Transformatorių apvijos beveik visiškai pagamintos iš vario, ypač didelio laidumo vario. Varis yra plačiai naudojamas elektros pramonėje. Be puikių mechaninių savybių, varis turi didžiausią elektros laidumą tarp pramoninių metalinių medžiagų. Varis turi svarbią vertę transformatoriuose, nes geras jo veikimas gali sumažinti apvijų tūrį ir sumažinti apkrovos nuostolius.
1. Apkrovos praradimas
Transformatoriaus apkrovos nuostoliai yra nuostolių, kuriuos sukelia apkrovos srovė, dalis, kuri kinta priklausomai nuo apkrovos srovės kvadrato. Apkrovos srovę galima suskirstyti į tris dalis:
1) Apvijų laidų ir laidų varžos nuostoliai;
2) Apvijų laidų sūkurinių srovių nuostoliai;
3) Degalų bakų ir plieninių konstrukcinių komponentų sūkurinių srovių nuostoliai.
Sumažinus apvijų apsisukimų skaičių, padidinus laido -skerspjūvio plotą arba derinant abu dalykus, gali sumažėti atsparumo nuostoliai. Norint sumažinti apsisukimų skaičių, reikia padidinti geležies šerdies skerspjūvio plotą-, tačiau tai padidina geležies šerdies svorį ir prarandama. Todėl apkrovos nuostolių sumažinimas gali būti pakeistas ne-apkrovos nuostolių padidėjimu ir atvirkščiai. Norint padidinti geležies šerdies rėmo dydį, reikia sumažinti apvijos aukštį, kad būtų kompensuota varža, kad varža išliktų pastovi. Nors iš dalies kompensuojant impedansą sumažės apsisukimų skaičius (pradinė paskirtis). Apvijos ašinio aukščio sumažinimas reiškia geležinės šerdies stulpelio aukščio sumažinimą, o tai taip pat gali tam tikru mastu kompensuoti geležies šerdies svorio padidėjimą, kurį sukelia rėmo dydžio padidėjimas. Todėl nuostolių pokytis, atitinkantis vieną ar du rėmo dydžius, nėra reikšmingas, todėl optimalų geležies šerdies rėmą galima pasirinkti taip, kad jis atitiktų kitus reikalavimus, pavyzdžiui, fiksuotą apkrovos nuostolių santykį arba transportavimo aukščio reikalavimus.
Apvijų laidų sūkurinės srovės kelias yra labai sudėtingas. Transformatoriaus apvijų nuotėkio srautas gali sukelti radialinio ir ašinio apvijų srauto pokyčius bet kurioje erdvėje ir bet kuriuo momentu. Magnetinio srauto pokyčiai sukelia įtampą, dėl kurios srovė teka statmena magnetinio srauto pokyčiams. Padidinus srovės kelio varžą galima sumažinti srovės amplitudę arba tai galima pasiekti sumažinus bendrą apvijų laidų skerspjūvio plotą- arba padalijant apvijų laidus į daug izoliuotų laidų ryšulių (panašiai, kaip sukrautos geležinės šerdys gali sumažinti sūkurinių srovių nuostolius geležinėse šerdyse). Pirmoji padidina bendrą apvijos varžą, o tai savo ruožtu padidina varžos nuostolius. Priešingai, jei bendras laido skerspjūvio plotas{6}}padidinamas siekiant sumažinti varžos nuostolius, dėl to neišvengiamai padidės sūkurinių srovių nuostoliai. Todėl šį prieštaravimą galima išspręsti tik sumažinus vielos vijų skerspjūvio plotą- ir padidinus bendrą vijų skaičių. Lygiagrečios laidų apvijos kaina yra didelė, todėl gamintojai tikisi apriboti bendrą lygiagrečių gijų skaičių, o padidinus vijų skaičių padidės izoliacijos sluoksnis, todėl apvijos darbo ciklas bus prastas.
Sumažinti dydį yra labai svarbu bet kuriam elektros įrangos komponentui. Tai ypač pasakytina apie transformatorių apvijas. Transformatoriaus apvijos dydis lemia transformatoriaus dydį. Kaip minėta pirmiau, apvijos skerspjūvio plotas turi būti didelis, kad būtų pasiektas priimtinas apkrovos nuostolių lygis ne tik todėl, kad nuostoliai yra naudotojų nuostoliai, bet ir dėl to, kad dėl nuostolių susidariusi šiluma turi būti išsklaidyta aušinimo alyvos kanalais. Jei nuostoliai padidės, alyvos praėjimui reikia skirti daugiau vietos, dėl to padidės ir apvijos bei geležinės šerdies dydis. Padidinus geležies šerdies dydį, padidės geležies šerdies{6}}apkrovos praradimas. Be to, didėjant apvijos dydžiui, alyvos bakas taip pat turi būti atitinkamai padidintas, todėl padidės alyvos suvartojimas ir palaipsniui paveiks visą gamybos procesą. Priešingai, sumažinus apvijos dydį, dažnai sumažėja bendras transformatoriaus dydis, o tai savo ruožtu taupo kitus aspektus. Kaip medžiaga, kuri gali ekonomiškiausiai atitikti pirmiau nurodytus bendruosius standartus ir kurią galima įsigyti komercinėje rinkoje, didelio laidumo varis natūraliai tampa pageidaujamu transformatorių apvijų medžiagų pasirinkimu.
Degalų bakų ir vidinių plieninių konstrukcinių komponentų, tokių kaip geležinės šerdies spaustukai, sūkurinių srovių nuostolius sukelia nuotėkio magnetinis srautas, o sūkurinių srovių nuostolių valdymas daugiausia apima nuotėkio magnetinio srauto valdymą.
1960-aisiais buvo spartaus vario kainų augimo laikotarpis, o žmonės įvairiuose elektros prietaisuose varį bandė pakeisti aliuminiu, kuris buvo daug pigesnis už varį. Iš tiesų, šiuo laikotarpiu aliuminio naudojimas kabeliams gaminti buvo labai įprastas ir nuo tada buvo planuota jį naudoti toliau. Tačiau, nors kai kurios ypač didelės transformatorių apvijos yra pagamintos iš aliuminio laidų, daugiausia skatinamos aliuminio gamintojų, praktika įrodė, kad aliuminio medžiagų naudojimas dideliuose galios transformatoriuose turi daug trūkumų.
Aliuminis tinka tik tam tikriems transformatorių aspektams, o folijos apvijos yra ryškiausios, todėl reikia dervos kapsuliavimo. Šiuo atveju aliuminio šiluminio plėtimosi koeficientas yra artimesnis dervos nei vario. Todėl kraunant derva įtrūksta retai.
Vario kasybos išteklių gausu visame pasaulyje. Išskirtinis vario privalumas yra tai, kad jį lengva perdirbti. Jį lengva išgauti ir išgryninti iš atliekų, užkertant kelią nereikalingam mineralinių išteklių vystymui. Didelio laidumo varis yra plačiai naudojamas elektros pramonėje. Galima išvardyti daugybę skirtingų vario rūšių, tačiau dauguma elektros pramonės renkasi elektrolitiškai tvirtą varį (Cu-ETP-2) arba aukštesnės klasės CH-ETP1 varį. Pirmasis yra didelio laidumo varis (su deguonies{12}}), kuris buvo apdorotas elektrolitiniu būdu, siekiant sumažinti priemaišas, o bendras priemaišų lygis yra mažesnis nei 0,03 %. JK Cu-ETP-2 yra liejamasis varis, o C101 – kaltinis varis. Šio tipo varis gali būti lengvai apdorojamas įvairiomis formomis ir gali būti karštas arba šaltas. Nelengva įtrūkti karšto apdorojimo procese, nes švino ir bismuto elementai, sukeliantys įtrūkimus, yra apriboti tam tikru diapazonu; Pastarasis Cu-ETP-1 yra liejamasis varis, o C100 – kaltinis varis. Šias dvi medžiagas gamybos įmonės naudoja dėl jų pranašumų, nes jas galima apdoroti šiuolaikinėmis greitaeigėmis valcavimo ir vielos tempimo staklėmis ir jas galima atkaitinti internetu. Šis varis yra puiki žaliava įvairiems emaliuotiems laidams gaminti. Gaminant šiuos emaliuotus laidus, reikalingas nuolatinis atkaitinimas žemoje temperatūroje, kad laidai pasižymėtų geromis perdirbimo savybėmis.
2. Didelio laidumo vario gamybos procesas
Kaip minėta aukščiau, varis išgaunamas ir rafinuojamas daugelyje pasaulio šalių. Lieto vario gaminiai iš lydyklų būna įvairių formų, atsižvelgiant į toliau apdorojamos pusgaminių tipą. Katodinis elektrolitinis varis yra elektrolitiškai rafinuotas vario produktas. Prieš naudojimą jį reikia perlydyti ir išlieti į skirtingas „lydymo gaminių formas“. Ruošinys naudojamas karštam presavimui, vario luitai – varinių plokščių valcavimui, strypai – variniams strypams, o variniai – varinių laidų traukimui. Elektrolitinio vario dydžio kitimą lemia lydykla. Paprastai kalbant, jis yra plokštės -formos, 1200 mm x 900 mm matmenų ir 100–300 kg svorio.
Varinių luitų skersmuo paprastai yra 200 mm, o ilgis neviršija 750 mm, todėl juos galima įdėti į karšto preso dėžę. Po bendro karšto presavimo vario luitai (arba vario blokai) turi būti ištraukti į reikiamą dydį, naudojant daugiapakopę vielos traukimo mašiną, kuri gali būti presuojama į vario plokštes, vario lakštus, vario juosteles ir vario foliją. Šiuo metu beveik visi vario luitai yra liejami nepertraukiamai. Paprastai karštasis valcavimas atliekamas nuo 150 mm iki 9 mm, o po to - šaltasis valcavimas.
Po karšto valcavimo varinės plokštės tampa varinės vielos ruošiniais, kuriuos reikia išlieti horizontaliai, kad paviršiuje susidarytų oksido sluoksnis. Dabar galima nepertraukiamai lieti vertikaliai pakabinamu pjūklu ant įrangos, kad būtų galima juos nupjauti iki tam tikro ilgio, tačiau šiuo metu tokia praktika taikoma retai.
Varinės vielos ruošinys reiškia varinę medžiagą, suvyniotą į 6–35 mm skersmens (dažniausiai 9 mm), kurią galima ištraukti, kad būtų pagaminta varinė viela. Tam tikrą laiką valcuotų varinės vielos ruošinių svoris buvo ribojamas iki 100 kg, tai yra varinių plokščių, susuktų į varinės vielos ruošinius, partijos svoris. Taigi, prieš siunčiant varinės vielos ruošinį į nuolatinio vielos tempimo mašiną, diskams suvirinti reikia naudoti lankinį suvirinimą.
Dabartinė praktika yra nuolat lydyti elektrolitinį varį vertikalioje krosnyje, o tada, griežtai kontroliuojant deguonies koncentraciją, išlydytą varį siųsti į nuolat formuojamą formą. Formos suformuotos žaliavos tiesiogiai įvedamos į kelių uostų karšto valcavimo staklyną. Tokiu būdu gauti varinės vielos ruošiniai gali sverti kelias tonas vienai plokštelei. Siekiant palengvinti tolesnį vielos tempimą, šie varinės vielos ruošiniai turi būti siunčiami į greitaeigį valcavimo staklę, kuri atlieka valcuotų smulkios varinės vielos ruošinių etapinį atkaitinimą gamybos linijos greičiu per atsparumo kaitinimą. Šis metodas pakeičia ankstesnį paketinio atkaitinimo metodą ir parodė didelę ekonominę naudą, tačiau jam reikia nuolat aukštos{5}kokybės vario.
3. Vario elektrinės ir šiluminės savybės
Varis yra ne tik geras elektros laidininkas, bet ir geras šilumos laidininkas. Kitų laidininkų vertinimo standartas yra 1913 metais išleistas „Tarptautinis atkaitinto vario standartas“, kuriame teigiama, kad vario laidumas yra 100%.
4. Didelio laidumo vario lydinys
Yra daug vario lydinių ir didelio laidumo vario lydinių, kurie visi turi specifinį panaudojimą įvairių tipų maitinimo įrenginiuose. Dauguma elementų turi tam tikrą tirpumą varyje. O tos netirpios medžiagos laidumui beveik neturi įtakos, o dažnai jų dedama, kad pagerintų didelio laidumo vario mechaninį apdorojimą ir kitas savybes.
Iki šiol transformatorių projektuotojams naudingiausias lydinys yra sidabrinis varis. Sidabro pridėjimas prie gryno vario žymiai padidins jo minkštėjimo temperatūrą ir beveik neturės įtakos laidumui. Minimalus sidabro kiekis, dedamas į bendruosius sidabro vario lydinius, yra 0,01 %, kuris gali užtikrinti reikiamą transformatorių vario apvijų mechaninį stiprumą, atlaikyti trumpojo jungimo jėgas, atsirandančias dėl išorinių gedimų ir trumpųjų jungimų veikimo metu, ir pagerinti kitas mechanines vario savybes, ypač atsparumą valkšnumui. Šios medžiagos trūkumas yra tas, kad įpylus sidabro padidėja jos kietumas, todėl ją sunku vynioti, todėl jos naudojimas apsiriboja itin dideliais transformatoriais, kuriems reikalingas itin didelis mechaninis stiprumas.
Daugiau informacijos apie elektrinį varį, įskaitant vario gavybą ir jo elektrines bei mechanines savybes, galima rasti britų vario plėtros asociacijos išleistoje brošiūroje „High Conductivity Copper“. Ankstesni vario aprašymai buvo parengti remiantis šia knygele.
5. Vario apvijos viela
Transformatorių apvijose naudojama varinė viela yra beveik visiškai stačiakampio skerspjūvio{0}}varinė viela arba varinė juostelė, atitinkanti Europos standartą EN13601:2002 „Varis ir varinis dielektrinis auksas, varinis strypas ir varinė viela, skirta bendrajam elektros naudojimui“. Priede ne tik nurodomi varinių laidininkų grynumo, apvalinimo, varžos ir dydžio paraštės reikalavimai, bet ir rekomenduojami dydžiai. Apvija, pagaminta iš apvalios varinės vielos, turi mažesnį veikimo ciklą ir prastesnį mechaninį stabilumą, palyginti su plokščios varinės vielos apvija. Apvali varinė viela paprastai naudojama tik mažuose vidutinės įtampos paskirstymo transformatoriuose, o apvali viela yra emaliuota viela. Specialaus tipo apvijos turi būti apvyniotos apvalia varine viela
