02ch02變壓器的類型和基本結(jié)構(gòu)

1、第二章變壓器的類型和基本結(jié)構(gòu)第一節(jié) 變壓器的用途和分類第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)第三節(jié) 變壓器的額定值1.變壓器的用途 變壓器是一種靜止的電能變換裝置，它利用電磁感應(yīng)作用，把一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的同頻率的交流電能。變壓器只能對交流電的電壓、電流進(jìn)行變換，而不能改變交流電的頻率。第一節(jié) 變壓器的用途和分類變壓器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)中，變壓器是重要的電器設(shè)備。電能傳輸過程： 發(fā)電機(jī)發(fā)出電壓升壓變壓器升壓輸電線路輸送用電端降壓變壓器降壓。高壓輸電的目的：減小線路損耗，電壓降落，節(jié)省線路用銅量。 變壓器除應(yīng)用于電力系統(tǒng)外，還可用于其它各種場合。如用于整流設(shè)備、電爐、高壓試驗(yàn)裝置、煤礦

2、井下、交通運(yùn)輸?shù)鹊奶胤N變壓器，用于交流電能測量的各種儀用互感器，實(shí)驗(yàn)室中使用的調(diào)壓器，還有用于各種電子儀器和控制裝置的控制變壓器等。 變壓器其它用途變壓器的主要類型電力變壓器（升壓、降壓、配電）特種變壓器（電爐、整流）儀用互感器（電壓、電流互感器、脈沖變壓器，阻抗匹配變壓器）實(shí)驗(yàn)用變壓器（高壓、調(diào)壓） 也可按線圈數(shù)目、鐵心結(jié)構(gòu)、相數(shù)或變壓器冷卻方式劃分。按用途變壓器的分類按繞組數(shù)目分：單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和殼式變壓器。按調(diào)壓方式分：無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。 按冷卻介質(zhì)和冷

3、卻方式分：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器 。變壓器的分類鐵芯(Core)帶絕緣的繞組(Windings)變壓器油油箱及附件變壓器主要部件是繞組和鐵心(器身)。繞組是變壓器的電路，鐵心是變壓器的磁路，二者構(gòu)成變壓器的核心即電磁感應(yīng)基本部分。除了電磁部分，還有油箱/冷卻裝置/絕緣套管/調(diào)壓和保護(hù)裝置等部件。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)圖2-1 油侵變壓器結(jié)構(gòu)圖1-訊號(hào)式溫度計(jì) 2-吸濕器 3-儲(chǔ)油柜 4-油表 5-安全氣道 6-氣體繼電器 7-高壓套管 8-低壓套管 9-分接開關(guān) 10-油箱 11-鐵心 12-線圈及絕緣 13-放油閥門1100kV變壓器 330kV變壓器 200kV變壓器 1

4、.鐵心 變壓器中導(dǎo)磁的主磁路套裝繞組的機(jī)械骨架采用磁導(dǎo)率高，磁滯和渦流損耗小的軟磁材料制成。大都由厚度為 0.23mm0.35mm 的冷軋硅鋼片疊壓而成，以減小損耗。 鐵心由鐵心柱和鐵軛兩部分組成。其中，套裝繞組的部分稱為鐵心柱，連接鐵心柱，以構(gòu)成閉合磁路的部分為磁軛或鐵軛。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu) 按照鐵心結(jié)構(gòu)，變壓器有 心式 和 殼式 之分。 心式變壓器心柱被繞組所包圍，結(jié)構(gòu)簡單，繞組布置和絕緣較容易，因此電力變壓器大多采用心式結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)（a）單相心式變壓器 （b）三相心式變壓器 圖2-3 單相和三相心式變壓器（a）外形圖 （b）單相殼式變壓器

5、（c）三相殼式變壓器 圖2-4 單相和三相殼式變壓器殼式變壓器鐵心包圍著繞組的頂面、底面和側(cè)面，結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度好，一般用于特種變壓器和小容量單相變壓器。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)2.繞組變壓器的電路部分，常用包有絕緣材料的銅或鋁導(dǎo)線繞制而成。為了便于制造且具有良好的機(jī)械性能，一般做成圓筒形。高壓繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)；低壓繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線粗。 第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)兩個(gè)繞組中，電壓較高的稱為高壓繞組；相應(yīng)電壓較低的稱為低壓繞組。高壓繞組在低壓繞組外面。從高、低壓繞組的相對位置來看，變壓器的繞組又可分為同心式、交迭式。同心式繞組結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，心式變壓器均采用這種結(jié)構(gòu)，交迭式主要用于特種變壓器中。

6、第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.變壓器油及油箱器身放在裝有變壓器油的油箱里變壓器油既是絕緣介質(zhì)也是冷卻介質(zhì)。變壓器油為礦物油， 由石油分餾得到。由于油的絕緣性能比空氣好，可以提高繞組的絕緣強(qiáng)度；同時(shí)，通過油箱中油的對流作用或強(qiáng)迫油循環(huán)流動(dòng)，使繞組及鐵心中因功率損耗而產(chǎn)生的熱量得到散逸，起到冷卻作用。 第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.變壓器油及油箱 油箱的結(jié)構(gòu)與變壓器容量及發(fā)熱情況有關(guān)。 小容量變壓器采用平板式油箱，容量稍大時(shí)，需要增加散熱面積而在油箱壁上焊散熱器油管，稱為管式油箱。容量很大時(shí)，為提高冷卻效果，可采用散熱器式油箱，甚至采用強(qiáng)迫油循環(huán)的冷卻方式。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)1油箱/2儲(chǔ)油柜/3

7、氣體繼電器/4為安全氣道變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量， 使變壓器油膨脹，并流進(jìn) 儲(chǔ)油柜中。 儲(chǔ)油柜使變壓器油與空氣 接觸面變小,減緩了變壓器油 的氧化和吸收空氣水分的速 度。從而減緩了油的變質(zhì)。 4.其它附件第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)故障時(shí),熱量會(huì)使變壓器油汽化,觸動(dòng)氣體繼電器發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源。 如果是嚴(yán)重事故，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。 油箱蓋上面還裝有分接頭開關(guān)，用它來調(diào)節(jié)繞組的分接頭，以改變高壓繞組的匝數(shù)（即改變變壓器變比），從而在小范圍調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓。第二節(jié) 變壓器的基本結(jié)構(gòu)1、變壓器的發(fā)熱與傳熱 變壓器運(yùn)

8、行時(shí)有鐵耗、銅耗和附加損耗等，這些損耗一方面影響變壓器效率，另一方面轉(zhuǎn)化為熱量使變壓器溫度升高。由于變壓器各部分與周圍介質(zhì)存在溫度差，熱量向周圍介質(zhì)散發(fā)，溫差越大，散熱越快。當(dāng)發(fā)熱量與散熱量相等時(shí)，變壓器各部分溫度達(dá)到穩(wěn)定值。這時(shí)變壓器中某部分的溫度與周圍冷卻介質(zhì)的溫度之差稱為該部分的溫升。第三節(jié) 變壓器的發(fā)熱與冷卻 變壓器的油箱和油管表面主要依靠輻射和對流方式散熱。但熱量從繞組或鐵心內(nèi)部傳到表面則是依靠傳導(dǎo)方式。通常油浸式變壓器的散熱過程為：首先依靠傳導(dǎo)作用將線圈和鐵心內(nèi)部的熱量傳到表面，然后通過變壓器油的自然對流將熱量帶到油箱壁和油管壁，再通過油箱壁和油管壁的傳導(dǎo)作用把熱量從它們的內(nèi)表面?zhèn)?/p>

9、到外表面，之后通過輻射和對流將熱量散發(fā)到周圍空氣中。第三節(jié) 變壓器的發(fā)熱與冷卻2、變壓器各部分的溫升限度 溫升對變壓器設(shè)計(jì)和運(yùn)行極為重要，在電、磁負(fù)荷一定時(shí)，溫升過高會(huì)影響變壓器的壽命和安全運(yùn)行。根據(jù)所謂絕緣老化的 6 規(guī)則，繞組溫度每升高 6，使用年限將縮短一半。變壓器運(yùn)行時(shí)溫升過低又未充分利用材料，很不經(jīng)濟(jì)。所以，變壓器運(yùn)行時(shí)，需確定一合理的溫升，以保證在其壽命期內(nèi)能充分利用材料，降低成本。變壓器達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間與其容量大小和冷卻方式有關(guān)，小容量油浸式變壓器和干式變壓器，通常運(yùn)行十小時(shí)就可達(dá)到穩(wěn)定溫升。而大型變壓器一般需要經(jīng)過一整天左右才能達(dá)到穩(wěn)定溫升。第三節(jié) 變壓器的發(fā)熱與冷卻 變壓器

10、各部分的允許溫升取決于絕緣材料、使用情況和自然環(huán)境。我國油浸式電力變壓器繞組一般采用A級絕緣，最高允許溫度為105，高于此溫度時(shí)，絕緣將迅速老化變脆，機(jī)械強(qiáng)度減弱。 第三節(jié) 變壓器的發(fā)熱與冷卻 常用的冷卻介質(zhì)是變壓器油和空氣，前者稱為油浸式變壓器，后者稱為干式變壓器。 油浸式變壓器又分為油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式及強(qiáng)迫油循環(huán)等三種。油浸自冷式變壓器依靠油的自然對流帶走熱量，沒有其它冷卻設(shè)備。油浸風(fēng)冷式變壓器是在油浸自冷式的基礎(chǔ)上，增加風(fēng)扇給油箱壁和油管吹風(fēng)，以加強(qiáng)散熱作用。強(qiáng)迫油循環(huán)式變壓器是用油泵將變壓器中的熱油抽到變壓器外的冷卻器中冷卻后再送入變壓器。冷卻器可采用循環(huán)水冷或強(qiáng)迫風(fēng)冷。3、變壓器

11、的冷卻方式第三節(jié) 變壓器的發(fā)熱與冷卻第三節(jié) 變壓器的型號(hào)及額定值 1、變壓器型號(hào) 由字母和數(shù)字組成，字母表示變壓器基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括相數(shù)、冷卻方式、調(diào)壓方式、繞組線芯材料等，數(shù)字表示額定容量（kVA）和高壓側(cè)的額定電壓（kV）。例如：其它可能出現(xiàn)的字母符號(hào)含義分別有：D單相，S三相，F(xiàn)非自耦，W無勵(lì)磁調(diào)壓等。2、變壓器額定值 額定值是制造廠家指定的，用來表示在規(guī)定工作條件下運(yùn)行的一些重要數(shù)據(jù)，它是制造廠設(shè)計(jì)和試驗(yàn)變壓器的依據(jù)，通常標(biāo)注在銘牌上，也叫銘牌值。在額定條件下運(yùn)行時(shí)，可以保證變壓器長期可靠工作。第三節(jié) 變壓器的型號(hào)及額定值 變壓器在額定運(yùn)行條件下輸出的額定視在功率，單位為伏安（VA）或

12、千伏安（kVA）或兆伏安（MVA）。 由于變壓器的效率很高，因此設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定雙繞組變壓器的一、二次繞組額定容量相等。 對于三相變壓器，其額定容量為三相總?cè)萘俊?1) 額定容量第三節(jié) 變壓器的型號(hào)及額定值 一次額定電壓 U1N 是變壓器正常運(yùn)行時(shí)一次繞組線路端子間外施電壓的有效值。 二次額定電壓 U2N 是當(dāng)一次繞組外施額定電壓而二次側(cè)空載（開路）是的電壓。額定電壓的單位為伏（V）或千伏（kV）。對三相變壓器，額定電壓指的是線電壓。(2) 額定電壓 U1N 和 U2N第三節(jié) 變壓器的型號(hào)及額定值 I1N 和 I2N 是指變壓器在額定運(yùn)行條件下一次、二次能夠承擔(dān)的電流，即根據(jù)額定容量和額定電壓計(jì)算出來的