Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Обмоточные провода для трансформаторов. Современные требования к качеству проводов
 

Обмоточные провода для трансформаторов. Современные требования к качеству проводов

А. Степанов, Д. Петров, ЗАО «Москабель-Электрозавод»

 

 

В настоящее время в обмотках трансформаторов и реакторов в основном применяются известные уже ни одно десятилетие типы обмоточных проводов:

  • провода с бумажной изоляцией;
  • подразделенные провода с бумажной изоляцией;
  • провода с изоляцией из арамидной бумаги;
  • провода с пленочной изоляцией;
  • провода с эмалевой изоляцией;
  • провода со стекловолокнистой изоляцией;
  • транспонированные провода.
  • 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:

  • многолетним использованием проводов с эмалевой изоляцией в конструкции транспонированных проводов;
  • значительным уменьшением толщины изоляции элементарных проводников и, как следствие, снижением общего размера провода по высоте по сравнению c обычным проводом, имеющим бумажную изоляцию элементарных проводников, что в конечном итоге приводит к снижение веса и габаритов трансформатора.

  • значительным снижением количества целлюлозы в трансформаторе, что уменьшает выделение газов в масло и тем самым снижает затраты на обслуживание трансформатора.
  • 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:

  • высокая диэлектрическая прочность тонкой изоляции;
  • высокая механическая прочность и гибкость;
  • стойкость к высоким и низким температурам;
  • монолитность изоляции засчеттермоспекаемости слоев пленки.
  • Помимо обычной ПМФ изоляции находят применение короностойкие ПМФ пленки, продвигаемые на российском рынке фирмой Du Pont. Изоляция из данной пленки имеет следующие уникальные особенности:

  • более длительный срок жизни в условиях высокого напряжения, частичных и коронных разрядов;
  • более высокая теплопроводность;
  • рабочая напряженность электрического поля в короностойкой изоляции провода может составлять до 15 кВ/мм.
  • 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 25-120мм2. 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:

  • уменьшение времени намотки за счет исключения операции транспонирования вручную;
  • увеличение КПД за счет снижения потерь в обмотке;
  • улучшение охлаждения проводников;
  • уменьшение габаритов трансформатора и общее снижение себестоимости за счет экономии материалов и уменьшения трудозатрат.
  • По данным исследований зарубежных компаний [2, 3] 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:

  • уменьшается риск межпроводниковых замыканий;
  • хорошая склеивающая способность,превращает проводники в обмотке в монолит, что значительно улучшает динамическую стойкость обмотки;
  • эпоксидная смола отверждается при той же температуре, которая используется при сушке бумаги (-120С);
  • экологичность, т.к. эпоксидная смола в стадии «В» не содержит остатков вредных растворителей.
  • В качестве модификации возможно применение в изоляции элементарных проводников полиамидимидного покрытия на класс нагревостойкости 200 ºС для сухих трансформаторов.

    Диапазон применяемых материалов Е качестве верхней - основной изоляции достаточно широк: изоляция может быть выполнена 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 Оммм2/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.

  • контроль качества входящих материалов, использование всех доступных методов для определения физико-химических характеристик материалов, периодический сбор статистических данных с целью подтверждения правильности выбора поставщика.
  • на сегодняшний день уже недостаточно проводить только испытания на образцах как написано в ГОСТах. Провода относятся к длинномерной продукции, а значит должны испытываться непрерывно по всей дли не. Для чего в дополнение к традиционным испытаниям на образцах вводят сплошные испытания полуфабрикатов на каждой технологической операции. Контрольно-измерительные приборы встраиваются непосредственно в производственные линии и мгновенно реагируют на отклонения параметров выпускаемой продукции с последующей остановкой производственного процесса до устранения несоответствия.
  • Проводятся следующие виды непрерывного контроля:

  • сплошной контроль при изготовлении катанки высокочувствительными электромагнитными дефектоскопами, позволяющими обнаружить дефекты как внутри, так и снаружи проходящей катанки, а также зафиксировать наличие инородных включений других металлов;
  • сплошной контроль геометрических размеров при изготовлении проволоки при помощи лазерных средств измерения;
  • контроль дефектов проволоки при помощи оптических дефектоскопов не посредственно перед операцией наложения изоляции;
  • непрерывное испытание электрического сопротивления изоляции;
  • непрерывный контроль геометрических размеров при наложении эмалевой и пленочной изоляции;
  • непрерывный контроль отсутствия межпроводниковых замыканий транспонированного провода;
  • для контроля соблюдения технологического процесса - видеоконтроль действий рабочих.
  • 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.

     
     
    Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
    Источник:  ©  А. Степанов, Д. Петров, ЗАО «Москабель-Электрозавод». Обмоточные провода для трансформаторов. Современные требования к качеству проводов. Энерго INFO, №  2,  2010.– С.60-65.
    Материал размещен на  www.transform.ru: 22.04.2010 г.
     

     

    Перейти в форум для обсуждения

      ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


    Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????