Инженерное бюро технических решений
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.
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 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 200С для сухих трансформаторов.
Диапазон применяемых материалов в 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. Одним из основных требований к проводам является точность соблюдения габаритных размеров.
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 М0 и М00. Все поступающее сырье проходит входной контроль с определением химического состава спектральным анализом. Применение качественного сырья в дальнейшем гарантированно обеспечит удельное электрическое сопротивление проволоки не выше 0,01724 Ом·мм2/м.
2. Изготовление катанки производится на линии непрерывного литья. 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 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.
Правильность выбора в пользу технологического процесса прокатки при изготовлении прямоугольной проволоки 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.
В зависимости от требуемой производительности, объемов выпуска, выпускаемой номенклатуры и бюджета проекта, возможно совмещенное применение волочильного и прокатного оборудования и их комбинаций в одной производственной линии или в отдельных линиях.
С точки зрения оборудования прокатный стан является гораздо более дорогой единицей, чем волочильная машина. Поэтому для уменьшения бюджета проекта возможно на первоначальном этапе для уменьшения сечения использовать волочильную машину, получая на ней круглую или прямоугольную заготовку для последующей прокатки. Длина прокатного стана также может варьироваться от пяти клетей и больше (полноценный редукционный прокатный стан) до двух клетей (калибрующий стан).
Принципиально возможна реализация следующих концепций:
a) Независимый многоклетьевой прокатный стан для получения плоской проволоки из круглой заготовки в один или несколько проходов;
b) Прокатный стан с встроенным волочильным блоком на входе: требуется ограниченное количество типоразмеров входного материала. Дальнейшая калибровка соединена с прокаткой.
c) Отдельно волочение и прокатка: упрощенный процесс прокатки, но требуется увеличенное количество типоразмеров входной заготовки. Это повышает рабочую нагрузку и размер волочильного оборудования.
d) Использование волочильной линии для волочения входящей круглой проволоки через несколько ряд волочильных станций до финальной плоской проволоки. Для получения финальной толщины/ширины и превосходного качества поверхности предварительно сплющенная проволока слегка калибруется в стане. Преимущество заключается в том, что требуется маленький размер стана.
e) Получение заготовки для дальнейшей прокатки методом "конформ" (экструзия). Достаточно эффективный способ, который позволяет ускорить процесс получение заготовки требуемых размеров. Получение с помощью данного процесса плоской проволоки готовых размеров, и в особенности малых сечений, затруднено из-за таких аспектов, как большая длина заправочного конца, тепловое расширение инструмента (матрицы) во время работы, износ матрицы и, как следствие двух последних параметров, непостоянные геометрические размеры изделия, широкие допуски на толщину/ширину и радиус кромки.
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 эмаль-агрегате, 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 300В.
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.
–недостаточно проводить только испытания на образцах. Провода относятся к длинномерной продукции, а значит должны испытываться непрерывно по всей длине. 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 непосредственно 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.
Статья подготовлена на основе заимствованных материалов, полный текст источника: А. Степанов, Д. Петров, ЗАО «Москабель-Электрозавод». Обмоточные провода для трансформаторов. Современные требования к качеству проводов. Энерго INFO, № 2, 2010.– С.60-65.
Спасибо!
Ваше сообщение принято.
Наши менеджеры свяжутся с Вами
в ближайшее время.
Подождите…
Идёт отправка сообщения!