750кВА сухие трансформаторные обмотки
Продолжение с. статья: Конструкция трансформатора тока - сердечник
строительство
Обмотки состоят из токопроводящих проводников, намотанных вокруг секций сердечника, и они должны быть надлежащим образом изолированы, поддерживаться и охлаждаться, чтобы выдерживать рабочие и испытательные условия.
Термины обмотки и катушки в этом обсуждении взаимозаменяемы. Медь и алюминий являются основными материалами, используемыми в качестве проводников в обмотках силового трансформатора.
В то время как алюминий легче и обычно дешевле меди, для использования тока с аналогичной производительностью, такой как медь, необходимо использовать большее поперечное сечение алюминиевого проводника. Медь имеет более высокую механическую прочность и используется почти исключительно во всех областях, кроме небольших размеров, где алюминиевые проводники могут быть совершенно приемлемыми.
В случаях, когда встречаются экстремальные силы, материалы, такие как серебросодержащая медь, могут использоваться для еще большей прочности.
Проводники, используемые в силовых трансформаторах, обычно скручены с прямоугольным поперечным сечением, хотя некоторые трансформаторы с наименьшими номинальными значениями могут использовать проводники из листа или фольги. Несколько нитей могут быть намотаны параллельно и соединены вместе на концах обмотки, и в этом случае необходимо транспонировать нити в разных точках всей обмотки, чтобы предотвратить циркулирующие токи вокруг петли (контуров), образованные путем соединения нитей на концах, Отдельные нити могут подвергаться различиям в поле потока из-за их соответствующих положений внутри обмотки, что создает различия в напряжениях между пряди и подает циркулирующие токи через контуры проводников.
Рисунок 1 - Непрерывно транспонированный кабель (CTC)
Правильное перемещение нитей отменяет эти разности напряжений и устраняет или значительно уменьшает циркулирующие токи. Вариант этой технологии, включающий множество прямоугольных проводников, объединенных в кабель, называется непрерывно транспонированным кабелем (CTC), как показано на рисунке 1.
В трансформаторах с сердечником обмотки обычно расположены концентрически вокруг ножки сердечника, как показано на фиг. 2, которая показывает, что обмотка опускается по другой обмотке уже на ноге сердечника трехфазного трансформатора.
Схема катушек, расположенных в этом трехфазном применении, также показана на рисунке 1 (статья «Конструкция трансформатора силовой трансформации - сердечник»).
Трансформаторы типа «оболочка» используют аналогичную концентрическую компоновку или межликую структуру, как показано на схеме 3 и фотографии на рисунке 7.
Рисунок 2 - Концентрическое расположение, внешняя катушка опускается на ногу сердечника поверх верхней внутренней катушки
Рисунок 3 - Пример укладки (чередующегося) расположения обмоток в конструкции оболочки
С чередующимся расположением отдельные катушки уложены друг на друга, разделенные изолирующими барьерами и охлаждающими каналами. Катушки обычно соединены с внутренней частью одной катушки, соединенной с внутренней частью соседней катушки, и аналогично наружу от одной катушки, соединенной с внешней стороной соседней катушки. Наборы катушек собираются в группы, которые затем формируют первичную или вторичную обмотку.
При рассмотрении концентрических обмоток обычно понимают, что круговые обмотки имеют по своей природе более высокую механическую прочность, чем прямоугольные обмотки, тогда как прямоугольные катушки могут иметь более низкий удельный вес и затраты на рабочую силу.
Прямоугольные обмотки позволяют более эффективно использовать пространство, но их использование ограничено малыми силовыми трансформаторами и более низким диапазоном трансформаторов средней мощности, где внутренние силы не очень высоки. По мере увеличения рейтинга силы значительно увеличиваются, и в обмотках требуется дополнительная прочность, поэтому используются круговые катушки или конструкция оболочки.
В некоторых особых случаях используются обмотки с эллиптической формой.
Концентрические катушки обычно наматываются на цилиндры с распорками, прикрепленными так, чтобы образовывать канал между проводниками и цилиндром. Поток жидкости через обмотки может основываться исключительно на естественной конвекции, или поток можно несколько контролировать с помощью стратегически расположенных барьеров внутри обмотки.
На рисунках 4 и 5 показаны схемы намотки, сравнивающие ненаправленный и направленный поток. Это понятие иногда называют управляемым потоком жидкости.
Рисунок 4 - Неотправленный поток
В течение многих лет в силовых трансформаторах использовались различные типы обмоток. Катушки могут быть намотаны вертикально, вертикально, как это необходимо с более крупными, более тяжелыми катушками; или они могут быть намотаны горизонтально и размещены вертикально после завершения.
Как упоминалось ранее, тип обмотки зависит от номинала трансформатора, а также от конструкции сердечника. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных типов обмотки.
Рисунок 5 - Направленный поток
Обмотки блинчиков
Несколько типов обмоток обычно называют « блинными » обмотками из-за расположения проводников на дисках. Однако этот термин чаще всего относится к типу катушки, который используется почти исключительно в оболочковых трансформаторах.
Проводники наматываются вокруг прямоугольной формы, причем самая широкая грань проводника ориентирована либо горизонтально, либо вертикально. На рисунке 6 показано, как эти катушки обычно наматываются. Этот тип обмотки поддается рассмотренному ранее перемешанному устройству (рис. 7).
Рисунок 6 - Обмотка блинчика при обмотке
Рисунок 7 - Сложенные обмоточные блины
Обмотки
Слойные (баррель) обмотки являются одними из простейших обмоток в том, что изолированные проводники наматываются непосредственно рядом друг с другом вокруг цилиндра и распорок.
Несколько слоев могут быть намотаны друг над другом, слои разделены твердой изоляцией, воздуховодами или комбинацией. Несколько нитей могут быть намотаны параллельно, если нынешняя величина так диктует.
Вариации этой обмотки часто используются для таких применений, как обмотки обмотки, используемые в трансформаторах с переключением нагрузки (LTC), и для третичных обмоток, используемых, в частности, для подавления третьей гармоники.
На рисунке 8 показана обмотка слоя во время сборки, которая будет использоваться в качестве регулирующей обмотки в трансформаторе LTC.
Рисунок 8 - Обмотки слоев (один слой с двумя прямыми, намотанными параллельно)
Винтовые обмотки
Винтовые обмотки также называются винтовыми или спиральными обмотками, причем каждый термин точно характеризует конструкцию катушки.
Спиральная обмотка состоит из нескольких из более чем 100 изолированных жил, наматываемых параллельно параллельно по длине цилиндра, причем распорки вставлены между смежными витками или дисками и подходящими транспозициями, включенными для минимизации циркулирующих токов между параллельными цепями.
Рисунок 9 - Спиральная обмотка во время сборки
Способ конструкции таков, что катушка напоминает штопор. На рисунке 9 показана винтовая обмотка во время обмотки. Винтовые обмотки используются для приложений с более высоким током, которые часто встречаются в классах с низким напряжением.
Обмотки дисков
Обмотка диска может включать в себя одиночную нить или несколько нитей изолированных проводников, намотанных в ряд параллельных дисков горизонтальной ориентации, причем диски, соединенные либо внутри, либо снаружи в качестве точки кроссовера. Каждый диск содержит несколько поворотов, намотанных над другими витками, причем кроссоверы чередуются между собой и снаружи.
Рисунок 10 - Базовая схема обмотки диска
Рисунок 11 - Внутренние и внешние кроссоверы обмотки диска
На рис. 10 приведена основная концепция, а на рис. 11 показаны типичные кроссоверы в процессе намотки.
Большинство обмоток класса 25 кВ и выше, используемые в трансформаторах сердечника, являются дисковыми. Учитывая высокие напряжения, связанные с испытанием и эксплуатацией, особое внимание необходимо уделять избеганию высоких напряжений между дисками и витками вблизи конца обмотки при воздействии скачков напряжения на выходе.
Для обеспечения допустимого распределения напряжения вдоль обмотки в этих условиях были разработаны многочисленные методы.
Ссылка: Электрическая трансформаторная техника, опубликованная 16 мая 2012 г. CRC Press // глава Power Transformers, созданная HJ Sim и SH Digby (Получить эту книгу от CRC Press)