А. П. Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Для изготовления трансформаторов и дросселей используются специальные обмоточные провода. Об основных типах таких проводов отечественного и зарубежного производства рассказано в этой статье.
Отечественные обмоточные провода
Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105...200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.
Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002...2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.
Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку -эмалевое покрытие по цвету близко к черному.
Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02...2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4...20 мм2) имеют лакированную изоляцию на по-ливинилформалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).
ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 - эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05...1,6 мм), они имеют изоляцию на основе по-лиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.
Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.
Отечественные высокочастотные обмоточные провода
На высоких частотах применяются многожильные эмалированные обмоточные провода (литцендраты) типа ЛЭШО в шелковой однослойной изоляции или ЛЭШД - фв двойной шелковой изоляции. Такие провода состоят из пучка медных эмалированных проволочек диметром 0,05...0,1мм и используются для катушек индуктивности (и дросселей). В высокочастотных проводах типов ЛЭШО, ЛЭШД, ПЭЛО, ЛЭЛД, ДЭП, ЛЭПКО жилы скручены из отдельных Эмалированных проволок для уменьшения потерь от поверхностного эффекта (Эффекта близости). В табл.№1 приведены диаметры широко применяемых высокочастотных обмоточных проводов отечественного производства. Для нечетных номеров диаметр провода примерно равен половине суммы диметров двух соседних (четных) номеров.
Обозначение популярных зарубежных обмоточных проводов
В США и Великобритании обозначение диаметров обмоточных проводов записывается словами wire size (размер провода).
Например, в США применяют систему
American Wire Gauge (AWG). Также иногда в США используют систему B&S, а в Великобритании - Standar Wire Gauge (SWG). В табл.2 и табл.3 приведены диаметры широко применяемых типов обмоточных проводов по стандартам AWG и SWG.
Допустимая нагрузка на проводники
Максимальный допустимый ток, который можно пропускать через провода, не тревожась за возгорание или нарушение контакта, определяется в соответствии с табл.4. Максимальный нагрев резиновой или пластмассовой (а также их сочетаний или производных) изоляции проводов не должен превышать температуры +50градусов. От этого температурного параметра зависит продолжительность безопасного воздействия
на проводник максимально допустимого тока (I max A в табл.4)
Журнал "Электрик"
Чуть ли не главный вопрос у всех радиолюбителей чем можно намотать трансформатор? Простейшие методики расчета трансформаторов мы уже знаем (кто подзабыл можно заглянуть вот сюда), а вот самое главное где взять провод? Да и еще именно какой провод необходим для намотки трансформатора?
Куда делись, например, провода марок ПЭЛШО
, ПЭЛБО
и другое, продававшиеся в советское время в наборах и катушками? Первый из вышеназванных проводов необходим для намотки
контурных катушек на низкочастотные диапазоны, дросселей, трансформаторов на ферритовых кольцах и пр. Второй необходим для намотки обмоток
мощных силовых трансформаторов.
Ведь преимущество таких проводов перед обычными (с лаковым покрытием) - большое.
Прежде всего, это создаваемый за счет оплетки провода шаг намотки. В мощных сетевых трансформаторах разность напряжений в обмотках между соседними проводниками составляет 1 В и более, тонкая лаковая изоляция при нагреве и вибрации с частотой сети постепенно стирается от трения друг об друга вибрирующих витков и осыпается. В результате возникают межвитковые замыкания
.
Для иллюстрации приведу простой расчет
. Возьмем трансформаторное железо с площадью сечения керна S=10 см2. По простой прикидке Pr=S2 определяем, что габаритная мощность будущего трансформатора составит примерно 100 Вт. Количество витков на 1 В:
w1 =50/S=50/10=5(вит./В),
Соответственно межвитковое напряжение:
U1=1/5=0.2(В)
Если трансформаторное железо - с площадью сечения S=50 см2, габаритная мощность трансформатора в этом случае Pг=2500 Вт, а w1 =50/50=1 (вит./В), что равно межвитковому напряжению в обмотках. При дальнейшем увеличении габаритной мощности межвитковое напряжение возрастает, опасность пробоя изоляции увеличивается, а надежность трансформатора, естественно, снижается.
Как выйти из создавшегося положения? Следует вспомнить, что провода бывают не только обмоточными. Для намотки трансформатора можно применить монтажный провод во фторопластовой изоляции (МГТФ) с соответствующим требуемому току сечением. Так как в таких проводах принято указывать не диаметр, а сечение (по жиле), то следует воспользоваться переводной формулой
d=2 (Sп/3.14)^0,5
где Sп - сечение провода, мм2; d - диаметр провода, мм. Например, провод МГТФ-0.35 имеет d-0,66 мм. Диаметр провода, в зависимости от требуемого тока I (А), определяем по формуле:
d = 0,8 I0,5.
Тогда ток в проводе обмотки:
I=(d/0.8)^2 =0.68 (А)
Отличное качество изоляции проводов МГТФ позволяет обходиться при намотке без 
межслойных прокладок, а ее термостойкость позволяет мотать трансформаторы, работающие при повышенных температурах (фторопластовая изоляция не плавится и не обугливается).
Порой для балансных схем требуется намотать трансформатор со строго идентичными обмотками.
Такое можно осуществить, взяв в качестве проводов обмоток плоский кабель, например, используемый в компьютерных соединительных шлейфах. Отделив от кабеля нужное число проводников, наматывают ими обмотку, которую затем используют в качестве нескольких идентичных, изолированных друг от друга. Изоляция плоского кабеля достаточно термоустойчива.
Для получения больших токов вторичные обмотки трансформаторов блоков питания наматывают достаточно толстыми проводами и шинами. Работа эта, надо сказать, требует не только материальных (денежных), но и физических затрат, поскольку требуется внатяг сгибать упругую медную шину (провод), стараясь уложить ее виток к витку.
В качестве альтернативы моточного провода , предлагаю воспользоваться акустическим шнуром, которым обычно соединяют усилитель с акустическими системами. Акустический шнур имеет большое сечение жилы и. будучи двойным, обеспечивает идентичность полуобмоток для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. На идентичность этих полуобмоток мало обращают внимание, а это влечет за собой увеличение фона, к которому так чувствительна современная высококачественная аппаратура.
Идентичность обмоток можно обеспечить и другим способом, например, намотав их микрофонным шнуром (при стереошнуре получим три обмотки). Таким образом можно намотать обмотку (обмотки) с электростатическим экраном. Для этого экранирующая оплетка микрофонного шнура соединяется (с одной стороны) с общим проводом.
Коаксиальный кабель , вследствие большой разницы в сечениях внутренней жилы и оплетки, мало пригоден для симметричных обмоток, но может быть использован в качестве обмоточного провода , когда экран и внутренняя жила соединены между собой. Внутреннюю жилу кабеля можно использовать и для измерительных целей.
Во всех случаях не следует забывать о термоустойчивости изоляции проводов. Повышенная относительно лаковой толщина изоляции проводов, с одной стороны, уменьшает количество витков обмотки, которые можно разместить в окне сердечника трансформатора, с другой, делает ненужным применение межслоевой изоляции (вплоть до межобмоточной), что ускоряет изготовление трансформатора, а при термостойкой изоляции проводов повышает надежность трансформаторов.
В.БЕСЕДИН, гТюмень.
Намотка трансформатора своими руками сама по себе является несложной процедурой, однако требует существенных подготовительных работ. Некоторые люди, занимающиеся изготовлением различной радиоаппаратуры или силовых инструментов, имеют потребности в трансформаторах под конкретные нужды. Поскольку не всегда возможно приобретение определенного трансформатора под конкретные случаи, то многие наматывают их самостоятельно. Те, кто в первый раз изготавливает трансформатор своими руками, часто не могут решить проблемы, связанные с правильностью расчета, подбора всех деталей и технологии обмотки. Важно понимать, что собрать и намотать повышающий трансформатор и понижающий трансформатор – не одно и то же.
Также существенно отличается и намотка тороидального устройства. Поскольку большая часть радиолюбителей или мастеров, которым требуется создать трансформирующее устройство для нужд своего силового оборудования, не всегда имеют соответствующие знания и навыки о том, как изготовить трансформирующее устройство, поэтому данный материал ориентирован именно на эту категорию людей.
Подготовка к намотке
Первым делом необходимо произвести правильный расчет трансформатора. Следует вычислить нагрузку на трансформатор. Она вычисляется суммированием всех подключенных устройств (двигателей, передатчиков и т.д.), которые будут запитаны от трансформатора. Например, на радиостанции имеется 3 канала с мощностью 15, 10 и 15 Ватт. Суммарная мощность будет равна 15+10+15 = 40 Ватт. Далее берут поправку на КПД схемы. Так большинство передатчиков имеют КПД около 70% (точнее будет в описании конкретной схемы), поэтому такой объект следует запитать не 40 Вт, а 40/0,7 = 57,15 Вт. Стоит отметить, что и трансформатор имеет свой КПД. Обычно КПД трансформатора составляет 95-97 %, однако следует взять поправку на самоделку и принять КПД равном 85-90% (выбирается самостоятельно). Таким образом, требуемая мощность увеличивается: 57,15/0,9 = 63,5 Вт. Стандартно трансформаторы такой мощности весят около 1,2-1,5 кг.
Далее определяются с входными и выходными напряжениями. Для примера возьмем понижающий трансформатор с напряжениями 220 В входное и 12 В выходное, частота стандартная (50 Гц). Определяют количество витков. Так, на одной обмотке их количество равно 220*0,73 = 161 виток (округляется в большую сторону до целого числа), а на нижней 12*0,73 = 9 витков.
После определения количества витков приступают к определению диаметра провода. Для этого необходимо знать протекающий ток и плотность тока. Для установок до 1 кВт плотность тока выбирают в пределах 1,5 – 3 А/мм 2 , сам ток примерно рассчитывают, исходя из мощности. Так, максимальный ток для выбранного примера будет составлять около 0,5-1,5 А. Поскольку трансформатор будет работать максимум со 100Вт нагрузки с естественным воздушным охлаждением, то плотность тока принимаем равной около 2 А/мм 2 . Исходя из этих данных, определяем сечение провода 1/2 = 0,5 мм 2 . В принципе сечения достаточно для выбора проводника, однако иногда требуется и диаметр. Поскольку сечение находится по формуле pd 2 /2, то диаметр равен корню из 2*0,5/3,14 = 0,56 мм.
Таким же образом находят сечение и диаметр второй обмотки (или, если их больше, то всех остальных).
Материалы для намотки
Намотка трансформатора требует тщательного подбора используемых материалов. Так, важное значение имеют практически все детали. Понадобятся:
- Каркас трансформатора. Он необходим для изолирования сердечника от обмоток, также он удерживает катушки обмоток. Его изготовление осуществляется из прочного диэлектрического материала, который обязательно должен быть довольно тонким, чтобы на занимать место в интервалах («окно») сердечника. Часто для этих целей применяют специальные картонки, текстолит, фибры и др. Он должен иметь толщину минимально 0,5 м, а максимально 2 мм. Каркас необходимо приклеивать, для этого применяют обычные клеи для столярных работ (нитроклеи). Формы и габариты каркасов определяются формами и размерами сердечника. При этом высота каркаса должна быть чуть больше высоты пластин (высоты обмотки). Для определения его габаритов необходимо произвести предварительные замеры пластин и прикинуть примерно высоту обмотки.
- Сердечник. В качестве сердечника применяют магнитопровод. Лучше всего для этого подойдут пластины из разобранного трансформатора, поскольку они изготовлены из специальных сплавов и уже рассчитаны на определенное количество витков. Наиболее распространенная форма магнитопровода напоминает букву «Ш». При этом его можно вырезать из различных заготовок, имеющихся в наличии. Чтобы определиться с размерами, необходимо предварительно намотать провода обмоток. К обмотке, которая имеет наибольшее количество витков определяют длину и ширину пластин сердечника. Для этого берется длина обмотки + 2-5 см, и ширина обмотки + 1-3 см. Таким образом происходит примерное определение размеров сердечника.
- Провод. Здесь рассматривается обмоточный и провода для выводов. Лучшим выбором для намотки катушек трансформирующего устройства считаются медные провода с эмалевой изоляцией (типа «ПЭЛ»/«ПЭ»), этих проводов достаточно для намотки не только трансформаторов для радиолюбительских нужд, но и для силовых трансформаторов (например, для сварочного). Они имеют широкий выбор сечений, что позволяет приобрести провод нужного сечения. Провода, которые выводятся от катушек, должны иметь большее сечение и изоляцию из ПВХ или резины. Часто применяют провода серии «ПВ» с сечением от 0,5 мм 2 . Рекомендуется брать на вывод провода с изоляцией разных цветов (чтобы не было путаницы при подключении).
- Подкладки изоляционные. Они необходимы для увеличения изоляции провода обмотки. Обычно в качестве прокладок применяется плотная и тонкая бумага (хорошо подходит калька), которую укладывают между рядами. При этом бумага должна быть целостной, без обрывов и проколов. Также такой бумагой оборачивают обмотки после того, как все они готовы.
Способы ускорения процесса
Многие радиолюбители часто имеют специальные примитивные устройства для осуществления намотки обмоток. Пример: примитивный станок для намотки обмоток представляет собой стол (часто подставку), на котором установлены бруски с вращающейся продольной осью. Длина оси выбирается в 1,5-2 раза больше длины каркаса катушек трансформирующего устройства (берется максимальная длина), на одном из выходов из брусков ось должна иметь ручку для вращения.
На ось надевается катушечный каркас, который стопорится с двух сторон ограничительными шпильками (они не дают каркасу перемещаться вдоль оси).
Далее на катушку закрепляется обмоточный провод с одного из концов и осуществляется намотка путем вращения ручки оси. Такая примитивная конструкция существенно ускорит намотку обмоток и сделает ее более точной.
Процесс намотки обмоток
Намотка трансформатора заключается в намотке обмоток. Для этого провод, который планируется использовать для обмоток, наматывается на любую катушку туго (для упрощения процесса). Далее сама катушка устанавливается либо на приспособление, указанное выше, либо наматывается «вручную» (это сложно и неудобно). После этого на катушке обмотки закрепляется конец обмоточного провода, к которому припаивают выводной провод (это можно сделать как вначале, так и в конце операции). Далее начинают вращение катушки.
При этом катушка не должна никуда смещаться, а провод должен иметь сильное натяжение для плотной укладки.
Намотка витков провода продольно должна производиться так, чтобы витки прилегали друг к другу максимально плотно. После того, как был намотан первый ряд витков по длине, его обматывают специальной изоляционной бумагой в несколько слоев, после чего наматывают следующий ряд витков. При этом ряды должны плотно прилегать друг к другу.
В процессе намотки следует контролировать количество витков и остановиться после намотки нужного количества. Важно, чтобы считались полные витки, не учитывая расход провода (т.е. второй ряд витков требует большего количество провода, однако наматывают количество витков).
Обмотки трансформаторов малой мощности выполняются обычно проводом круглого сечения. В настоящее время имеется большое количество марок обмоточных проводов. Провода изготовляются с волокнистой, эмалевой и комбинированной эмалево-волокнистой изоляцией. Для обозначения марок проводов приняты буквенные обозначения . Первая буква для всех видов изоляции П (провод). Волокнистая изоляция имеет обозначение: Б - хлопчатобумажная пряжа, Ш - натуральный шелк. ШК или К - искусственный шелк (капрон), С - стекловолокно, А - асбестовое волокно. Следующая буква О или Д указывает на один или два слоя изоляции. Провода в эмалевой изоляции обозначаются буквой Э. Комбинированные изоляции состоят из эмалевой изоляции, покрытой дополнительно волокнистой изоляцией. При изготовлении трансформаторов малой мощности в основном применяются провода в эмалевой изоляции. Эмальслой должен иметь сплошную и ровную поверхность и обладать достаточной механической прочностью и эластичностью. Эмальслой не должен давать трещин и отставаний от меди при намотке. Высокая механическая прочность и повышенная теплостойкость винифлексовой изоляции, позволяющая значительно снизить количество межслойных прокладок, повысить теплопроводность и допустимую плотность тока, обеспечили проводам марок ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭТВ и др. широкое применение при изготовлении трансформаторов малой мощности. В настоящее время провода в изоляции из хлопчатобумажной пряжи и бумажной ленты марок ПБД, ПБОО, ПББО и др. широко применяются в силовых трансформаторах средней и большой мощности и в измерительных трансформаторах (напряжения и тока), работающих в масле. В таких трансформаторах провода с эмалевым покрытием не применяются. Для трансформаторов открытого типа, силовых на напряжения до 500 В и трансформаторов тока до 6 -10 кВ применяются как обмотки проводом ПБД, так и комбинированные с эмалевым и хлопчатобумажным покрытием, но при этом обмотки трансформаторов обязательно пропитываются или компаундируются. Для сварочных, нагрузочных и других аналогичных трансформаторов и устройств следует применять провода в стеклянной изоляции. Применяют также провода в асбестовой изоляции, но их электрические свойства и прочность значительно хуже, толщина изоляции повышенная, что снижает теплопроводность обмоток. Кроме того, они гигроскопичны. Для указанных выше работ иногда применяют провода прямоугольного сечения. Последние выполняются марок: ПБД, ПБОО, ПСД, ПСДК, ПДА. Толщина и изоляции соответствует маркам круглых проводов - или верхним пределам - или несколько выше. Из указанных марок проводов для трансформаторов малой мощности применяется провод ПЭЛШО для обмоток на повышенные напряжения (например, в обмотках высокого напряжения осциллографа и в других случаях). ПЭЛШО (и ПЭЛБО) целесообразно применять при галетной намотке малых трансформаторов, пропитываемых склеивающими компаундами, ввиду высокой схватываемости волокнистых материалов с большинством склеивающих компаундов. Провод ПЭШО применяется широко в контурах радиоприемных устройств, но пригодность той или иной пропитки (и других материалов) определяется фактором потерь, что для частоты 50 Гц не существенно. В тех случаях, когда одним из основных требований к аппаратуре (трансформатору) является надежность, обмотку обязательно следует пропитывать каким-либо лаком или компаундом. Значительному повышению надежности способствуют облегченные режимы работы обмоток и применение материалов, имеющих температуру по нагревостойкости на 1-2 класса выше рабочей температуры обмотки. В тех случаях, когда трансформатор может работать в форсированном режиме, обмотка должна пропитываться, так как при этом повышается теплопроводность и нагревостойкость за счет более равномерной температуры в толще обмотки. При форсированном режиме допустимо повышать нагрев трансформатора на 10-12° С сверх температуры данного класса. При этом ускоряется процесс старения материала примерно (в среднем) в 2 раза. Надо указать, что допустимые температуры для проводов ПЭЛ, ПЭЛУ 100-105° С, ПЭТ 125° С, ПЭВ-1, ПЭВ-2 110° С. Для трансформаторов, к которым предъявляются требования надежности, форсированные режимы недопустимы. Приведенная шкала классов нагревостойкости принята как в России, так и в ряде зарубежных стран. Нижний предел допустимых температур для эмаль-проводов - 60° С. При этой температуре эмаль не должна трескаться и отставать от меди.
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 | - |
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.
А. П. Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Для изготовления трансформаторов и дросселей используются специальные обмоточные провода. Об основных типах таких проводов отечественного и зарубежного производства рассказано в этой статье.
Отечественные обмоточные провода
Наибольшее распространение получили обмоточные провода в эмалевой изоляции на основе высокопрочных синтетических лаков с температурным индексом (ТИ) в диапазоне 105…200. Под ТИ понимается температура провода, при которой его полезный ресурс не менее 20000 ч.
Медные эмалированные провода с изоляцией на основе масляных лаков (ПЭЛ) выпускаются с диаметром жилы 0,002…2,5 мм. Такие провода обладают высокими электроизоляционными характеристиками, которые практически не зависят от внешнего влияния повышенных температур и влажности.
Проводам типа ПЭЛ свойственна большая зависимость от внешнего воздействия растворителей, относительно проводов с изоляцией на основе синтетических лаков. Обмоточный провод ПЭЛ можно отличить от других даже по внешнему признаку -эмалевое покрытие по цвету близко к черному.
Медные провода типов ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (выпускаются с диаметром жилы 0,02…2,5 мм) имеют поливинилацетатную изоляцию и отличаются золотистым цветом. Медные провода типов ПЭМ-1 и ПЭМ-2 (с тем же диаметром, как и ПЭВ) и прямоугольные медные проводники ПЭМП (сечением 1,4…20 мм2) имеют лакированную изоляцию на по-ливинилформалевом лаке. Индекс «2» в соответствующем обозначении проводов ПЭВ и ПЭМ характеризует двухслойную изоляцию (повышенной толщины).
ПЭВТ-1 и ПЭВТ-2 — эмалированные провода с температурным индексом 120 (диаметром 0,05…1,6 мм), они имеют изоляцию на основе по-лиуретанового лака. Такие провода удобно монтировать. При пайке не требуется зачищать лакированную изоляцию и применять флюсы. Достаточно обычного припоя марки ПОС-61 (или аналогичного) и канифоли.
Эмалированные провода с изоляцией на полиэфирамидной основе ПЭТ-155 имеют ТИ равный 155. Они выпускаются с жилами не только круглого сечения (диаметра), но и прямоугольного (ПЭТП) типа с диаметром проводника 1,6-1 1,2 мм2. По своим параметрам провода ПЭТ близки к рассмотренным выше проводам типа ПЭВТ, но имеют более высокую стойкость к нагреванию и тепловому удару. Поэтому обмоточные провода типов ПЭВТ и ПЭТ, ПЭТП особенно часто можно встретить в мощных трансформаторах, в том числе в трансформаторах для сварочных работ.
Отечественные высокочастотные обмоточные провода
На высоких частотах применяются многожильные эмалированные обмоточные провода (литцендраты) типа ЛЭШО в шелковой однослойной изоляции или ЛЭШД — фв двойной шелковой изоляции. Такие провода состоят из пучка медных эмалированных проволочек диметром 0,05…0,1мм и используются для катушек индуктивности (и дросселей). В высокочастотных проводах типов ЛЭШО, ЛЭШД, ПЭЛО, ЛЭЛД, ДЭП, ЛЭПКО жилы скручены из отдельных Эмалированных проволок для уменьшения потерь от поверхностного эффекта (Эффекта близости). В табл.№1 приведены диаметры широко применяемых высокочастотных обмоточных проводов отечественного производства. Для нечетных номеров диаметр провода примерно равен половине суммы диметров двух соседних (четных) номеров. 
Обозначение популярных зарубежных обмоточных проводов
В США и Великобритании обозначение диаметров обмоточных проводов записывается словами wire size (размер провода).
Например, в США применяют систему
American Wire Gauge (AWG). Также иногда в США используют систему B&S, а в Великобритании — Standar Wire Gauge (SWG). В табл.2 и табл.3 приведены диаметры широко применяемых типов обмоточных проводов по стандартам AWG и SWG.
Допустимая нагрузка на проводники
Максимальный допустимый ток, который можно пропускать через провода, не тревожась за возгорание или нарушение контакта, определяется в соответствии с табл.4. Максимальный нагрев резиновой или пластмассовой (а также их сочетаний или производных) изоляции проводов не должен превышать температуры +50градусов. От этого температурного параметра зависит продолжительность безопасного воздействия
на проводник максимально допустимого тока (I max A в табл.4)
Журнал «Электрик»
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.
