2022年树脂浇注绝缘干式变压器设计方案的计算 .pdf

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1、1 / 17 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。3.1 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

2、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实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。3.2 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。

3、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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页2 / 17 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)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

4、。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/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/1443.38A 短路阻抗： 6空载损耗： 2200W 负载损耗： 8180W 硅钢片牌号： Q120-30

5、执行标准： GB/T10228，GB6450 3.3.2 铁心计算铁心直径： Pt 为三相变压器每相容量，故Pt=Pn/3=1000/3kVA K为经验系数，取 K=57 根据经验公式： D=K=57=243.5mm 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，计算可得：=471.196cm2。3.3.3 绕组计算错误 !初选磁密：=1.50 T 错误 !初算匝电压 : f=50Hz 铁心净横截面积经查表得出：At=436.306cm2由公式 , 计算可得=14.5435V 错误 !低压匝数：因为低压侧是Y接，故 , 计算可得=15.8

6、83 ，由公式，取整得 W=16 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 17 页4 / 17 错误 !重算匝电压：V 错误 !重算磁密：错误 !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=10000V 高压绕组为调压，共 3 级则=10500V =10000V =9500V 由公式, 计算可得取整： W1=727 W2=693 W3=658 错误 !电流： a、高压侧 D 接，, 计算可得b、低压侧 Y 接= , , 计算可得低压绕组计算：从浇注干式变压器的设计、工艺和生产现

7、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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 17 页5 / 17 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：错误 !-1 初选电流密度：=2.0 A/mm2 错误 !-2 算导线截面积：，根据计算得出的

8、导线截面积，查表找出最接近的导线规格。错误 !-3 选线规： 1.01795802.95 , 导线截面积=802.95 mm2 错误 !-4 重算电流密度：由公式 ：， 计算可得错误 !-5 低压绕组轴向尺寸计算：795 箔式导线高度，即轴向长度，mm +102端绝缘高度 ,mm 815 绕组轴向总高度 ,mm +452 绕组到上下铁轭距离 ,mm 905铁心窗高 ,mm 错误 !-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 41.1 +0.185 1.1 绝缘总厚度

9、,mm 5.842 7.05 1+2% ） 7.9117.91）低压绕组辐向总厚度： 6.31+8+6.31+10+7.91=38.5 mm 低压绕组辐向总厚度 =5 层辐向厚度 +气道 1 厚度+5 层辐向厚度 +气道 2 厚度+6层辐向厚度单位 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 3.00mm,段间距离 20mm, 端间距 20mm, 空气距离 45mm ，气道厚度为16mm

10、 。具体计算如下：错误!-1 初选电流密度：=2.0 A/mm2I=错误!-2 算导线截面积：，错误!-3 选线规： 3.00 6.30 0.16 , 导线截面积=118.35=18.35 mm2错误!-4 重算电流密度：，错误! -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 +每层匝数加上起末头高度,mm 174.42 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 17 页7 / 17 1.02 轴向裕度，单根导线取2% 177.91178）每段长度 取整数）， mm 4总

11、共有 4 段712 +203 3 个段间距772775）轴向长度， mm +452空气距离 ,mm 865 +202端间距 ,mm 905 铁心窗高， mm 错误! -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3.003.00 箔式导线厚度， mm 34总层数9.0012.00 +0.56 21.1 +0.563 1.1 绝缘总厚度,mm 10.232 13.848 1+2% ） 1+2% ） 辐向裕度取2% 10.436614.125 +0.5631.1+3.00+0.56 31.1+3.00 表面绝缘厚度 ,mm 15.2818.97 高压绕组辐向总厚度：

12、 15.28+16+18.97=50.3 mm 3.3.4 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R0=235/2=122.5 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 ：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 17 页8 / 17 1225 铁心外接圆半径R0,mm + 10低压绕组至铁心距C,mm 1325 低压绕组内半径R2,mm + 385低压绕组辐向厚度B2,mm 171 低压绕组外半径R3,mm

13、 + 40 高低压绕组间主绝缘距a12,mm 211-3-0.5 ）207.5 高压绕组内半径R4,mm + 50 0高压绕组辐向尺寸B3,mm 257.5258）高压绕组外半径R5,mm 2 516 高压绕组外径D,mm + 41 相间距离 干变取 40左右） A，mm 557 - 3.002 高压线圈表面绝缘， mm 551550）铁心柱中心距离 为 10 或 5 的倍数） M0，mm 铁心柱中心距离 =高压绕组外径 +相间距离 -2* 高压绕组表面绝缘。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 /2 。=1462mm 取整）=9

14、53mm 取整）3.3.5 参考温度 120）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 Cu11=207 kg Cu12=316kg Cu13=0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页10 / 17 高压绕组导线重：Cu1=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：Cu2=91+99+132=322kg 低压绕组电阻损耗 120）: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

15、 - -第 10 页，共 17 页11 / 17 导线总重：523+322=845kg3.3.6 负载损耗的计算 / H0:窗高 / 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。 / Sb:铜排截面积。高压绕组电阻损耗 120）:低压绕组电阻损耗 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 17 页14 / 17 有效散热系数为=2.8 总的散热面积为铁心的单位热负荷为铁心温升为3.3.11 高压绕组温升的计算有计算可得高压 绕 组 内径=415mm,

16、 高 压 绕 组外 径=516mm, 高压 绕 组 轴向长 度=775mm ，轴向厚度为=15.28mm, =19.06mm,电抗高度=765mm ，高压绕组的铜损由查表可得撑条根数=8，净横截面积=436.306，气道宽度为=16mm, 高低压绕组间的距离 L=40mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 17 页15 / 17 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K 3.3.12 底压绕组温升的计算有计算可得低压 绕 组 内径=265mm, 低 压 绕 组外 径=342mm, 低压

17、绕 组 轴向长 度=795mm ，轴向厚度为=6.34mm, =7.96mm,，电抗高度=795mm ，低压绕组的铜损精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 17 页16 / 17 有查表可得撑 条 根 数=8， 净 横 截 面 积=436.306， 气 道 宽 度 为=8mm, =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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 17 页17 / 17 低压绕组温

18、升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 :70.7K 低压线圈温升： 87.8K 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。该 SCB10-1000/10变压器，铁心采用30Q120型号硅钢片带料卷制而成，高压绕组采用了多根导线并绕的层式结构，低压绕组采用箔式结构，是典型的三相树脂浇注干式变压器，具备了低损耗、低噪声、安全可靠、环保节能等优点，适合于城市中心、居民小区、大型厂矿等负荷中心使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 17 页