Принцип работы большинства электрических машин, основан на взаимодействии магнитных полей, которые создаются с помощью обмоток катушек. Катушки — обязательная деталь генераторов и трансформаторов, почти всех радиоэлектронных устройств.
Для их создания используют провод обмоточный. Расскажем о его видах и марках, особенностях и применении разных типов.
Многие делают ремонты своими руками, или собирают самодельные конструкции. Часто сгоревший электродвигатель перематывают самостоятельно, наматывают электромагниты (соленоиды) трансформаторы, магнитные антенны и катушки индуктивности для радиоэлектронных устройств. При этом учитывают только диаметр провода и количество витков (эти характеристики можно узнать в справочниках, пособиях по ремонту или рассчитать).
- Но часто важны не только они, но и тип провода — а он может и не указываться. Например, нужное количество витков из-за того, что выбрали марку с более толстым слоем изоляции, может просто не уместиться в габариты катушки.
- Немаловажен тип провода и для надежности устройства, и даже его безопасности, если выбрать его с недостаточным сопротивлением изоляции или непредназначенный для работы при такой температуре, то может произойти межвитковое замыкание или пробой.
- Если первое приведет только к выходу из строя устройства, то второе, при несоблюдении мер безопасности (заземления, зануления и т. п.), может быть и опасно для жизни.
Кроме сказанного выше, цена на провода с одинаковыми электрическими характеристиками, но разных типов, может значительно различаться. Зная это, можно сэкономить на материале.
Зачем переплачивать за провод, рассчитанный на работу при повышенной температуре и влажности для трансформатора, в котором отлично может работать и широко распространенная марка ПЭВ.
Классификация проводов
Классифицируют провода по нескольким критериям.
Материал проводника
Это:
- Медные - наиболее широко распространены.
- Алюминиевые - из-за большего, чем у меди удельного сопротивления применяют реже. Но, в последнее время, их использование расширяется, так как алюминий дешевле.
- Из сплавов сопротивления (нихром и тому подобное) - используют для некоторых устройств.
Геометрия сечения
Сечения проводов бывают круглыми и прямоугольными. Вторые используют при необходимости пропускания через проводник большого тока, для проводников с большой площадью сечения. Для охлаждаемых катушек, используют полую проволоку.
Материал изоляции
Используются различные материалы — от бумаги и натуральных волокон, до стекла. Часто применяют несколько слоев, например: бумагу и эмаль.
Для изоляции важны не только диэлектрические свойства, но и механическая прочность, а также толщина. Чем она меньше, тем больше витков можно уложить в катушке при заданном диаметре провода.
Маркировка проводов
Маркируются они несколькими буквами и цифрами, после марки обычно обозначают диаметр сечения.
Внимание. Диаметр сечения провода определяют по меди, поэтому если вы хотите узнать его, замерив, например, микрометром, предварительно удалите изоляцию.
У медных проводов первой идет буква П (провод), алюминиевые обозначаются АП, для сплавов сопротивления есть свои обозначения. Затем идет обозначение изоляции, обычно по начальным буквам материалов ее составляющих и количества слоев. У прямоугольных проводов, в конце ставится буква П (прямоугольный) дальше может следовать через дефис еще цифра, отличающая типы.
Например ПЭЛШКО - Провод Эмаль Лак Шелк Капроновый Одинарный, медный провод покрытый лаковой эмалью, и дополнительно изолированный одним слоем капронового шелка. Если бы было два слоя, то стояла бы буква Д (двойной).
Внимание. Мы приводим маркировку, общепринятую в нашей стране. У импортированного провода она может отличаться, вплоть до того, что у каждой компании своя система обозначений. Поэтому, покупая материал зарубежных производителей, нужно изучать паспортные характеристики, и подбирать аналоги по условиям эксплуатации.
Изоляция бумагой
Такие провода, из-за низких диэлектрических свойств, обычно применяют в низковольтных устройствах, комбинируют с другими материалами. Бумага для их производства применяется специальная: кабельная или телефонная.
Широко используют обмоточный провод в бумажной изоляции для маслонаполненных трансформаторов. В них масло не только охлаждает обмотки, но увеличивает сопротивление на пробой. Пример маркировки АПБ - алюминиевые обмоточные провода в бумажной изоляции.
Компактные многофункциональные инфракрасные камеры серии IC от TROTEC демонстрируют убедительную производительность с точностью термографических измерений в режиме реального времени, обширный температурный диапазон и разнообразие функций - в сочетании с удивительно низкой ценой, имеют непревзойденное соотношение цены и качества.
Выбор электродвигателя за 5 шагов
5 простых шагов, которые позволять выбрать электродвигатель наиболее подходящий для Ваших задач.
Насколько опасны токи, наведенные линиями электропередачи?
Проводящие объекты, помещенные в электрическое поле, накаливают заряд, и человек, коснувшись такого объекта, может ощутить неприятный или пугающий удар тока в тот момент, когда его тело пропускает через себя ток, становясь проводником.
9 вопросов, рассматриваемых при проектировании сети электропередачи
Проекты сетей передачи и распределения электрической энергии носят весьма индивидуальный характер. Это связано с тем, что в каждом случае необходимо учитывать конкретные условия обеспечиваемого энергией региона, требования к нагрузке, географическое условия, технические стандарты и требования, состояние существующих систем, и много другое.
Коммутации и долговечность низковольтных выключателей
Рассмотрены факторы долговечности эксплуатации низковольтных выключателей (сколько времени выдержат контакты) в связи с операциями выключения.
Эффект перекрестного сшивания
СПЭ является признанным сокращением для сшитого полиэтилена. Этот, и другие синтетические материалы с перекрестным сшиванием, из которых наиболее заметными примером является этиленпропиленовый каучук (ERP), все чаще применяются для изоляции кабелей в широком диапазоне напряжений.
Когда потребитель жалуется, что оборудование повредилось из-за отклонения напряжения
В то время как отклонения напряжения и моментальные перебои в электроснабжении вызывают наиболее распространенные проблемы из-за качества электроэнергии, существуют и другие причины вывода оборудования из строя и нарушения в его работе.
Управление техническим обслуживанием электрооборудования 4
На основе оценки различных обсуждавшихся ранее факторов, и оценки других факторов, если таковые существуют, принимается решение о реализации обслуживания на основе мониторинга состояния. Как именно, можно практически реализовать эту программу, рассматривается ниже.
Влияние любых инициатив обслуживания оборудования, включая мониторинг состояния, должно быть предсказуемы и измеримым, а также быть связанным с производительностью и надежностью производственной единицы. Кроме того, следует помнить, что системы мониторинга, особенно полностью интегрированные технологии, и сами подвержены отказам и сбоям, и требуют обслуживания.
Управление техническим обслуживанием электрооборудования 2
Программа управления диагностическим обслуживанием представляет собой программу обслуживания, созданную для электрического оборудования на основе регулярного мониторинга его фактического физического состояния, операционных параметров, эксплуатационной эффективности и других индикаторов. Программа управления обслуживанием на основе мониторинга состояния состоит из методов, которые пытаются "прогнозировать" или диагностировать проблемы в электрическом оборудовании на основе анализа полученных данных.
Управление техническим обслуживанием электрооборудования 1
За последние два десятка лет концепция обслуживания оборудования приобрела различные размерности, и в значительной степени изменилась, возможно, больше, чем какая-либо другая дисциплина управления. Электрическое оборудование, обладающее довольно сложной конструкцией, требует новых методов обслуживания, и изменения взглядов на организацию обслуживания и ответственность, связанную с ней.
Что нужно учитывать при выборе места для подстанции
На стадии выбора места под электрическую подстанцию поднеобходимо определить место, которое будет занимать будущая электрическая силовая подстанция, в том числе, и размещение ее основного оборудования.
Почему необходим непрерывный мониторинг частичного разряда?
Периодическое проверки, могут оставить ваше оборудование в состоянии, о котором, фактически, ничего неизвестно. За период времени после предыдущей проверки очень быстро могут образоваться дефекты изоляции и износ, которые часто не обнаруживаются традиционными автономными проверками.
Что делать при пожаре на подстанции?
При обнаружении возгорания на подстанции, как правило, в первую очередь необходимо вызвать пожарных, чтобы они были готовы к тушению пожара и обеспечить защиту оборудования и окружающей подстанцию собственности вне зоны возгорания.
Факторы, рассматриваемые для хорошей системы заземления
Промышленное предприятие, или другая организация, которой требуется система заземления какого-либо объекта, должны тщательно рассмотреть изложенные в статье условия.
и многих других механизмов.
Провод обмоточный в отличие от других типов проводников имеет в качестве основного параметра диаметр токопроводящей жилы, а не ее сечение. Существует очень тонкий провод для обмоток, и имеющий ничтожный слой изоляции. Тончайшие обмоточные проводники изготавливают по специальной технологии производства для особо тонких проводников и материалов электрической изоляции.
Длительное время обмоточные провода делались исключительно медными. Сегодня для них часто используют алюминий и другие сплавы, обладающие значительным сопротивлением. Алюминий позволяет экономить дорогостоящую и дефицитную медь.
Классификация
Обмоточные провода классифицируется по материалу изоляции, по форме сечения и материалу жилы.
Материал изоляции
Провод обмоточный изготавливается со следующими видами изоляции:
- Волокнистая.
- Эмаль.
- Комбинированная.
Волокнистая
Провода, имеющие волокнистую изоляцию, имеют повышенную механическую прочностью. Толщина волокнистой изоляции довольно большая, и может достигать до 0,4 мм на сторону. Химическая стойкость и влагостойкость таких проводов невысока.
Волокнистая изоляция проводов, использующихся для перемотки электрических двигателей и производства катушек масляных , может включать в себя бумагу, хлопчатобумажную ткань, стеклянные, а также асбестовые волокна, лавсан, шелк. Эти волокна и ткани накладываются в несколько слоев по подобию плетеного чулка.
Эмалевая изоляция
Материалом эмалированной изоляции служит винифлекс, металвин, кремнийорганическая основа, полиэфиротерефталевая кислота, полиуретан.
Обмоточная проволока, покрытая специальной эмалью, обладает электрической прочностью, устойчивостью к влаге, агрессивным химическим веществам. Особенностью эмалевых обмоточных проводов является очень малая толщина изолированного слоя (наибольшая толщина 0,09 мм). Прочность эмали провода ПЭЛ небольшая, такой провод используется только для обмоток катушек, работающих в неподвижном состоянии.
Высокопрочный эмалевый провод ПЭТВ, а также ПЭТ-155 применяется для обмоток электродвигателей мощностью до 100 киловатт. Провод, покрытый эмалью, марки ПЭТ-155 используется для производства новой серии электродвигателей, прочность его изоляции позволяет наматывать провод на автоматических станках. Эмалевые провода обладают также высокой термостойкостью, и способны выдерживать температуру до 155 градусов.
Комбинированная
Провод обмоточный с комбинированной изоляцией по своим параметрам находится в промежуточном положении между рассмотренными двумя видами проводов. Комбинированный вид изоляции включает в себя несколько слоев. Наружное покрытие обычно состоит из волокнистого материала, а внутреннее покрытие – эмаль. Например, провод ПЭЛШО обозначает: провод медный обмоточный с изоляцией из шелка и лаковой эмали.
Если проводник пропитан термостойким лаком и покрыт стекловолокном, то его маркировка содержит букву «К». Этот вид проволоки стал популярным из-за своей высокой надежности, и используется для электродвигателей подъемно-транспортных механизмов, в том числе судостроительных кранов.
Форма сечения
Обмоточные провода бывают двух форм сечения:
- Круглой.
- Прямоугольной.
Круглое сечение провода используется в различных сферах. Такой провод обладает высокими прочностными и электрическими характеристиками.
Размеры прямоугольных сечений проводов стандартизированы. Такой провод часто применяется для обмоток трансформаторов. Толщина прямоугольных поводов достигает до 5,9 мм, а ширина до 14,5 мм.
Соотношение этих размеров может различаться. Есть некоторые недостатки, выражающиеся в применении обмоточных проводов плоского сечения. При его наматывании на бухту есть большая вероятность повредить изоляцию, а также, при очень маленьких сечениях провода визуально трудно отличить меньшую сторону сечения от большей.
В любой обмотке важным элементом является виток проводника вокруг сердечника. По мощности тока подбирается необходимое сечение провода. Круглая проволока обычно используется для небольших нагрузок, а прямоугольную проволоку применяют для более высокой нагрузки.
Материал токоведущей жилы
Большинство обмоточных проводов производят из следующих материалов:
- Медь.
- Алюминий.
Медные обмоточные провода составляют большую часть всех выпускаемых проводов. Они обладают малым удельным сопротивлением, значительным весом. Стоимость медных проводов высока.
В последнее время вместо медных проводов для обмоток стали использовать алюминиевый провод, который значительно легче по весу, имеет меньшую стоимость, но обладает более высоким удельным сопротивлением, по сравнению с медным проводником.
Маркировка
Для обозначения провода выполняют его маркировку, которая означает материал жилы и изоляции.
- Вначале обозначения находится буква «П» для медной проволоки, и означает «провод».
- Для отличия алюминиевых и медных проводов в конце маркировки имеется буква «А», например, ПЭВА.
- Если жила сделана из сплава, имеющего большое удельное сопротивление, то в обозначении имеются дополнительные буквы, например, НХ – нихром, М – манганин, К – константан.
- Для обозначения мягкого проводника ставят символ «М», для твердого – «Т». Например, провод ПЭМТ – медный провод из твердой проволоки, а провод ПЭММ – из мягкой проволоки.
Буквы для обозначения изоляции
- ЭМ – высокопрочная поливиниловая эмаль.
- ЭЛ – масляная основа.
- ЭВ – высокопрочная поливинилацетатная эмаль.
- Л – лавсан.
- Ш – шелк натуральный.
- Б – пряжа х/б.
- О – один слой.
- С – стекловолокно.
- ШК – капрон.
- Д – два слоя.
Если в маркировке стоит 2-я буква «П», это означает, что изоляция в виде пленки. Провод ППФ оснащен изоляцией в виде фторопластовой пленки.
Для маркировки комбинированной изоляции символы стоят в порядке нахождения слоев, начиная от внутреннего. ПЭЛШО – провод медный, эмаль на масляной основе и однослойной шелковой оплетки.
Требования
- Провод обмоточный покрывается равномерной изоляцией. Допускаются в некоторых точках утолщения соответственно марке и типоразмеру провода.
- Проволока перевозится в бухтах, барабанах и бобинах, в зависимости от типоразмеров и марки. Проводник в таких упаковках должен быть намотан ровно и плотно, без путаницы витков. Число отрезков провода в бухте или катушке должно соответствовать размеру и марке провода.
- Упаковки должны упаковываться бумагой, способной защитить изоляцию провода от повреждений во время транспортировки. Наибольший вес ящика с проводом не должен быть тяжелее 80 кг.
- К барабану и катушке прикладывается ярлык с обозначением завода изготовителя, массы, типоразмера и марки поволоки, а также других параметров.
Как выбрать обмоточные провода для двигателя
Подбор необходимого провода для перемотки электродвигателей, выполняется с учетом класса термостойкости, допускаемого слоя изоляции и другими требованиями.
Минимальной толщиной слоя изоляции обладают эмалевые обмоточные провода. Их используют при повышенном проценте заполнения паза во время намотки. Гладкая поверхность изоляции облегчает их укладку в пазы, а небольшая ее толщина при повышенной теплоотдаче обеспечивает защиту от перегрева.
Использование эмалированных проводов должно соответствовать определенным видам лаков и растворителей, используемых на конкретном предприятии, или тем маркам лаков, которыми предприятие в состоянии обеспечить. Существуют растворители и лаки, которые способны разрушить эмаль. А также, при нагревании до 170 градусов эта изоляция становится пластичной, что не позволяет применять ее для обмоток роторов, вращающихся с большой угловой скоростью.
Максимальную толщину изолированного слоя имеет проволока для обмотки с комбинированным и волокнистым слоем. Ее использование запрещается для обмоток, находящихся в агрессивной или влажной среде. Для таких целей целесообразно использовать обмоточные провода, оснащенные стеклянной изоляцией, но малая прочность изоляции накладывает определенные ограничения на использование таких проводов. Хотя по термостойкости провода со стеклянной изоляцией подходят для подобных классов обмоток. При приобретении обмоточной проволоки нужнее учитывать, что стоимость провода одного типоразмера зависит от марки. При производстве ремонта низковольтных электрических машин цена провода будет составлять большую часть финансовых затрат от полной стоимости ремонта. В связи с этим необходимо учесть технические и экономические факторы выбора, то есть, цену и технические параметры.
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.
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.
