3树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算-2019年精选文档

3树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算

本章以树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的设计为例，详细列出了树脂浇注干式变压器的设计计算过程，以及每一步计算所涉及到的公式和原理。该变压器具有以上所述的树脂浇注干变的各项优点，是树脂浇注干变设计的典型实例。

变压器设计计算的任务

变压器设计计算的任务是使产品设计符合国家标准，或者用户在合同中提出的标准和要求。在合同中通常包括以下一些技术规范：

》

a.变压器的型式：相数、绕组数、冷却方式、调压方式、耦合方式。

b.额定容量，各绕组的容量，不同冷却方式下的容量。

c.变压器额定电压、分接范围。

d.额定频率。

e.各绕组的首末端的绝缘水平。

f.变压器的阻抗电压百分值。

g.绕组结线方式及连接组标号。

h.负载损耗、空载损耗、空载电流百分值。

>

i.安装地点海拔高度。

此外，用户可能还有一些特殊参数。

变压器计算的任务，就是根据上述技术规范，按照国家标准，如《电力变压器》、《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》、《高压输变电设备的绝缘配合及高电压试验技术》和其它专业标准，确定变压器电磁负载，几何尺寸、电、热、机械方面的性能数据，以满足使用部门的要求。对方案进行优化计算，在满足性能指标前提下，具有良好的工艺性和先进的经济指标。

变压器设计计算步骤

以下主要针对电力变压器而言，特种变压器的计算基本与之相同，只需考虑特殊要求和自身特点即可。

1)根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及相应

的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路损耗、负载损耗、

空载损耗及空载电流等。

2)确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭

截面。

3)根据硅钢片牌号，初选铁心柱中磁通密度，计算每匝电势。

4)，

5)初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重算铁心柱中的磁通密度及

每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他各分接的匝数。

6)根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、

从绝缘结构。

7)根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组段数、层数、匝数的排列，

计算出段数、层数、总匝数及每层的匝数、每段匝数。

8)计算绕组的轴向高度及辐向尺寸。计算绕组几何高度、电气高度及窗高。

9)计算绝缘半径，确定变压器中心距M0，高、低压绕组平均匝长L。

10)初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值接

近。

11)计算绕组负载损耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型变压器），

检查短路阻抗是否符合标准规定值。

12)计算绕组对油温升，不合格时，可调整导线规格、或调整线段数及每段

匝数的分配，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。

13)-

14)计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或加大

导线截面。

15)计算空载性能及变压器总损耗，计算变压器重量。

树脂浇注干式变压器设计的详细计算

本毕业设计主要任务为设计SCB10-1000/10B 变压器。 技术条件

产品型号：SCB10-1000/10 额定容量：1000kVA 电压比：(10±5%)/

&

频率：50Hz

联结方法：Dyn11

额定电压电流：高压侧 1000V/ 低压侧 400V/ 短路阻抗：6％ 空载损耗：2200W 负载损耗：8180W 硅钢片牌号：Q120-30

执行标准： GB/T10228，GB6450

'

铁心计算

铁心直径：Pt 为三相变压器每相容量，故 P t =P n /3=1000/3kVA K 为经验系数， 取K=57

根据经验公式： D=K 4

P '=5743/1000=

由于铁心直径的位数取0或者是5，所以变压器的铁心直径为：D=245mm 。

铁心净横截面积：根据公式

42

D S π

= ， 计算可得： S =。 绕组计算

○

1初选磁密：B = T

-

○

2初算匝电压: f=50Hz 铁心净横截面积经查表得出：A t

=

由公式 4.4445

t

t t BA e fBA ==

, 计算可得 t e = ○

3低压匝数：因为低压侧是Y 接，

故 231U V Φ==

= , 计算可得 W = ，

由公式231

15.88314.5434

t U W e Φ=

==，取整得W=16 ○4重算匝电压：231

14.437516

t U e W Φ=

==V ○5重算磁密：

454514.4375 1.49436.306t t e B T A ?=

==

○6高压匝数：高压绕组一般均设有分接线匝，这样就应根据各分接的相电压求出各分接匝数 高压侧D 接 故

L

U U Φ==10000V

！

高压绕组为 0.5%

U Φ±调压，共3级

则 1U Φ=() 15%U Φ?+=10500V

2U Φ= L

U U Φ==10000V

3U Φ=() 15%U Φ?-=9500V

由公式

i

i t

U W e Φ=

, 计算可得

1110500

727.2714.4375t U W e Φ=

==

取整：W1=727 W2=693 W3=658

○7电流：a 、高压侧 D 接

I Φ=

1000N P kVA =, 10000L U U V Φ==

计算可得

57.74I A

=

=

！

b 、低压侧 Y 接 ΦI =

L N

L U P I 3=

, 1000N P kVA =, 400L U V

=

计算可得

1443.38I A

=

=

⑧低压绕组计算：

从浇注干式变压器的设计、工艺和生产现状来看，低压绕组一般采用箔式绕组结构。箔式绕组，一层就是一匝，也就是只有一段，每段的长度即为导线宽度795mm 。同时，根据实际需要，我们选低压侧端绝缘为10mm ，空气距离为45mm ，层间绝缘为

表面绝缘.前面已经计算出总匝数为16，我们可以分为三层（5+5+6=16）， 相临两层之间加气道，气道厚度分别为8mm 和10mm 。 具体计算如下：

○8-1初选电流密度：δ= A/mm2

○8-2 算导线截面积：

2

1443.38

721.692.0I S mm δ

=

=

= ，

*

根据计算得出的导线截面积，查表找出最接近的导线规格。 ○8-3选线规：?∥ ,导线截面积 S = mm2

○8-4重算电流密度： 由公式 ：S I =δ ， 计算可得 ○8-5 低压绕组轴向尺寸计算：

795 ——箔式导线高度，即轴向长度，mm +10×2 ——端绝缘高度,mm 815 ——绕组轴向总高度,mm +45×2 ——绕组到上下铁轭距离,mm 905 :

906

——铁心窗高,mm

○8-6 低压绕组辐向尺寸计算：

辐向有16层，被两个气道隔开，分为：5层、5层、6层

——箔式导线厚度，mm × 5 × 6 ——总层数

+×4× +×5× ——绝缘总厚度（δ=(m N -1）×层绝缘 缘),mm

。

×（1+2%） × （1+2%） ——辐向裕度取2%

+ +×2 ——表面绝缘厚度,mm 6..31884 （） 低压绕组辐向总厚度： +8++10+= mm

高压绕组采用分段层式绕组，前面已经计算出高压绕组的匝数为727-693-658，计算时，用最大的匝数727来计算。高压绕组可分为4段，每段182匝，，分7层，每层26匝，中间夹一个气道（3+4+0=7）。另外其余参考数 据如下：表面绝缘,段间距离20mm,端间距20mm,空气距离45mm ，气道厚度为16mm 。

具体计算如下：

{

○

9-1初选电流密度：δ= A/mm 2

33.3362

A =

○

9-2 算导线截面积：233.3362

16.66812.0I

S mm δ

==

= ， ○

9-3 选线规：×∥ ,导线截面积 S =1×= mm 2

○

9-4 重算电流密度：233.3362

1.82/18.35

I S A mm δ=== ，

○

9-5 高压绕组轴向尺寸计算 高压线圈轴向电气长度=带绝缘高压线圈导线宽度×（每层匝数+起末宽度）×轴向裕度×段数+（段数-1）×段间距 单位 mm

高压线圈窗高=高压线圈轴向几何长度+2×空气距离=高压线圈轴向电气长度+2×端绝缘+2×空气距离单位mm;

（

+

——带绝缘导线宽度，mm

×(26+1) ——每层匝数加上起末头高度,mm

×——轴向裕度，单根导线取2%

（178）——每段长度（取整数），mm

× 4 ——总共有4段

；

712

+20×3 ——3个段间距

772（775）——轴向长度，mm

+45×2 ——空气距离,mm

865

+ 20×2 ——端间距,mm

905 ——铁心窗高，mm

○9-6 高压绕组辐向尺寸计算

】

辐向有7层，被一个气道隔开，分为：3层、4层

——箔式导线厚度，mm

× 3 × 4 ——总层数

N-1）×层绝缘缘),mm +×2× +×3×——绝缘总厚度（ =(

m

×（1+2%）×（1+2%）——辐向裕度取2%

；

+×3×+ +×3×+ ——表面绝缘厚度,mm

15.28

高压绕组辐向总厚度： +16+= mm

绕组绝缘半径及平均匝长的计算:

前面已经计算出，铁心直径D =245mm，则铁心外接圆半径R

=235/2= mm

其余相关数据如下：

低压-铁心：10mm 高压-低压：40mm 相间距离：41mm

具体计算如下：

'

,mm

122．5 ——铁心外接圆半径R

+ 10 ——低压绕组至铁心距C,mm

132．5 ——低压绕组内半径R

,mm

2

,mm + 38．5 ——低压绕组辐向厚度B

2

171 ——低压绕组外半径R

,mm

3

+ 40 ——高低压绕组间主绝缘距a

,mm

12（）——高压绕组内半径R

,mm

4

,mm

+ 50．0 ——高压绕组辐向尺寸B

3

&

,mm

（258）——高压绕组外半径R

5

× 2

516 ——高压绕组外径D,mm

+ 41 ——相间距离（干变取40左右）A，mm 557 - ×2 ——高压线圈表面绝缘，mm

551（550） ——铁心柱中心距离（为10或5的倍数）M 0，mm

故：

！

低压线圈内径：265 外径：342

高压线圈内径：415 外径：516 中心距： 550 （单位mm ） 绕组平均匝长l 的计算：

145[()0.5][207.52580.5]1462.24m L R R mm ππ=++=?++==1462mm （取整）

]

223[()0.5][132.51710.5]953.56m L R R mm ππ=++=?++==953mm （取整）

参考温度（120C ）下绕组每相电阻及导线重量的计算 高压绕组电阻（120℃） ： 高压绕组铜导线重：

所以 Cu 11=207 kg Cu 12=316 kg Cu 13=0 高压绕组导线重：

Cu 1=207+316=523kg

高压绕组电阻损耗（120℃）:

！

低压绕组电阻（120℃） ： 低压绕组导线重：

Cu 2=91+99+132=322kg

低压绕组电阻损耗（120℃）: 导线总重： 523+322=845kg 负载损耗的计算

0905H mm

= // H0:窗高

^

2I 1443.38A

= // 低压额定电流

D=245mm // 铁心直径

B0=D-5=245-5=240mm// B0:最大片宽; 为省去查表麻烦,近似等

2Sb=[/1.8+0.5/5+1]=/5+15=805mm ?（1443.38）（802）; // Sb:铜排截面

积;

高压绕组电阻损耗（120℃）: 2

cu1

P =3 1.35(57.744512W ??= 低压绕组电阻损耗（120℃）:

42cu2P =3 4.57101443.382859W

-???=

杂散损耗、引线损耗及附加损耗分别如下：

低压绕组为箔绕，所以连接及附加损耗百分比K PsupPercent=×I2=。

(

总负载损耗Ftotal cu sup 12sup P =P 451228597478188cu cu P P P P W

+=++=++=。

树脂、玻璃纤维重的计算 如果低压为箔式：

纤维重

1FibreWeight=Cu 0.173=5230.173=90kg ??

树脂重1ResinWeight=Cu 0.16=5230.16=83kg

??

空载损耗

()00Pcm1=37.65H S/10000.0=37.6590518.9/10000=39.25Pcm2=47.65M S/10000.0=47.65550802.95/10000=1351;=Pcm1+Pcm2++0.5=39.25+1351+417+0.5=1808kg

????????????铁心重角重0 P ==18080.919=1662W

??铁心重量单位损耗 // P0 空载损耗；

短路阻抗计算

%

铁心温升的计算

.

有计算可得：

铁心柱中心距0M =550mm, 低压绕组的内径2D =265mm ，电抗高度2Le =795mm, 空

载损耗0P =1662W,铁心窗高0H =905mm 。 有查表可得：

迭片系数0k =，迭片总厚度b=238mm ，最大迭片厚度max b =235mm ，最小迭片厚度

min b =60mm ，净横截面积c A =2mm 。

散热面积的计算

有效散热系数为

1.60.25 1.60.2501020.56(2/())0.56(2 5.67/(905795))a a H Le =??+=??+=

总的散热面积为

…

铁心的单位热负荷为 铁心温升为

高压绕组温升的计算

有计算可得

高压绕组内径4D =415mm,高压绕组外径5D =516mm,高压绕组轴向长度

1L =775mm ，轴向厚度为1l =,2l =,电抗高度1Le =765mm ，高压绕组的铜损14512Cu P W =

由查表可得

撑条根数1n =8，净横截面积c A =2mm ，气道宽度为a =16mm, 高低压绕组间的距离L=40mm

散热面积计算

|

有效散热系数 总的散热面积为 高压绕组的单位热负荷为 高压绕组温升

0.80.810.330.33820.3670.7t q =?=?=K

底压绕组温升的计算

有计算可得

低压绕组内径2D =265mm,低压绕组外径3D =342mm,低压绕组轴向长度

2L =795mm ，轴向厚度为12l l ==,3l =,，电抗高度2Le =795mm ，低压绕组的铜损22859Cu P W =

有查表可得

撑条根数2n =8，净横截面积c A =2mm ，气道宽度为1a =8mm, 2a =10mm, 高低压绕组间的距离L=40mm 散热面积计算 有效散热系数为 总的散热面积为

低压绕组的单位热负荷为 低压绕组温升

0.8

0.820.330.331074.887.8t q =?=?=K

以上为树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的具体设计计算过程。由此过程可得变压器的性能数据为：

高压铜耗：4512W 低压铜耗：2859W 引线、附加损耗：747W 空载损耗：1662W 硅钢片重：1808kg 树脂重：83kg 玻璃纤维重：90kg 高压导线重：523kg 低压导线重：322kg 导线总重：845kg 高压线圈温升: 低压线圈温升：

以上数据满足执行标准 GB/T10228，GB6450，同时又考虑的经济性。由此所设计的变压器电气性能好，节省材料，能给企业带来较高的收益，同时还满足用户的要求。