2.4. Конструкції обмоток трансформаторів

Основним елементом обмотки є виток. Залежно від струму навантаження, виток може бути виконаний одним провідником круглого (прямокутного) перерізу або групою паралельних провідників круглого, а частіше – прямокутного перерізу. На рис.2.16 зображені різні варіанти поперечних перерізів одного витка .

Рис.2.16. Форми перерізу витка обмотки з різним числом паралельних провідників

Рядок витків, що намотані на циліндричну поверхню, називається шаром. Шар може складатися з декількох десятків або сотень витків, в іншому випадку – з декількох витків.

В обмотках прийнято розрізняти осьовий (паралельно осі стержня) і радіальний напрямки. Осьовий напрямок співпадає з вертикальним, а радіальний - з горизонтальним.

Обмотки трансформаторів виготовляють із мідних або алюмінієвих провідників, що мають емалеву, бавовняно-паперову або паперову ізоляцію класу нагрівостійкості А. Власна ізоляція провода забезпечує достатню електричну міцність ізоляції між сусідніми витками.

Мідний провід круглого перерізу марки ПБ (табл. 2.4) має діаметр від 1,18 до 5,2 мм і товщину ізоляції на дві сторони від 0,3 до 5,76 мм.

У багатошарових обмотках із круглого або прямокутного провода власна ізоляція витків може бути недостатньою, а тому виникає необхідність у додатковій ізоляції між шарами. Міжшарова ізоляція забезпечується прокладанням між шарами витків обмотки кабельного або телефонного паперу, електроізоляційного картону, створенням між шарами осьового масляного каналу, що забезпечує як достатню ізоляцію, так і вільний доступ до обмотки охолоджувального масла. Різні види міжшарової ізоляції зображені на рис.2.17.

а) б) в) г) д)

Рис. 2.17. Міжшарова ізоляція:

а - кабельний папір; б - кабельний або телефонний папір;

в і г – картон; д – масляний канал

Таблиця 2.4

Нормальні розміри перерізу й ізоляція круглого мідного і алюмінієвого провода марок ПБ і АПБ з товщиною ізоляції на дві сторони 2δ=0,30 (0,40) мм

Діаметр, мм	Переріз, мм2	Збільшення маси, %	Діаметр, мм	Переріз, мм2	Збільшення маси, %
Марка ПБ – мідь			2,80	6,16	2,5
1,18	1,094	6,0	3,00	7,07	2,5
1,25	1,23	5,5	3,15	7,795	2,0
Марка ПБ-мідь Марка АПБ-алюміній			3,35	8,81	2,0
1,32	1,37	5,0	3,55	9,895	2,0
1,40	1,51	5,0	3,75	11,05	1,5
1,50	1,77	4,5	4,00	12,55	1,5
1,60	2,015	4,0	4,10	13,2	1,5
1,70	2,27	4,0	4,25	14,2	1,5
1,80	2,545	3,5	4,50	15,9	1,5
1,90	2,805	3,5	4,75	17,7	1,5
2,00	3,14	3,0	5,00	19,63	1,5
2,12	3,53	3,0	5,20	21,22	1,5
2,24	3,94	3,0	Марка АПБ-алюміній
2,36	4,375	2,5	5,30	22,06	1,5
2,50	4,91	2,5	6,00	28,26	1,5
2,65	5,515	2,5	8,00	50,24	1,0

Примітка 1. Провід марок ПБ і АПБ всіх діаметрів випускається з ізоляцією на дві сторони товщиною 2δ=0,30 (0,40); 0,72 (0,82); 0,96 (1,06) і 1,20 (1,35) мм; провід діаметром від 2,24 мм і вище – з ізоляцією 1,68 (1,83) і 1,92 (2,07), а провід діаметром від 3,75 мм і вище – з ізоляцією 2,88 (3,08); 4,08 (4,33) і 5,76 (6,11) мм.

2. Без дужок вказана номінальна товщина ізоляції. Розміри котушок рахувати з товщиною ізоляції, вказаної в дужках

Розміри мідного провода прямокутного перерізу марки ПБ наведені в таблиці 2.5.

Таблиця 2.5

Номінальні розміри і переріз мідного провода марки ПБ

(розміри а і в – в мм; переріз – в мм²)

a/b	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80	1,90	2,00	2,12	2,24	2,36	2,50	2,65	2,80
3,75	5,04	-	5,79	-	6,39	-	7,14	-	8,04	-	8,83	-	-
4,00	5,39	5,79	6,19	6,44	6,84	7,24	7,64	8,12	8,60	8,89	9,45	10,1	10,7
4,25	5,74	-	6,59	-	7,29	-	8,14	-	9,16	-	10,1	-	11,4
4,50	6,09	6,54	6,99	7,29	7,74	8,19	8,64	9,18	9,72	10,1	10,7	11,4	12,1
4,75	6,44	-	7,39	-	8,19	-	9,14	-	10,3	-	11,3	-	12,8
5,00	6,79	7,29	7,79	8,14	8,64	9,14	9,64	10,2	10,8	11,3	12,0	12,7	13,5
5,30	7,21	-	8,27	-	9,18	-	10,2	-	11,5	-	12,7	-	14,3
5,60	7,63	8,19	8,75	9,16	9,72	10,3	10,8	11,5	12,2	12,7	13,5	14,3	15,1
6,00	8,19	-	9,39	-	10,4	-	11,6	-	13,1	-	14,5	-	16,3
6,30	8,61	9,24	9,87	10,4	11,0	11,6	12,2	13,0	13,8	14,3	15,2	16,2	17,1
6,70	9,17	-	10,5	-	11,7	-	13,0	-	14,7	-	16,2	-	18,2
7,10	9,73	10,4	11,2	11,7	12,4	13,1	13,8	14,7	15,5	16,2	17,2	18,3	19,3
7,50	10,3	-	11,8	-	13,1	-	14,6	-	16,4	-	18,2	-	20,5
8,00	11,0	11,8	12,6	13,2	14,0	14,8	15,6	16,6	17,6	18,3	19,5	20,7	21,9
8,50	11,7	-	13,4	-	14,9	-	16,6	-	18,7	-	20,7	-	23,3
9,00	12,4	13,3	14,2	14,9	15,8	16,7	17,6	18,7	19,8	20,7	22,0	23,3	24,7
9,50	13,1	-	15,0	-	16,7	-	18,6	-	20,9	-	23,2	-	26,1
10,00	13,8	14,8	15,8	16,6	17,6	18,6	19,6	20,8	22,0	23,1	24,5	26,0	27,5
10,60	14,6	-	16,8	-	18,7	-	20,8	-	23,4	-	26,0	-	29,1
11,20	15,5	16,6	17,7	18,7	19,8	20,9	22,0	23,4	24,7	25,9	27,5	29,1	30,8
11,80	-	-	18,7	-	20,9	-	23,2	-	26,1	-	29,0	-	32,5
12,50	-	18,5	19,8	20,9	22,1	23,4	24,6	26,1	27,6	29,0	30,7	32,6	34,5
13,20	-	-	-	-	23,4	-	26,0	-	29,2	-	32,5	-	36,4
14,00	-	-	-	-	24,8	26,2	27,6	29,3	31,0	32,5	34,5	36,6	38,7
15,00	-	-	-	-	-	-	29,6	-	33,2	-	37,0	-	41,5
16,00	-	-	-	-	-	-	31,6	33,6	35,5	37,2	39,5	41,9	44,3
17,00	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	47,2
18,00	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Продовження таблиці 2.5

a/b	3,00	3,15	3,35	3,55	3,75	4,00	4,25	4,50	4,75	5,00	5,30	5,60
3,75	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4,00	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4,25	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4,50	13,0	13,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4,75	-	14,4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
5,00	11,5	15,2	16,2	17,2	-	-	-	-	-	-	-	-
5,30	-	16,2	-	18,3	-	-	-	-	-	-	-	-
5,60	16,3	17,1	18,2	19,3	20,1	21,5	-	-	-	-	-	-
6,00	-	18,4	-	20,8	-	23,1	-	-	-	-	-	-
6,30	18,4	19,3	20,6	21,8	22,8	24,3	25,9	27,5	-	-	-	-
6,70	-	20,6	-	23,2	-	25,9	-	29,3	-	-	-	-
7,10	20,8	21,8	23,2	24,7	25,8	27,5	29,3	31,1	32,9	34,6	-	-
7,50	-	23,1	-	26,1	-	29,1	-	32,9	-	36,6	-	-
8,00	23,5	24,7	26,3	27,9	29,1	31,1	33,1	35,1	37,1	39,2	41,5	43,9
8,50	-	26,2	-	29,6	-	33,1	-	37,4	-	41,6	-	46,7
9,00	26,5	27,8	29,6	31,4	32,9	35,1	37,4	39,6	41,9	44,1	46,8	49,5
9,50	-	29,4	-	33,2	-	37,1	-	41,9	-	46,6	-	52,1
10,00	29,5	31,0	33,0	35,0	36,6	39,1	41,6	44,1	46,6	49,1	52,1	55,1
10,60	-	32,8	-	37,1	-	41,5	-	46,8	-	52,1	-	58,5
11,20	33,1	34,7	37,0	39,2	41,4	43,9	46,7	49,5	52,3	55,1	58,5	61,9
11,80	-	36,6	-	41,3	-	46,3	-	52,2	-	58,1	-	65,2
12,50	37,0	38,8	41,3	43,8	46,0	49,1	52,3	55,4	58,5	61,6	65,4	69,1
13,20	-	41,0	-	46,3	-	51,9	-	58,5	-	65,1	-	73,1
14,00	41,5	43,6	46,4	49,2	52,0	55,1	58,6	62,1	65,6	69,1	73,3	77,5
15,00	-	46,7	-	52,7	-	59,1	-	66,6	-	74,1	-	83,1
16,00	47,5	49,9	53,1	56,3	59,1	63,1	67,1	71,1	75,1	79,1	83,9	88,7
17,00	-	53,2	-	59,4	-	67,1	-	75,6	-	84,1	-	94,3
18,00	53,1	55,8	59,4	63,0	66,6	71,1	75,6	80,1	84,6	89,1	94,5	99,9

Примітка 1. Провід марок ПБ і АПБ випускаються з товщиною ізоляції на дві сторони 2δ=0,45 (0,50); 0,55 (0,62); 0,72 (0,82); 0,96 (1,06) і 1,20 (1,35); 1,35 (1,50); 1,68 (1,83) і 1,92 (2,07) мм.

2. Без дужок вказана номінальна товщина ізоляції. Розміри котушок рахувати з товщиною ізоляції, вказаної в дужках.

3. Мідний провід марки ПБУ випускається з розмірами провода на стороні а від 1,8 до 5,6 мм і на стороні b від 6,7 до 18 мм з ізоляцією товщиною 2δ=1,35 (1,45); 2,00 (2,20); 2,48 (296); 2,96 (3,16); 3,60 (3,80); 4,08 (4,28) і 4,40 (4,65) мм.

Як ізоляції між обмотками, а також обмоток від магнітної системи при напрузі до 35 кВ використовують ізоляційні циліндри з осьовими розмірами більшими за висоту обмотки.

Для створення в обмотках і між обмотками та ізоляційними циліндрами осьових каналів, зазвичай, використовують рейки з електроізоляційного картону або дерева твердої породи. Рейки вкладають уздовж твірних циліндра і щільно притискають провідниками до циліндра.

Найбільш широкого використання набули циліндричні обмотки з прямокутного або круглого провідників.

Простою циліндричною обмоткою називають обмотку, виток якої складається з одного або декількох паралельних провідників, а витки і всі їх паралельні провідники розміщені в одному рядку без інтервалів на циліндричній поверхні в осьовому напрямку.

Обмотка, що складається із декількох концентрично розміщених простих циліндричних обмоток (шарів), називається багатошаровою циліндричною обмоткою (рис.2.18).

а) б)

Рис. 2.18. Циліндрична обмотка

а – проста із шести витків; б – двошарова із дванадцяти витків

Будь-яка циліндрична обмотка може бути намотана круглим або прямокутним провідником, однак, багатошарові обмотки для силових трансформаторів, здебільшого, виготовляють із прямокутного провідника.

На рис.2.19 зображена одношарова циліндрична обмотка з трьох паралельних прямокутних провідників із сімома витками, висотою витка h_В. Внаслідок того, що намотування витків відбувається за гвинтовою лінією і початки першого витка та останнього розміщені на одній твірній циліндра, загальна висота обмотки l визначається висотою не семи витків, а на один більше. Це правило справедливе для всіх циліндричних обмоток. Для вирівнювання торцевих поверхонь обмотки до верхнього і нижнього витків кожного шару прикріплюється опорне розрізне кільце, вирізане із паперово-бакелітового циліндра (рис.2.20).

Рис.2.19. Циліндрична обмотка із семи витків

Кільце прикріплюється до обмотки бавовняно-паперовою стрічкою. Кінці стрічки, що охоплюють кільце, пропускають між крайніми витками обмотки.

Рис. 2.20.Опорне кільце обмотки

При цьому дещо збільшується осьовий розмір обмотки. Слід також ураховувати можливість деякого збільшення осьового розміру внаслідок нещільності намотування провідника. Тому при розрахунку осьового розміру циліндричної обмотки розрахункову суму висот провідників приймають на 5-15 мм менше заданого осьового розміру l. Якщо в процесі намотування виявиться, що запас по висоті перевищує 5-15 мм, то в обмотку для заповнення висоти паралельно з провідником вмотують смужки електроізоляційного картону. Таким чином робиться „розгін” обмотки так, щоб загальний осьовий розмір l був обов’язково витриманий.

Намотування провідника може відбуватися плазом (2.21,а) або на ребро (рис.2.21,б). У першому випадку більший розмір провода b розміщується в осьовому напрямку, в другому – у радіальному.

Рис.2.21. Способи намотки провідника

У трифазних трансформаторах потужністю 25-630 кВА циліндрична обмотка, переважно, намотується у два шари. Для забезпечення нормального охолодження кожен шар такої обмотки повинен хоча б з одного боку омиватися маслом. Критерієм для визначення числа поверхонь шару, що омиваються маслом, служить густина теплового потоку на охолоджуваній поверхні шару q, Вт/м², тобто втрати в обмотці, поділені на площу поверхні. Густина теплового потоку в обмотках цього типу не перевищує 800-1400 Вт/м² при мідних провідниках.

У двошаровій обмотці шари з’єднують, зазвичай, послідовно. Загальне число витків обмоток може бути парним або непарним. В обох випадках число витків кожного шару дорівнює половині числа витків усієї обмотки. При загальній непарній кількості витків число витків кожного шару виходить дробовим, кратним половині витка. У такому випадку перехід із одного шару в інший розміщується зі зсувом 180⁰ за колом обмотки відносно розміщення початку і кінця обмотки. Повне число витків обмотки одного стержня повинно бути цілим.

При послідовному з’єднанні шарів напруга між двома крайніми витками двох шарів, тобто між початком і кінцем обмотки, дорівнює повній фазній напрузі. Ізоляція між такими витками (тобто ізоляція між шарами обмотки) повинна бути розрахована на повну напругу стержня. При робочих напругах до 1 кВ ця ізоляція легко створюється масляним каналом шириною 4-8 мм або циліндричною прокладкою між шарами з електроізоляційного картону. В обмотках напругою 3 і 6 кВ необхідний масляний канал з бар’єром із двох шарів електроізоляційного картону товщиною 2 мм. Масляний канал між шарами створюється за допомогою рейок.

Механічна міцність циліндричної обмотки зі збільшенням числа паралельних провідників зменшується. Тому рекомендується брати число паралельних провідників не більше 4-6 при намотуванні плазом і 6-8 при намотуванні на ребро. Густина граничного струму в такій обмотці при максимально можливому числі паралельних провідників складає J=2,3∙10⁶÷3,5∙10⁶ А/м². Такі обмотки використовують для струмів в обмотці одного стержня не більше 800 А.

Циліндрична обмотка з прямокутного провода може використовуватися при перерізі витка понад 5,04 мм², що дорівнює мінімальному перерізу мідного прямокутного провода за асортиментом. При найменшій густині струму в мідному провіднику це відповідає нижній границі робочого струму обмотки 15-18 А.

Тому, виходячи з вищесказаного, одно- і двошарова циліндрична обмотка із прямокутного провідника з успіхом широко використовується як обмотка НН трифазних масляних трансформаторів потужністю на один стержень S^’ ≤ 250 кВА при напрузі до 6 кВ. Цей тип обмотки може також використовуватися як обмотки ВН при напрузі до 6 кВ.

У силових трансформаторах потужністю 1000 кВА і більше використовують багатошарову циліндричну обмотку з прямокутного провода з послідовним з’єднанням шарів (рис.2.22). Цей тип обмотки відрізняється від простої циліндричної обмотки числом шарів.

Рис. 2.22. Багатошарова циліндрична обмотка

із прямокутного провідника:

1 – міжшарова ізоляція із кабельного паперу;

2 – паперово-бакелітове опорне кільце;

3 – рейка, що створює масляний канал

У багатошаровій обмотці не використовується намотування на ребро. Напрям намотування шарів багатошарової обмотки різний. Усі непарні шари, починаючи з середини, мають лівий напрям намотування, усі парні – правий. Для отримання достатньої поверхні охолодження в таких обмотках є один або два осьових канали між шарами. Ширина каналу складає 1% від висоти обмотки. Густину теплового потоку на охолоджуваній поверхні рекомендується не перевищувати 1200-1400 Вт/м².

Багатошарова циліндрична обмотка з прямокутного провідника, переважно, використовується як обмотка ВН і НН у трансформаторах потужністю від 630 до 80000 кВА і напругою 10 і 35 кВ. Широке використання такої обмотки обумовлене можливістю забезпечити більш щільніше заповнення вікна магнітної системи, використати більш ефективну тепловіддачу від обмотки до масла у вертикальних каналах, отримати більш технологічну конструкцію порівняно з обмотками інших типів.

Захист від перенапруг у багатошаровій обмотці з класом напруги 35 кВ відбувається за допомогою електричного екрану. Екран – незамкнений циліндр із немагнітного матеріалу товщиною 0,2-0,5мм – розташований під внутрішнім шаром по всій висоті обмотки і електрично з’єднаний з лінійним провідником.

У трансформаторах потужністю від 25 до 630 кВА, здебільшого, використовують багатошарові циліндричні обмотки з круглого провідника як обмотки ВН при напругах від 3 до 35 кВ і обмотки НН при напругах від 3 до 10 кВ (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Багатошарова циліндрична обмотка з

круглого провідника

Багатошарова циліндрична обмотка намотується, переважно, проводом круглого перерізу. Намотка здійснюється щільним укладанням витків один до одного з переходами із шару в шар.

Намотку першого шару проводять на паперово-бакелітовий циліндр. Між наступними шарами розміщують декілька шарів кабельного паперу (рис.2.24). Для збільшення поверхні охолодження між деякими шарами обмотки створюють осьовий канал за допомогою рейок із електрокартону або бука (рис.2.25).

Рис. 2.24. Ізоляція в торцевій частині багатошарової

циліндричної обмотки

Для захисту обмотки від розряду між сусідніми шарами висота міжшарової ізоляції виготовляється більшою на 20-50 мм (на дві сторони), завдяки чому штучно збільшується довжина шляху можливого розряду. Площу поверхні охолодження збільшують за рахунок поділу обмотки на котушки з осьовими каналами між ними (рис.2.25).

а) б) в) г) д)

Рис.2.25. Різні варіанти виконання багатошарової

циліндричної обмотки:

а – обмотка ВН на циліндрі; б – обмотка ВН на рейках;

в – обмотка НН; г – обмотка ВН на циліндрі з каналом;

д – обмотка ВН на рейках з каналом

Обмотка може бути намотана одним або двома паралельними круглими провідниками з максимальним струмом обмотки одного стержня до 40-60 А при одному провіднику і до 80-120 А при двох паралельних провідниках у мідних обмотках.

У трансформаторах 3-го габариту (та більш потужних) широко використовують гвинтові обмотки (іноді їх називають спіральні), що складаються із витків, намотаних за гвинтовою лінією, з каналами між ними. Канали створюються набором прокладок, що рівномірно розміщені по колу.

Кожен виток складається з одного (дуже рідко) або декількох однакових прямокутних провідників, розміщених плазом щільно один до одного в радіальному напрямку. Загальне число паралельних провідників у гвинтових обмотках може досягати 100 і більше (в потужних трансформаторах). Залежно від струму та відповідного числа паралельних провідників гвинтова обмотка може бути одноходовою (рис.2.26,а) або багатоходовою, коли вся обмотка складається з декількох окремих гвинтових обмоток, розміщених подібно ходам різьби багатоходового гвинта, тобто вмотаних одна в іншу у процесі виготовлення (рис.2.26,б). Кожен такий „хід” може складатися з 4-10 паралельних провідників.

Рис.2.26. Гвинтова обмотка: а – з одного провідника у витку; б – з декількох паралельних провідників у витку

Гвинтові обмотки намотують на паперово-бакелітові циліндри або спеціальні оправи. Після намотки обмотку знімають з оправи і відправляють на подальшу технологічну обробку. Вертикальний канал уздовж внутрішньої поверхні гвинтової обмотки і канали між її витками створюються рейками та прокладками з електрокартону.

Паралельні провідники гвинтової обмотки розміщені концентрично і розташовані на різній відстані від її осі. Тому провідники, що розміщені ближче до осі, будуть коротшими, а більш віддалені від неї – довшими. Крім цього, різне розміщення у магнітному полі провідників призведе до того, що їх магнітне розсіяння буде різним. Отже, усі провідники будуть мати неоднаковий активний і реактивний опори, що призведе до неоднакового розподілу струму між ними.

Для рівномірного розподілу струму між паралельними провідниками та зменшення додаткових втрат гвинтові обмотки виконують із транспозиціями (перекладанням проводів у процесі намотки). При перекладанні прагнуть, щоб транспозиція була досконалою, тобто щоб кожний провідник почергово займав усі можливі положення у межах одного витка.

В одноходовій обмотці (з числом провідників менше 12) переважно використовують комбінацію двох видів транспозиції: групову, коли усі паралельні провідники поділяють на дві або більше груп і змінюється взаємне розміщення цих груп без зміни розміщення провідників у групі; загальну, коли змінюється взаємне розміщення усіх провідників. При використанні транспозиції цих двох видів обмотка ділиться уздовж на чотири рівні ділянки, що мають по ¼ всіх витків обмотки. На границях цих ділянок проводиться три транспозиції – дві групові на ¼ і ¾ загального числа витків, рахуючи від початку обмотки, і одна загальна на ²/₄ загального числа витків. У групових транспозиціях усі паралельні провідники поділяють на дві рівні групи (при непарному числі провідників одна група має на один провідник більше). У загальних транспозиціях кожен провідник перекладається самостійно.

Принципова схема транспозиції для одноходової обмотки із шести паралельних провідників зображена на рис.2.27.

а) б) Рис.2.27.Схема транспозиції паралельних провідників в одноходовій обмотці при парному (а) і непарному (б) числах провідників

Щоб перевірити правильність схеми транспозиції достатньо для кожного провідника просумувати номери місць, які він займає у витку на всіх чотирьох ділянках обмотки. Так, за рис.2.27,а для провідника 1 ця сума дорівнює 1+4+3+6=14, а за рис.2.27,б, для відповідного провідника – 1+4+2+5=12. У правильно транспонованій обмотці такі суми для всіх паралельних провідників повинні бути однакові.

Необхідно звернути увагу на те, що така транспозиція є досконалою тільки для чотирьох паралельних провідників. При більшому числі провідників така транспозиція є недосконалою, однак у силових трансформаторах загального призначення дає майже рівномірний розподіл струму між паралельними провідниками та відносно малі додаткові втрати.

У двоходовій гвинтовій обмотці можна використати більш досконалий спосіб транспозиції. Переріз витка такої обмотки складається з двох груп провідників (рис.2.28).

Рис.2.28. Виконання рівномірно розподіленої транспозиції

Суть транспозиції полягає в поступовому круговому переміщенні провідників у перерізі витка під час намотування обмотки так, щоб кожен провідник побував у всіх можливих положеннях, проходячи в них рівні відрізки (виражені, зазвичай, числом витків). Так, верхній провідник 4 лівої групи (рис.2.28) загинається праворуч і стає верхнім провідником правої групи. Одночасно нижній провідник 8 правої групи переходить нижнім провідником у ліву групу. Провідники 1, 2, 3 піднімаються на одне положення уверх, а провідники 5, 6, 7 правої групи опускаються на одне положення униз.

Рівномірно розподілена транспозиція в двоходовій обмотці може бути зроблена при будь-якому числі паралельних провідників і дає більш повне вирівнювання їх опорів порівняно з груповою або загальною транспозицією.

Гвинтова обмотка має значну торцеву поверхню, що дозволяє їй забезпечити стійкість до осьових зусиль при коротких замиканнях і є значно міцнішою в механічному відношенні, ніж одно- і двошарова циліндрична обмотка. Механічна жорсткість обмотки посилюється рейками, що проходять через усю довжину обмотки, і пов’язаними з ними горизонтальними прокладками, щільно затиснутими між витками обмотки.

За умов механічної міцності, а також зручності виконання транспозицій число паралельних провідників приймається, зазвичай, не менше чотирьох.

Гвинтову обмотку широко використовують для обмоток НН, що мають відносно невелику кількість витків, при великих струмах у трансформаторах потужністю 1000 кВА і більше та напругою від 230 В до 35 кВ.

Як обмотки ВН гвинтові обмотки не використовується внаслідок незручності виконання відводів для регулювання напруги.

У виробництві гвинтова обмотка дорожча від багатошарової циліндричної обмотки з прямокутного провідника.

Особливо широко використовується для трансформаторів котушкова обмотка. Вона складається з окремих котушок, що намотані у вигляді плоских спіралей з одного або декількох провідників прямокутного перерізу і розміщених в осьовому напрямку обмотки з радіальними каналами між усіма або частиною котушок (рис.2.29,а).

Обмотку такого типу називають неперервною, тому що її мотають без розривів, тобто, перехід із однієї котушки в іншу відбувається неперервно без пайки. Для цього перекладаються витки кожної другої котушки так, щоб один перехід (із котушки в котушку) був зовні обмотки, а другий – усередині (рис.2.29,б).

У неперервній обмотці може бути до чотирьох паралельних провідників у витку. У такому випадку, щоб не допустити збільшення радіального розміру обмотки в місці переходу із котушки в котушку, кожен провідник переводять поодинці. При такому переході провідники міняються місцями: зовнішній провідник котушки переходить усередину, внутрішній зовні і т.д. При цьому одночасно здійснюють і транспозицію провідників.

Унаслідок значного кута згину провода на ребро у місці переходу з однієї котушки в іншу ізоляція провідників може бути пошкоджена. Тому в місцях переходу використовують додаткову ізоляцію провода у вигляді обплетення стрічками кабельного паперу або лакотканини.

Для створення радіальних міжкотушкових каналів використовують прокладки, штамповані з електроізоляційного картону (рис.2.29,б). Перехід провода з однієї котушки в іншу відбувається у проміжках між прокладками, що створюють радіальні канали. Число витків у кожній котушці може бути цілим і дробовим.

Рис.2.29. Неперервна котушкова обмотка (а) і перехід між котушками з транспозицією трьох паралельних провідників (б)

У неперервних обмотках зручно робити відводи для регулювання напруги. Їх роблять, переважно, від зовнішніх переходів так, щоб між двома сусідніми відводами знаходилися витки, що відповідають ступеню регулювання напруги.

Неперервні обмотки відрізняються високою механічною міцністю та надійністю, тому їх широко використовують як для обмоток НН, так і для обмоток ВН у трансформаторах потужністю від 160 кВА до 1000000 кВА в діапазоні напруг від 3 кВ до 500 кВ.

Густину теплового потоку на поверхні котушкових обмоток не допускають більшою за 1200 ÷ 1400 Вт/м².

Обмотки трансформатора ізолюють від заземлених частин (магнітопровода, бака) та від інших обмоток. Цю ізоляцію обмоток називають головною. Крім головної ізоляції є поздовжня ізоляція обмоток. Поздовжньою називають ізоляцію між окремими елементами обмотки – витками, котушками, шарами. Поздовжня ізоляція майже вся встановлюється при складанні трансформатора.

В обмотках з робочою напругою 35 кВ для захисту від перенапруг використовують металевий немагнітний екран, що розташований під внутрішнім шаром обмотки (рис.2.24), виготовлений із мідного, латунного або алюмінієвого листа товщиною 0,4-0,5 мм і згорнутого у вигляді розрізаного циліндра. Розріз шириною 30-40 мм уздовж твірної необхідний для запобігання створення із циліндра короткозамкненого витка. Екран висотою l електрично з'єднується з початком обмотки.

Вибір типу конструкції обмотки повинен відбуватися з урахуванням експлуатаційних і виробничих вимог до трансформатора загалом. Основними критеріями при виборі обмотки є: І_С – струм одного стержня; S – потужність трансформатора; U_Н – номінальна напруга; П – поперечний переріз витка обмотки

П= І_С/J_СР , (2.1)

де J_СР – середня густина струму в обмотках ВН і НН, А/м².

Для визначення середньої густини струму в мідній обмотці, А/м², що забезпечує задані втрати короткого замикання, використовують формулу:

, (2.2)

де S – повна потужність трансформатора, кВА;

Р_К – втрати короткого замикання, Вт;

U_В – е.р.с. одного витка, В;

d₁₂ – середній діаметр осьового каналу між обмотками, м;

К_Д – коефіцієнт, що враховує наявність додаткових втрат в обмотках, відводах, стінках бака. Величина його визначається за табл.2.6.

Таблиця 2.6

Величина коефіцієнта К_Д у формулі (2.2) для

трифазних трансформаторів

Потужність трансформатора, кВА	До 100	160-630	1000-6300	10000-16000	25000-63000	80000-100000
КД	0,97	0,96-0,93	0,93-0,85	0,84-0,82	0,82-0,81	0,81-0,80

Примітка 1. Для сухих трансформаторів потужністю 10-160 кВА К_Д=0,99÷0,96 і потужністю 250-1600 кВА К_Д=0,92÷0,86

Величину густини струму, визначену за формулою (2.2), необхідно порівняти з даними табл. 2.7. Таке порівняння необхідне, щоб уникнути грубих помилок у розрахунку J_СР.

Таблиця 2.7

Середня густина струму в обмотках J_СР, А/мм²,

для масляних трансформаторів

Потужність трансформатора, кВА	25-40	63-630	1000-6300	10000-16000	25000-80000
Мідь	1,8-2,2	2,2-3,5	2,2-3,5	2,0-3,5	2,0-3,5

Визначена за формулою (2.2) густина струму є орієнтовною середньою величиною для обмоток ВН і НН. Дійсна густина струму в обмотках може відрізнятися не більше, ніж на 10%.

Після визначення J_СР і П для кожної із обмоток можна зробити вибір типу конструкції обмотки, користуючись табл.2.8.

При розрахунку обмоток суттєве значення має правильний вибір перерізу провідника. В обмотках із круглого провідника, зазвичай, вибирають провідник з площею перерізу, що найближча до перерізу П, визначеною за густиною струму J_СР.

При розрахунку обмоток з прямокутного провідника бажано використовувати провід з більшим поперечним перерізом, що спрощує намотування обмотки на верстаті та дозволяє отримати найбільш компактне її розміщення на магнітній системі. Однак, використання крупних перерізів провода обмежується умовами охолодження обмотки і допустимими додатковими втратами від вихрових струмів, спричинених полем розсіяння.

Вибір розмірів поперечного перерізу провідника пов'язаний з густиною теплового потоку q на охолоджуваній поверхні обмотки. Величина q з метою недопущення надмірного нагріву обмоток у трансформаторах з природним масляним охолодженням обмежується q ≤ 1200÷1400 Вт/м², а в трансформаторах із штучною циркуляцією масла допускається q ≤ 2000÷2200 Вт/м². Перевищення зазначених величин q призводить до суттєвого збільшення маси системи охолодження трансформатора. Велика величина q призводить також до значного нагріву масла в каналах обмоток, що прискорює старіння масла. Зниження допустимих величин q для мідних обмоток до 1000 Вт/м² дозволить суттєво сповільнити старіння масла і продовжити термін його заміни.