Технологія намотування гвинтових обмоток силових трансформаторів
Вступ
Трансформатори широко використовуються для передачі та розподілу електроенергії, для живлення спеціальних пристроїв, в системах автоматики і обчислювальної техніки, в побуті.
Передача електричної енергії на великі відстані здійснюється на великих напругах (6,10, 35 кВ та більше) за допомогою трансформаторів та ліній електропередач. У місці споживання електроенергії напругу за допомогою трансформаторів знижують до потрібної величини.
Передача електроенергії високими напругами має мету максимально знизити втрати в мережах і в перерізі проводів ліній електропередач. Силовий трансформатор є найважливішим елементом установки мережі та систем.
Силові трансформатори характеризуються номінальними величинами, а саме потужністю, напругами ВН та НН, струмами, частотою, втратами і струмом неробочого ходу, втратами і напругою короткого замикання тощо.
Силові трансформатори можуть працювати відокремлено, тобто не будучі електричне зв’язані з іншими трансформаторами електроустановки, або паралельно із одним або декількома трансформаторами електроустановки.
Виробничий процес - це процес виготовлення деталей, складальних одиниць та виробів, починаючи від отримання сировини, матеріалів і напівфабрикатів, і закінчуючи доставкою до складу готового виробу перед відправкою споживачу. Виробничий процес складається з різноманітних технологічних та допоміжних процесів.
Технологічний процес - це процес зміни форми, властивостей, розмірів виробу чи взаємного розташування деталей в ньому.
В даному курсовому проекті розглядається технологічний процес намотування гвинтових обмоток трансформаторів, тому що гвинтові обмотки мають високу механічну міцність та гарне охолодження і застосовуються в якості обмоток НН.
1 Загальна частина
1.1 Призначення та конструктивні особливості трансформатора
Трансформатором називається статичний електромагнітний пристрій який має дві або більше індуктивне зв’язаних обмоток. Пристрій призначений для перетворення струмів і напруг однієї величини, в струми і напруги іншої, при незмінній частоті. Відрізняють двох обмоткові трансформатори з двома гальванічне не пов’язаними обмотками, а також три обмоткові (багато обмоткові) трансформатори що мають три та більше гальванічне не пов’язаних обмоток. Передача енергії з первинного кола до вторинного відбувається за допомогою змінного електромагнітного поля.
Трансформатор називається силовим якщо використовуються для перетворення електричної енергії у електричних мережах або для безпосереднього живлення приймачів енергії.
Сучасний трансформатор – складний пристрій, який складається із багатьох вузлів, деталей та металоконструкцій. Основними частинами трансформатора є магнітна система і обмотки. Магнітна система призначена для створення в ній основного магнітного поля трансформатора. Зібрана конструкція, що складається з магнітної системи з усіма деталями для її складання та кріплення обмоток називається кістяком.
Магнітна система плоска, тобто осі всіх стрижнів та ярем розташовані в одній площині. Магнітна система складається із стрижнів та ярем. Стрижні призначені для розташування обмоток трансформатора. Ярма призначені для сполучення стрижнів. Стяжка стрижнів виконується склобандажами, ярем – ярмовими балками.
Обмотка – сукупність витків, що утворюють електричне коло.
Відводи – електричні провідники, призначені для сполучення обмоток трансформатора із струмопровідними частинами (виводами та пристроєм регулювання напруги).
Перемикаючий пристрій призначений для регулювання напруги на стороні ВН шляхом зміни коефіцієнту трансформації (співвідношення між числом витків обмоток ВН та НН).
Кістяк трансформатора разом із обмотками, відводами, елементами пристрою перемикання відгалужень обмотки ВН і деталями для їх механічного закріплення складають активну частину трансформатора. Активна частина трансформатора розташовується у баці овальної форми. Бак складається із дна, стінок, кришки. На стінках бака розташовують привідний механізм, термосифонний фільтр, коробки контактних сполучень для пристроїв контролю та сигналізації. Кришку бака застосовують для встановлення виводів, розширника, запобіжної труби, патрубка для заповнення маслом.
Бак заповнюється трансформаторним маслом, яке є охолоджуючим та ізолюючим середовищем. Масло відводить тепло, яке утворюється в магнітній системі та обмотках, і віддає через стінки, кришку бака, а також підвищує ізоляцію між струмопровідним частинами і заземленим баком.
Термосифонний фільтр призначений для очищення масла від продуктів окислення та для поглинання вологи.
Викидна труба – трубчастий пристрій призначений для захисту трансформатора в разі внутрішніх пошкоджень, що супроводжуються неприпустимим підвищенням тиску в баку трансформатора.
Повітроосушник призначений для видалення вологи з повітря, яке надходить до розширника та являє собою посудину, заповнену силікагелем.
Масловказівник призначений для показу рівня масла у трансформаторі. На бічній стінці розширника вказують температурні позначення (плюс 40°С; плюс 15°С; мінус 45°С) для тропічного виконання.
Газове реле призначене для захисту трансформатора в разі внутрішніх пошкоджень, що супроводжуються виділенням газів, а також в разі пошкоджень, що супроводжується потраплянням повітря в це реле.
Виводи призначені для приєднання обмоток трансформатора до зовнішнього електричного кола.
На рисунку 1 зображена будова силового трансформатора.
Рисунок 1 – Будова силового трансформатора
1 – бак; 2 – затискач заземлення; 3 – вентиль; 4 – термосифонний фільтр; 5 – радіатор; 6 – перемикач; 7 – повітроосушник; 8 – газове реле; 9 – розширник; 10 – масловказівник; 11 – викидна труба; 12 – вивід ВН; 13 – привід перемикаючого пристрою; 14 – вивід НН; 15 – нульовий вивід; 16 – кільце для підйому; 17 – відвід НН; 18– кістяк; 19 – ярмова балка кістяка (верхня та нижня); 20 – відвід ВН; 21 – регулювальні відгалуження обмоток ВН; 22 – обмотка НН та ВН; 23 – коток візка
Сигналізаційний термометр призначений для вимірювання температури масла, захисту трансформатора в разі пошкоджень, що супроводжуються неприпустимим нагріванням масла та встановлюється на боковій стінці бака на висоті 1,5 м від дна трансформатора.
1.2 Призначення та конструктивно-технологічні особливості гвинтових обмоток
Обмотки трансформатора уявляють собою його електричні кола, по яким проходить електричний струм. Разом з магнітопроводом вони складають основні елементи трансформатора. В конструкцію обмоток входять вивідні кінці, регулювальні відгалуження, ємнісні кільця й екрани ємнісного захисту.
Обмотки трансформаторів різних потужностей і напруг розрізняються типом намотування, кількістю витків і рівнобіжних у них проводів, поперечним перерізом проводу, напрямком намотування, ізоляцією і схемою з'єднання окремих елементів обмотки.
Рисунок 2 - Розташування обмоток на стрижні магнітопроводу
а — концентричні, б — що чергуються,
1 — стрижень, 2 — обмотка НН, 3 — обмотка ВН, 4 — ярмо
В залежності від призначення трансформатора, його типу, потужності і напруги обмотки виконуються різноманітних конструкцій. За взаємним розташуванням на стрижні обмотки поділяються на: концентричні, розташовані одна усередині іншої (рис. 2, а) та такі, що чергуються (рис. 2, б), у них частини обмоток ВН і НН насаджені поперемінно одна за іншою по висоті стрижня. Вертикальний канал уздовж внутрішньої поверхні гвинтової обмотки і канали між її витками утворюється рейками і прокладками.
Гвинтову поверхню перших крайніх витків обмотки вирівнюють шляхом поступового збільшення висоти набору прокладок між торцем крайнього витка й опорним кільцем. Висота набору прокладок за окружністю для кожної рейки різна; вона вказується на кресленні обмотки (розгортці). Якщо висота набору перевищує 25 мм, для стійкості прокладок встановлюють картонні чи сегменти шайби. Рівнобіжні проводи гвинтової обмотки розташовані концентрично і знаходяться на різній відстані від її осі, тому, якщо не прийняти спеціальних заходів, провідники, розташовані ближче до осі, будуть коротше, а більш віддалені від її — довші. Різниця в довжині і положенні в магнітному полі розсіювання рівнобіжних проводів викликає нерівність їх активного й індуктивного опорів і, отже, нерівномірний розподіл струму між ними. Концентричні обмотки мають форму циліндрів. Обмотки вищої, середньої та нижчої напруги (ВН, СН, НН) мають приблизно однакову висоту. Обмотка ВН часто розташовується зовні, безпосередньо на стрижні чи між обмотками в залежності від призначення трансформатора. Для забезпечення належної електричної міцності обмотки між її витками, чи шарами котушками, а також між даною обмоткою й іншими обмотками і частинами трансформатора повинна бути виконана ізоляція.
Для охолодження між обмоткою й іншими частинами трансформатора, а також між шарами, чи котушками окремими витками роблять канали. В одних випадках охолодні канали забезпечують одночасно і надійну ізоляцію обмотки, в інші для посилення ізоляції застосовують спеціальні ізоляційні деталі — кутові шайби, циліндри, перегородки, тощо.
В усіх типах обмоток прийнято розрізняти напрямок намотування. Осьовим вважається напрямок, рівнобіжний подовжньої осі обмотки. Радіальне намотування спрямоване по радіусу окружності обмотки. За напрямком намотування подібно різьбі гвинта розрізняють “праві” і “ліві” обмотки. Це відноситься до циліндричних і гвинтових обмоток. За конструктивно-технологічними ознаками розрізняють наступні основні типи обмоток: безперервні; переплетені; дискові; гвинтові; циліндричні.
Гвинтова обмотка складається з ряду витків, намотаних за гвинтовою лінією, з масляними каналами між ними. Кожен виток складається з декількох однакових рівнобіжних прямокутних проводів, що укладаються плазом щільно у радіальному напрямку. Гвинтову обмотку (рис. 3) іноді називають багато паралельною обмоткою, тому що загальне число рівнобіжних провідників в обмотці може досягати 100 і більше (у потужних трансформаторах). В залежності від числа рівнобіжних проводів і витків гвинтова обмотка може виконуватися одноходовою чи багатоходовою, тобто вся обмотка складається з двох чи більше окремих гвинтових обмоток для забезпечення рівномірного розподілу струму по провідниках і відповідно зменшення додаткових втрат багато паралельні обмотки варто обов'язково виконувати з транспозицією (перекладкою рівнобіжних проводів витка в процесі намотування). При недосконалій транспозиції виникають додаткові втрати від циркулюючих струмів у рівнобіжних провідниках обмотки.
