电力：树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算--设计篇

1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。

1.1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。

1.2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、短路阻抗、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)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。

5)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。

6)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。

7)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。

8)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。

9)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。

10)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。

11) 计算绕组温升，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。

12) 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。

13) 计算空载性能及变压器总损耗，计算变压器重量。

1.3树脂浇注干式变压器设计的详细计算

1.3.1技术条件

产品型号：SCB10-1000/10

额定容量：1000kVA

电压比：(10±5%)/0.4kV

频率：50Hz

联结方法：Dyn11

额定电压电流：高压侧 1000V/57.74A 低压侧 400V/1441.38A

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

1.3.2 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 4P '=5743/1000=241.5mm

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

D S π= ，计算可得： S =471.196cm 2。 1.3.3绕组计算

○

1初选磁密：B =1.50 T ○2初算匝电压: f=50Hz 铁心净横截面积经查表得出：A t

=436.306cm 2

由公式 4.4445

t t t BA e fBA == , 计算可得 t e =14.5435V ○3低压匝数：因为低压侧是Y 接，故

231U V Φ=== , 计算可得 W =15.883 ，

由公式23115.88314.5434

t U W e Φ===，取整得W=16 ○4重算匝电压：23114.437516

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1110500727.2714.4375t U W e Φ=== 2210000692.6414.4375t U W e Φ=== 339500658.014.4375t U W e Φ===

取整：W1=727 W2=693 W3=658

○7电流：a 、高压侧 D 接

P 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0.18mm

表面绝缘0.36mm.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=2.0 A/mm2

○8-2 算导线截面积：2

1443.38721.692.0I

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：1.01?795∥802.95 ,导线截面积 S =802.95 mm2

○8-4重算电流密度：由公式：S I =δ ，计算可得

1443.38 1.80/802.95I A mm S δ=

○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 ——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

1.01 1.01 ——箔式导线厚度，mm

× 5 × 6 ——总层数

5.05

6.06 +0.18×4×1.1 +0.18×5×1.1 ——绝缘总厚度（δ=(m N -1）×层绝缘缘),mm

5.842 7.05

×（1+2%） × （1+2%） ——辐向裕度取2%

5.95884 7.191

+0.36 +0.36×2 ——表面绝缘厚度,mm

6..31884(6.31)

7.911（7.91）

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1.00mm,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=2.0 A/mm 233.3362

A = ○9-2 算导线截面积：233.336216.66812.0

I S mm δ==

= ， ○

9-3 选线规：1.00×6.30∥0.16 ,导线截面积 S =1×18.35=18.35 mm 2 ○9-4 重算电流密度：233.3362 1.82/18.35I 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

度+2×端绝缘+2×空气距离单位mm;

6.30

+ 0.16

6.46 ——带绝缘导线宽度，mm

×(26+1) ——每层匝数加上起末头高度,mm

174.42

× 1.02 ——轴向裕度，单根导线取2%

177.91（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

1.00 1.00 ——箔式导线厚度，mm

× 3 × 4 ——总层数

9.00 12.00

N-1）×层绝缘缘),mm +0.56×2×1.1 +0.56×3×1.1 ——绝缘总厚度（ =(

10.232 11.848

×（1+2%）×（1+2%）——辐向裕度取2%

10.4366 14.125

+0.56×3×1.1+1.00 +0.56×3×1.1+1.00 ——表面绝缘厚度,mm

15.2818.97

高压绕组辐向总厚度： 15.28+16+18.97=50.3 mm

1.3.4绕组绝缘半径及平均匝长的计算:

=245/2=122.5 mm

前面已经计算出，铁心直径D =245mm，则铁心外接圆半径R

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