3樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算

1、3樹脂澆注絕緣干式變壓器設(shè)計的計算本章以樹脂澆注干式變壓器SCB10-1000/10的設(shè)計為例，詳細(xì)列出了樹脂澆注干式變壓器的設(shè)計計算過程，以及每一步計算所涉及到的公式和原理。該變壓器具有以上所述的樹脂澆注干變的各項優(yōu)點，是樹脂澆注干變設(shè)計的典型實例。3.1變壓器設(shè)計計算的任務(wù)變壓器設(shè)計計算的任務(wù)是使產(chǎn)品設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)，或者用戶在合同中提出的標(biāo)準(zhǔn)和要求。在合同中通常包括以下一些技術(shù)規(guī)范：a.變壓器的型式： 相數(shù)、繞組數(shù)、冷卻方式、調(diào)壓方式、耦合方式。b.額定容量，各繞組的容量，不同冷卻方式下的容量。c.變壓器額定電壓、分接范圍。d.額定頻率。e.各繞組的首末端的絕緣水平。f.變壓器的阻抗電壓

2、百分值。g.繞組結(jié)線方式及連接組標(biāo)號。h.負(fù)載損耗、空載損耗、空載電流百分值。i.安裝地點海拔高度。此外，用戶可能還有一些特殊參數(shù)。變壓器計算的任務(wù)，就是根據(jù)上述技術(shù)規(guī)范，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，如電力變壓器、三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求、高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合及高電壓試驗技術(shù)和其它專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定變壓器電磁負(fù)載，幾何尺寸、電、熱、機械方面的性能數(shù)據(jù)，以滿足使用部門的要求。對方案進(jìn)行優(yōu)化計算，在滿足性能指標(biāo)前提下，具有良好的工藝性和先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。3.2變壓器設(shè)計計算步驟以下主要針對電力變壓器而言，特種變壓器的計算基本與之相同，只需考慮特殊要求和自身特點即可。1) 根據(jù)技術(shù)合同，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)

3、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，決定變壓器規(guī)格及相應(yīng)的性能參數(shù)，如額定容量、額定電壓、聯(lián)結(jié)組別、短路損耗、負(fù)載損耗、空載損耗及空載電流等。2) 確定硅鋼片牌號及鐵心結(jié)構(gòu)形式，計算鐵心柱直徑，計算心柱和鐵軛截面。3) 根據(jù)硅鋼片牌號，初選鐵心柱中磁通密度，計算每匝電勢。4) 初選低壓匝數(shù)，湊成整匝數(shù)，根據(jù)此匝數(shù)再重算鐵心柱中的磁通密度及每匝電勢、再算出高壓繞組額定分接及其他各分接的匝數(shù)。5) 根據(jù)變壓器額定容量及電壓等級，計算或從設(shè)計手冊中選定變壓器主、從絕緣結(jié)構(gòu)。6) 根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)形式，確定導(dǎo)線規(guī)格，進(jìn)行繞組段數(shù)、層數(shù)、匝數(shù)的排列，計算出段數(shù)、層數(shù)、總匝數(shù)及每層的匝數(shù)、每段匝數(shù)。7) 計算繞組的軸向高度及輻向尺寸。

4、計算繞組幾何高度、電氣高度及窗高。8) 計算絕緣半徑，確定變壓器中心距M0，高、低壓繞組平均匝長L。9) 初算短路阻抗無功分量，大型變壓器無功分量值應(yīng)與短路阻抗標(biāo)準(zhǔn)值接近。10) 計算繞組負(fù)載損耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型變壓器），檢查短路阻抗是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。11) 計算繞組對油溫升，不合格時，可調(diào)整導(dǎo)線規(guī)格、或調(diào)整線段數(shù)及每段匝數(shù)的分配，當(dāng)超過規(guī)定值過大時，則需要調(diào)整變更鐵心柱直徑。12) 計算短路機械力及導(dǎo)線應(yīng)力，當(dāng)超過規(guī)定值時，應(yīng)調(diào)整安匝分布或加大導(dǎo)線截面。13) 計算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。3.3樹脂澆注干式變壓器設(shè)計的詳細(xì)計算本畢業(yè)設(shè)計主要任務(wù)為設(shè)計SC

5、B10-1000/10B變壓器。技術(shù)條件產(chǎn)品型號：SCB10-1000/10額定容量：1000kVA電壓比：(10±5%)/0.4kV頻率：50Hz聯(lián)結(jié)方法：Dyn11額定電壓電流：高壓側(cè) 1000V/57.74A 低壓側(cè) 400V/1443.38A短路阻抗：6空載損耗：2200W負(fù)載損耗：8180W硅鋼片牌號：Q120-30執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB/T10228，GB64503.3.2 鐵心計算鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故 Pt=Pn/3=1000/3kVA K為經(jīng)驗系數(shù)， 取K=57根據(jù)經(jīng)驗公式： D=K=57=243.5mm由于鐵心直徑的位數(shù)取0或者是5，所以變壓器的鐵心直徑

6、為：D=245mm。鐵心凈橫截面積：根據(jù)公式 ， 計算可得： =471.196cm2。繞組計算初選磁密：=1.50 T初算匝電壓: f=50Hz 鐵心凈橫截面積經(jīng)查表得出：At=436.306cm2由公式 , 計算可得 =14.5435V低壓匝數(shù)：因為低壓側(cè)是Y接，故 , 計算可得 =15.883 ，由公式，取整得W=16 重算匝電壓：V重算磁密： 高壓匝數(shù)：高壓繞組一般均設(shè)有分接線匝，這樣就應(yīng)根據(jù)各分接的相電壓求出各分接匝數(shù) 高壓側(cè)D接 故=10000V 高壓繞組為調(diào)壓，共3級 則=10500V =10000V=9500V由公式 , 計算可得 取整：W1=727 W2=693 W3=658電

7、流：a、高壓側(cè) D接 ， , 計算可得 b、低壓側(cè) Y 接 = , , 計算可得 低壓繞組計算：從澆注干式變壓器的設(shè)計、工藝和生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，低壓繞組一般采用箔式繞組結(jié)構(gòu)。箔式繞組，一層就是一匝，也就是只有一段，每段的長度即為導(dǎo)線寬度795mm。同時，根據(jù)實際需要，我們選低壓側(cè)端絕緣為10mm，空氣距離為45mm，層間絕緣為0.18mm表面絕緣0.36mm.前面已經(jīng)計算出總匝數(shù)為16，我們可以分為三層（5+5+6=16），相臨兩層之間加氣道，氣道厚度分別為8mm 和10mm。具體計算如下：-1初選電流密度：=2.0 A/mm2 -2 算導(dǎo)線截面積： ， 根據(jù)計算得出的導(dǎo)線截面積，查表找出最接近的

8、導(dǎo)線規(guī)格。-3選線規(guī)：1.01795802.95 ,導(dǎo)線截面積 =802.95 mm2 -4重算電流密度： 由公式 ： ， 計算可得 -5 低壓繞組軸向尺寸計算：795 箔式導(dǎo)線高度，即軸向長度，mm +10×2 端絕緣高度,mm815 繞組軸向總高度,mm+45×2 繞組到上下鐵軛距離,mm 905 鐵心窗高,mm-6 低壓繞組輻向尺寸計算：輻向有16層，被兩個氣道隔開，分為：5層、5層、6層1.01 1.01 箔式導(dǎo)線厚度，mm× 5 × 6 總層數(shù)5.05 6.06+0.18×4×1.1 +0.18×5×1.

9、1 絕緣總厚度（=(-1）×層絕緣緣),mm5.842 7.05 ×（1+2%） × （1+2%） 輻向裕度取2%5.95884 7.191+0.36 +0.36×2 表面絕緣厚度,mm 6.31884(6.31) 7.911（7.91） 低壓繞組輻向總厚度： 6.31+8+6.31+10+7.91=38.5 mm低壓繞組輻向總厚度=5層輻向厚度+氣道1厚度+5層輻向厚度+氣道2厚度+6層輻向厚度 單位 mm高壓繞組采用分段層式繞組，前面已經(jīng)計算出高壓繞組的匝數(shù)為727-693-658，計算時，用最大的匝數(shù)727來計算。高壓繞組可分為4段，每段182匝，

10、分7層，每層26匝，中間夾一個氣道（3+4+0=7）。另外其余參考數(shù)據(jù)如下：表面絕緣3.00mm,段間距離20mm,端間距20mm,空氣距離45mm，氣道厚度為16mm。具體計算如下：-1初選電流密度：=2.0 A/mm2 I=-2 算導(dǎo)線截面積： ， -3 選線規(guī)：3.00×6.300.16 ,導(dǎo)線截面積 =1×18.35=18.35 mm2 -4 重算電流密度： ， -5 高壓繞組軸向尺寸計算高壓線圈軸向電氣長度=帶絕緣高壓線圈導(dǎo)線寬度×（每層匝數(shù)+起末寬度）×軸向裕度×段數(shù)+（段數(shù)-1）×段間距 單位 mm高壓線圈軸向幾何長度=

11、高壓線圈軸向電氣長度+2×端絕緣高壓線圈窗高=高壓線圈軸向幾何長度+2×空氣距離=高壓線圈軸向電氣長度+2×端絕緣+2×空氣距離 單位mm;6.30+ 0.166.46 帶絕緣導(dǎo)線寬度，mm ×(26+1) 每層匝數(shù)加上起末頭高度,mm174.42 × 1.02 軸向裕度，單根導(dǎo)線取2%177.91（178） 每段長度（取整數(shù)），mm× 4 總共有4段712+20×3 3個段間距772（775） 軸向長度，mm +45×2 空氣距離,mm 865 + 20×2 端間距,mm 905 鐵心窗高，m

12、m-6 高壓繞組輻向尺寸計算 輻向有7層，被一個氣道隔開，分為：3層、4層3.00 3.00 箔式導(dǎo)線厚度，mm× 3 × 4 總層數(shù)9.00 12.00+0.56×2×1.1 +0.56×3×1.1 絕緣總厚度（=(-1）×層絕緣緣),mm10.232 13.848 ×（1+2%） × （1+2%） 輻向裕度取2%10.4366 14.125+0.56×3×1.1+3.00 +0.56×3×1.1+3.00 表面絕緣厚度,mm 15.28 18.97 高壓繞組輻向

13、總厚度： 15.28+16+18.97=50.3 mm繞組絕緣半徑及平均匝長的計算:前面已經(jīng)計算出，鐵心直徑D =245mm，則鐵心外接圓半徑R0=235/2=122.5 mm其余相關(guān)數(shù)據(jù)如下：低壓-鐵心：10mm 高壓-低壓：40mm 相間距離：41mm具體計算如下：1225 鐵心外接圓半徑R0,mm+ 10 低壓繞組至鐵心距C,mm1325 低壓繞組內(nèi)半徑R2,mm+ 385 低壓繞組輻向厚度B2,mm171 低壓繞組外半徑R3,mm+ 40 高低壓繞組間主絕緣距a12,mm（211-3-0.5）207.5 高壓繞組內(nèi)半徑R4,mm + 500 高壓繞組輻向尺寸B3,mm257.5（258

14、） 高壓繞組外半徑R5,mm× 2 516 高壓繞組外徑D,mm+ 41 相間距離（干變?nèi)?0左右）A，mm 557- 3.00×2 高壓線圈表面絕緣，mm551（550） 鐵心柱中心距離（為10或5的倍數(shù)）M0，mm鐵心柱中心距離=高壓繞組外徑+相間距離-2*高壓繞組表面絕緣;故：低壓線圈內(nèi)徑：265 外徑：342高壓線圈內(nèi)徑：415 外徑：516 中心距： 550 （單位mm）繞組平均匝長l的計算：高壓繞組;低壓繞組;平均匝長Lm=(Lm1+Lm2)/2;=1462mm（取整）=953mm（取整）參考溫度（120）下繞組每相電阻及導(dǎo)線重量的計算 高壓繞組電阻（120）

15、：；; 高壓繞組銅導(dǎo)線重：所以 Cu11=207 kg Cu12=316 kg Cu13=0高壓繞組導(dǎo)線重：Cu1=207+316=523kg高壓繞組電阻損耗（120）:低壓繞組電阻（120） ： ； ; 低壓繞組導(dǎo)線重：Cu2=91+99+132=322kg低壓繞組電阻損耗（120）: 導(dǎo)線總重：523+322=845kg負(fù)載損耗的計算/ H0:窗高 / 低壓額定電流D=245mm / 鐵心直徑B0=D-5=245-5=240mm/ B0:最大片寬; 為省去查表麻煩,近似等; / Sb:銅排截面積;高壓繞組電阻損耗（120）: 低壓繞組電阻損耗（120）: 雜散損耗、引線損耗及附加損耗分別如

16、下：低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比K PsupPercent=0.006×I2=8.66。總負(fù)載損耗。樹脂、玻璃纖維重的計算如果低壓為箔式：纖維重樹脂重空載損耗/P0空載損耗；短路阻抗計算 (箔繞需再×0.95)鐵心溫升的計算有計算可得：鐵心柱中心距=550mm, 低壓繞組的內(nèi)徑=265mm，電抗高度=795mm, 空載損耗=1662W,鐵心窗高=905mm。有查表可得：迭片系數(shù)=0.97，迭片總厚度b=238mm，最大迭片厚度=235mm，最小迭片厚度=60mm，凈橫截面積=436.306。散熱面積的計算 有效散熱系數(shù)為 =2.8總的散熱面積為鐵心的單位熱負(fù)荷為

17、 鐵心溫升為高壓繞組溫升的計算有計算可得高壓繞組內(nèi)徑=415mm,高壓繞組外徑=516mm,高壓繞組軸向長度=775mm，軸向厚度為=15.28mm,=19.06mm,電抗高度=765mm ，高壓繞組的銅損由查表可得撐條根數(shù)=8，凈橫截面積=436.306，氣道寬度為=16mm, 高低壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計算有效散熱系數(shù)總的散熱面積為高壓繞組的單位熱負(fù)荷為高壓繞組溫升K3.3.12底壓繞組溫升的計算有計算可得低壓繞組內(nèi)徑=265mm,低壓繞組外徑=342mm,低壓繞組軸向長度=795mm，軸向厚度為=6.34mm,=7.96mm,，電抗高度=795mm ，低壓繞組的銅損有查表可得撐條根數(shù)=8，凈橫截面積=436.306，氣道寬度為=8mm, =10mm, 高低壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計算有效散熱系數(shù)為總的散熱面積為低壓繞組的單位熱負(fù)荷為低壓繞組溫升K以上為樹脂澆注干式變壓器SCB10-1000/10的具體設(shè)計計算過程。由此過程可得變壓器的性能數(shù)據(jù)為：高壓銅耗：4512W 低壓銅耗：2859W引線、附加損耗：747W 空載損耗：1662W硅鋼片重：1808kg 樹脂重：83kg玻璃纖維重