 0.47 | 0.177 | 0.2 |
| 0.38 | 0.1134 | 0.42 | 0.44 | 0.42 | 0.44 | 0.42 | 0.5 | 0.155 | 0.226 |
| 0.4 | 0.126 | 0.44 | 0.46 | 0.442 | 0.46 | 0.44 | 0.52 | 0.14 | 0.251 |
| 0.425 | 0.142 | 0.465 | 0.485 | 0.47 | 0.47 | 0.46 | 0.53 | 0.124 | 0.283 |
| 0.45 | 0.16 | 0.49 | 0.51 | 0.495 | 0.5 | 0.5 | 0.57 | 0.11 | 0.319 |
| 0.475 | 0.177 | 0.525 | 0.545 | 0.495 | 0.53 | 0.51 | 0.6 | 0.099 | 0.353 |
| 0.5 | 0.196 | 0.55 | 0.57 | 0.55 | 0.55 | 0.53 | 0.62 | 0.09 | 0.392 |
| 0.53 | 0.2206 | 0.58 | 0.6 | 0.578 | 0.6 | 0.58 | 0.66 | 0.0795 | 0.441 |
| 0.56 | 0.247 | 0.61 | 0.63 | 0.61 | 0.62 | 0.6 | 0.68 | 0.071 | 0.494 |
| 0.6 | 0.283 | 0.65 | 0.67 | 0.65 | 0.66 | 0.64 | 0.72 | 0.062 | 0.566 |
| 0.63 | 0.313 | 0.68 | 0.7 | 0.68 | 0.69 | 0.67 | 0.75 | 0.056 | 0.626 |
| 0.67 | 0.352 | 0.72 | 0.75 | 0.72 | 0.75 | 0.72 | 0.8 | 0.05 | 0.704 |
| 0.71 | 0.398 | 0.76 | 0.79 | 0.77 | 0.78 | 0.75 | 0.82 | 0.044 | 0.797 |
| 0.75 | 0.441 | 0.81 | 0.84 | 0.81 | 0.83 | 0.8 | 0.87 | 0.039 | 0.884 |
| 0.8 | 0.503 | 0.86 | 0.89 | 0.86 | 0.89 | 0.86 | 0.95 | 0.035 | 1.0 |
| 0.85 | 0.567 | 0.91 | 0.94 | 0.91 | 0.94 | 0.91 | 1.0 | 0.031 | 1.13 |
| 0.9 | 0.636 | 0.96 | 0.99 | 0.96 | 0.99 | 0.96 | 1.05 | 0.0275 | 1.27 |
| 0.93 | 0.6793 | 0.99 | 1.02 | 0.99 | 1.02 | 0.99 | 1.08 | 0.0253 | 1.33 |
| 0.95 | 0.712 | 1.01 | 1.04 | 1.02 | 1.04 | 1.01 | 1.1 | 0.0248 | 1.42 |
| 1.0 | 0.7854 | 1.07 | 1.1 | 1.07 | 1.11 | 1.06 | 1.16 | 0.0224 | 1.57 |
| 1.06 | 0.884 | 1.13 | 1.16 | 1.14 | 1.16 | 1.13 | 1.21 | 0.0199 | 1.765 |
| 1.08 | 0.9161 | 1.16 | 1.19 | 1.16 | 1.19 | 1.16 | 1.24 | 0.0188 | 1.83 |
| 1.12 | 0.9852 | 1.19 | 1.22 | 1.2 | 1.23 | 1.2 | 1.28 | 0.0178 | 1.97 |
| 1.18 | 1.092 | 1.26 | 1.28 | 1.26 | 1.26 | 1.25 | 1.34 | 0.0161 | 2.185 |
| 1.25 | 1.2272 | 1.33 | 1.35 | 1.33 | 1.36 | 1.33 | 1.41 | 0.0143 | 2.45 |
| 1.32 | 1.362 | 1.4 | 1.42 | 1.4 | 1.42 | 1.39 | 1.47 | 0.0129 | 2.72 |
| 1.4 | 1.5394 | 1.48 | 1.51 | 1.48 | 1.51 | - | 1.56 | 0.0113 | 3.078 |
| 1.45 | 1.6513 | 1.53 | 1.56 | 1.53 | 1.56 | - | 1.61 | 0.0106 | 3.306 |
| 1.5 | 1.7672 | 1.58 | 1.61 | 1.58 | 1.61 | - | 1.68 | 0.0093 | 3.534 |
| 1.56 | 1.9113 | 1.63 | 1.67 | 1.64 | 1.67 | - | 1.74 | 0.00917 | 3.876 |
| 1.6 | 2.01 | 1.68 | 1.71 | 1.68 | 1.71 | - | - | 0.0086 | 4.03 |
| 1.7 | 2.2697 | 1.78 | 1.81 | 1.78 | 1.81 | - | - | 0.0078 | - |
| 1.74 | 2.378 | 1.82 | 1.85 | 1.82 | 1.85 | - | - | 0.00737 | - |
| 1.8 | 2.54468 | 1.89 | 1.92 | 1.89 | 1.92 | - | - | 0.00692 | - |
| 1.9 | 2.8105 | 1.99 | 2.02 | 1.99 | 2.02 | - | - | 0.00612 | - |
| 2.0 | 3.1415 | 2.1 | 2.12 | 2.1 | 2.12 | - | - | 0.00556 | - |
| 2.12 | 3.5298 | 2.21 | 2.24 | 2.22 | 2.24 | - | - | 0.00495 | - |
| 2.24 | 4.0112 | 2.34 | 2.46 | 2.34 | 2.46 | - | - | 0.00445 | - |
| 2.36 | 4.3743 | 2.46 | 2.48 | 2.36 | 2.48 | - | - | 0.00477 | - |
| 2.5 | 4.9212 | 2.6 | 2.63 | 2.6 | 2.62 | - | - | 0.00399 | - |
В настоящее время в обмотках трансформаторов и реакторов в основном применяются известные уже ни одно десятилетие типы обмоточных проводов:
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:
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:
Помимо обычной ПМФ изоляции находят применение короностойкие ПМФ пленки, продвигаемые на российском рынке фирмой Du Pont. Изоляция из данной пленки имеет следующие уникальные особенности:
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:
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:
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.
Проводятся следующие виды непрерывного контроля:
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.
В трансформаторах обмотки служат для преобразования электрической энергии. Изменяя напряжение и силу тока, они сохраняют передаваемую мощность. Вместе с обмотками в преобразовании энергии участвует набор из металлических пластин, который играет роль магнитопровода.
Трансформаторные обмотки изготавливаются из проводников, покрытых слоем изоляции, который также удерживает провода в определенном положении и создает канал охлаждения. Различные конструкции обмоток предусматривают нейтральные и линейные ответвления, а также отводы для регулировки. Во время работ, связанных с конструированием обмоток, рассчитываются такие параметры:
- допустимое значение превышения температуры при номинальной мощности и рабочей нагрузке;
- электрическая прочность при повышенном напряжении;
- механическая прочность во время короткого замыкания.
Для изготовления обмоток преобразователей чаще всего используется медный провод. Это делается из-за того, что медь имеет малое электрическое сопротивление и высокую электропроводность. Благодаря своей гибкости и механической прочности, она хорошо обрабатывается и плохо поддается коррозии.
Однако медь - это достаточно ценный и дефицитный металл. Высокая стоимость меди связана с небольшими мировыми запасами ее руды. Из-за этого стоимость металла постоянно увеличивается, так что производители трансформаторов вынуждены искать ему замену. На сегодняшний день лучшей альтернативой меди является алюминий. Его запасы значительно превосходят медные, и в природе он встречается намного чаще.
Однако алюминий имеет меньшую электропроводность. Также он менее гибок и уступает меди в пределе прочности. Его редко применяют в обмотках мощных трансформаторов. Кроме того, достаточно сложно в техническом плане делать внутренние соединения обмоток при помощи сварки. Выполнение этой операции требует от работников, соединяющих обмотки, соответствующих знаний и умений, большого опыта и определенных навыков. В случае когда соединяются медные проводники, все обстоит гораздо проще.
Сравнительные характеристики металлов
| УТВЕРЖДЕНИЕ | ПРАВДА | МИФ |
| Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями. | Х | |
| Оконцевание выводов должным образом - более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов. | Х | |
| Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками. | Х | |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками. | Х | |
| Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для «ударных» нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия. | Х | |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками. | Х |
Споры о том, какой металл лучше использовать для трансформаторных обмоток, не прекращаются на протяжении многих лет. Оппоненты, приводящие различные технические аргументы в пользу разных металлов, постоянно меняют свои взгляды. Большая часть из всех аргументов не столь существенна, а некоторые из, так называемых фактов, являются откровенной дезинформацией.
Чтобы правильно выбрать материал для обмотки преобразователя, следует произвести сравнительный анализ рабочих параметров алюминия и меди, и определить степень их различия. Внимание обращают на те параметры, которые вызывают наибольшее беспокойство, поскольку являются наиболее важными в работе преобразующего устройства.
Характерные различия между медью и алюминием
Коэффициент расширения
Когда нагревается алюминий, он имеет расширение на 30% больше, чем медь. Если алюминиевые наконечники соединяются при помощи болта и гайки, под прижимную гайку нужно обязательно подкладывать пружинистую шайбу. В этом случае контактное соединение не будет ослабляться в то время, когда напряжение отключено, и наконечники остывают, уменьшая при этом свои размеры.
Вывод: Чтобы качество соединения алюминиевых кабелей не уступало качеству медных контактов, необходимо использовать должную арматуру.
Теплопроводность
Медь намного лучше проводит тепло, чем алюминий. Поэтому если разные металлы обмоток в трансформаторах имеют одинаковое сечение, то изделие из меди охлаждается гораздо лучше, чем из алюминия. Чтобы добиться одинаковой электропроводности, а значит одной и той же отдачи тепла, алюминиевый провод в преобразователе должен иметь сечение на 60% больше медного.
Проектировщики, разрабатывая пакет документов для производства трансформаторов, учитывают особенности материала, конструкцию, а также суммарную площадь охлаждающейся поверхности обмотки.
Вывод: Все трансформаторы, невзирая на то, из какого металла выполнены их обмотки, имеют очень сходные тепловые характеристики.
Электропроводность
Вследствие того, что алюминий имеет электрическую проводимость на 60% меньше чем медь, в обмотках из алюминия более высокие потери. Разработчики преобразователей с алюминиевыми обмотками в проектной документации закладывают сечения проводников, которые превышают значения для аналогичных изделий из меди. Это уравнивает потерю энергии в изделиях, имеющих в обмотках различные материалы.
Вместе с тем производители имеют определенные рамки, ограничивающие выбор сечения провода. Поэтому иногда получается, что медная обмотка в трансформаторе имеет более значительные потери, чем аналогичное изделие из алюминия. Это происходит из-за того, что производители по тем или иным причинам в качестве обмотки использовали медный провод, сечение которого не соответствует расчетной норме.
Что же касается сухих трансформаторов, то вне зависимости от металла обмотки у них потери в сердечнике, набранном из металлических пластин, остаются неизменны. Добиться более высокой эффективности работы преобразователя можно только путем изменения сечения обмоточного провода. Это и является основным критерием, который указывает на более высокую степень результативности того или иного устройства.
Вывод: Благодаря тому, что алюминиевый провод стоит намного дешевле, за те же деньги им можно намотать обмотку, имеющую большее сечение. Это приведет к значительному снижению энергетических потерь во время работы преобразователя. В некоторых случаях такие обмотки намного эффективней медных.
Предел прочности металлов
Алюминий для своего разрыва требует на 40% меньше усилий, чем медь. У производителей электротехнических изделий этот факт вызывает определенное беспокойство, поскольку большинство выпускаемых ими товаров часто подвергается циклическим нагрузкам. Это связано с большими пусковыми токами, которые возникают при запуске некоторых электрических силовых аппаратов. Мощные электромагнитные силы, возникающие при таких токах, вызывают усиленное движение молекул в проводниках, что приводит к смещению обмоток в изделиях.
Сравнительный анализ технических показателей различных проводников делается исходя из площади их поперечного сечения. На основании данных анализа одинаковая электропроводность в трансформаторах с разными обмотками обеспечивается следующим образом. В изделиях с алюминиевой обмоткой площадь сечения провода должна быть больше на 60%, чем в аналогичном устройстве, имеющем обмотку из меди. В этом случае технические показатели изделий, сделанных из различных материалов, будут примерно одинаковы.
Вывод: Трансформатор не может получить механическое повреждение из-за резкого изменения нагрузки, поскольку сечение обмотки подобрано таким образом, чтобы имелся необходимый запас прочности. Повреждения могут случиться только вследствие ненадежного крепления в местах соединения проводов.
Внешние подключения трансформаторов
В настоящее время использование меди в трансформаторных обмотках вызвано стремлением производить более качественные и надежные преобразующие устройства. Известно, что как алюминий, так и медь легко поддаются разрушающему воздействию окружающей среды. Из-за этого в металлах происходит коррозия, окисление и другие химические изменения.
Поверхность алюминиевого провода, покрытая окисью, становится изолятором и не пропускает электрический ток. Из-за этого своевременная очистка алюминиевых контактов имеет большое значение и должна производиться регулярно, в строгом соответствии с графиком проведения профилактических работ.
Окисленная же медь утрачивает свою электропроводность значительно меньше, поскольку появляющиеся на ней сульфиды и оксиды, конечно, не в той мере в какой бы хотелось, но все же имеют некоторую электропроводность. Все это хорошо знает персонал, который обслуживает трансформаторные подстанции. Поэтому специально обученная бригада электриков регулярно производит плановую проверку болтовых соединений рабочего оборудования.
Кроме того, существует проблема подключения алюминиевых обмоток преобразователя к медным проводам внешней электрической сети. Напрямую соединять алюминиевые и медные наконечники болтами нельзя. Дело в том, что металлы имеют различную электропроводность, из-за чего места соединений постоянно перегреваются, и соединенные поверхности разрушаются. Разработанные специально для этого сварочные технологии оказались малоэффективными, поэтому для сваривания кабелей из разного металла их не применяют.
Для соединения медных и алюминиевых кабелей сейчас используют луженые наконечники, покрытые тонким слоем олова либо серебра. При соединении алюминиевых обмоток трансформаторов с медными сетевыми кабелями наконечники покрывают оловом. Серебро используется в электронике, где требуется более высокое качество соединения деталей. Практика таких соединений общепринята. Надежность соединений подтверждается большими сроками бесперебойной работы оборудования.
Различные провода также часто соединяют при помощи специальных металлических клемм. Такая клемма сделана в виде прямоугольной рамки, в которую вставляются два соединяемых проводника. На одной плоскости клеммы имеются отверстия с резьбой. После того как проводники вставлены в рамку, они фиксируются винтами, которые закручиваются в резьбу.
Внутреннее соединение трансформаторных обмоток
Соединение медных обмоток преобразователей осуществляется методом спаивания. Тугоплавкий припой, используемый при этом, несколько снижает электропроводность спаянного участка. На этом участке все время выделяется окись меди, из-за которой отслаивается наружный слой, что ведет к повреждению всего проводника. Это является существенным недостатком такого метода соединения.
В алюминиевых же соединениях используется метод сваривания проводов при помощи инертного газа. В них окись алюминия образует стойкое защитное покрытие, которое предохраняет контакт от негативного воздействия окружающей среды. Кроме того, в этом методе соединения проводников большим преимуществом является то, что во время работы устройства на сваренных участках отсутствует потеря электропроводности.
Время эксплуатации трансформаторов в определенной мере связано с теми условиями, в которых они работают. Сюда относятся негативные воздействия окружающей среды, экстремальные нагрузки и другие неблагоприятные условия. Однако люди, пользующиеся электроэнергией не должны беспокоиться по этому поводу. Как показала практика преобразователи, имеющие различные обмотки, способны работать многие годы без особых проблем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трансформатор с той или иной обмоткой в основном выбирается исходя из личных предпочтений. Более высокая стоимость изделия, имеющего медную обмотку, требует технического обоснования тех дополнительных материальных затрат, которые возникнут во время его приобретения. Сегодня все отзывы, основанные на опыте практического использования оборудования, не указывают на какие-либо явные преимущества в работе тех или иных устройств.
Единственным превосходством медной обмотки можно считать то, что катушка, намотанная медным проводом, имеет значительно меньшие габариты. Это позволяет делать трансформаторы с такой обмоткой более компактными, что позволяет несколько сэкономить то пространство, в котором они находятся.
Однако подавляющее большинство закрытых преобразователей выпускается в стандартных корпусах, имеющих одни размеры, которые подходят и для медных и для алюминиевых катушек. Так что здесь преимущество меди не имеет никакого значения. Поэтому спрос на трансформаторы с алюминиевой обмоткой сейчас намного выше.
Стоимость металлов постоянно увеличивается, а поскольку цена меди в несколько раз превышает цену алюминия, то и стоимость изделия с медной обмоткой намного дороже. Из-за этого многие покупатели предпочитают не переплачивать за медь, а покупать изделия с алюминиевыми обмотками. В дальнейшем они стараются следить за надежностью электрических соединений, и уделять должное внимание профилактическому обслуживанию оборудования.
