电力变压器学习资料.ppt
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1、电力变压器这时若二次绕组与外电路的负载接通,便会有电流I2流入负载Z,即二次绕组就有电能输出。变压器将一次绕组输入的能量传递到了二次侧供用户使用。2、变压器的变比:(讨论变压器一、二次侧电压的关系)设:一次绕组的匝数为N1,二次绕组的匝数为N2 一次绕组感应电势 E1=4.44fN1m(V)二次绕组感应电势 E2=4.44fN2 m(V)由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小,可忽略由于变压器一、二次侧的漏电抗和电阻都比较小,可忽略不计,故可近似地认为:不计,故可近似地认为:U U1 1E E1 1;U U2 2E E2 2。即变压器一次侧的。即变压器一次侧的端电压有效值近似等于一次侧的感
2、应电势有效值,二次侧端电压有效值近似等于一次侧的感应电势有效值,二次侧端电压有效值近似电压二次侧感应电势的有效值。即公式:端电压有效值近似电压二次侧感应电势的有效值。即公式:3、一,二次电流的关系:由于变压器的内部损耗很小,可以忽略不计,则变压器的输出功率等于输入功率,即从而 上式说明:变压器一、二次电压之比与一、二次绕组的匝数变压器一、二次电压之比与一、二次绕组的匝数成正比成正比;一、二次一、二次电电流之比与一、二次流之比与一、二次绕组绕组的匝数成反比的匝数成反比。即匝数。即匝数多的一侧电压高、电流小;匝数少的一侧电压低、电流大。多的一侧电压高、电流小;匝数少的一侧电压低、电流大。结论:变压
3、器利用电磁感应原理,将一次绕组输入的能量传递到了二次侧,同时改变了电能的参数:对降压变压器而言把高电压变成了低电压,把小电流变成了大电流。而且只要知道其中某一侧的电压或电流,通过变比便可以求出另一侧的电压和电流。二、变压器的结构 电力变压器的基本结构组成:图2-2电力变压器结构图 1.铁芯(!)铁芯结构 铁铁芯芯是是变变压压器器的的磁磁路路部部分分。由由铁铁芯芯柱柱和和铁铁轭轭组组成成。套绕组的部分称铁芯柱,连接铁芯柱的部分叫铁轭,磁通在铁芯中形成闭合回路。大容量变压器为了减低高度、便于运输,常采用三相五柱铁芯结构。这时铁轭截面可以减小,因而铁芯柱高度也可降低。按按铁铁芯芯型型式式,变变压压器
4、器可可分分为为心心式式和和壳壳式式两两种种。心式变压器的绕组包围着铁芯,壳式变压器则是铁芯包围着绕组。由由于于芯芯式式变变压压器器的的结结构构简简单单,绕绕组组的的布布置置和和绝绝缘缘比比较较容容易易,我我国国主主要要采采用用芯芯式式铁铁芯芯,只只有有特特种种变变压压器器才才采采用用壳壳式铁芯。式铁芯。图2-4 内铁式变压器的铁芯和绕组 (a)单相内铁式变压器的铁芯和绕组;(b)三相内铁式变压器的铁芯和绕组 1一铁芯柱;2一铁轭;3一绕组 (2).铁芯材料 由由于于变变压压器器铁铁芯芯内内的的磁磁通通是是交交变变的的,故故会会产产生生磁磁滞滞损损耗耗和和涡涡流流损损耗耗。为了减少这些损耗,变压
5、器铁芯一般用含硅5%厚度为O.35mmO.35mm或或O.3mmO.3mm、0.27mm0.27mm的冷轧硅钢片叠制而成,硅钢片的两面涂有绝缘用的硅钢片漆(0.010.13mm厚)并经过烘烤。2.绕组:绕组是变压器的电路部分绕组是变压器的电路部分。材料:通通常常采采用用绝绝缘缘铜铜线线或或铝铝线线绕绕制制而而成成,匝数多者称为高压绕组,匝数少者称为低压绕组。在高压绕组上有若干分接头供调压使用。在高压绕组上有若干分接头供调压使用。绕组分类:可分为同心式和交叠式两种。可分为同心式和交叠式两种。1.同心式绕组:它是把一次、二次绕组分别绕成直径不同的圆筒形线圈套装在铁芯柱上,高、低压绕组之间用绝缘纸相
6、互隔开。低压绕组靠进铁芯,高压绕组在外层。这样可以降低绕组对地的绝缘水平,节省投资,同时便于从高压绕组引出分接头。2交叠式绕组:它是把一次、二次绕组按一定的交替次序套装在铁芯柱上。这种绕组的高、低压绕组之间间隙较多。3.3.绝缘绝缘 1)绝缘等级 绝缘材料按其耐热程度可分为7个等级,变压器一般采用级绝缘。表3一l 绝缘材料的耐热等级与极限温度 2绝缘结构 变压器的绝缘分为外绝缘和内绝缘两种。外绝缘指的是油箱外部的绝缘;内绝缘指的是油箱内部的绝缘,主要是绕组绝缘和内部引线的绝缘以及分接开关的绝缘等,主要材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。4.分接开关分接开关作用:调整电压分类:无励磁调压
7、分接开关和有载调压分接开关原原理理:高高压压绕绕组组有有若若干干分分接接头头,低低压压绕绕组组为为固固定定匝匝数数,改改变变高高压压绕组的匝数,从而改变低压绕组的输出电压。绕组的匝数,从而改变低压绕组的输出电压。分接头在高压绕组的原因:原原因因一一是是高高压压绕绕组组匝匝数数多多、电电压压高高、电电流流小小,使使分分接接开开关关的的引引线线和和开开关关的的载载流流部部分分截截面面小小,有有利利于于分分接接开开关关的的接接触触和和调调整整分分接接开开关关时时减减小小电电弧弧;原原因因二二是是高高压压绕绕组组布布置在外层,便于引出接线。置在外层,便于引出接线。无励磁调压分接开关:什么叫无励磁调压?
8、10kV的配电变压器只有一对5%的分接头,共3个抽头,表示为UN5%;容量在8000kVA及以上,相电流在800A及以下,电压35kV及以上高压绕组有两对2.5分接头,共5个抽头,表示为UN22.55%和22.5的意义有载调压开关:是从变压器绕组(高压绕组)中引出若干分接头,通过有载分接开关,在保证不切断负载电流的情况下,由一个分接头“切换”到另一分接头,以变换绕组的有效匝数。图3-28单电阻、单臂、有载调压电路示意图 (a)切换前;(b)Kl接到“1”上;(c)K2离开“2”;(d)切换后 5.油箱油箱是变压器的承载部件,也是变压器的外壳,里面装满了变压器油,绕组和铁芯也放置在里面。油浸式电
9、力变压器油箱按容量分为:吊器身式和吊箱壳式吊器身式:吊器身式:6300KVA6300KVA及以下变压器及以下变压器吊箱壳式(钟罩式):吊箱壳式(钟罩式):8000KVA8000KVA及以上变压器及以上变压器 6.冷却装置小容量:油浸自冷式,容量较小无散热管,仅靠油箱散热。容量稍大,加装散热片或散热管。大容量:为了提高冷却效果,加装冷却风扇,称风冷。50000KVA以上:强迫油循环水冷或风冷7储油柜(又称油枕)v储油柜位于变压器油箱上方,通过气体继电器与油箱相通,作用:v1、储油和补油的作用:使变压器的油箱总是装满油。v2、减小空气与绝缘油的接触面积,从而减缓绝缘油被氧化和吸湿的速度。v 8.防
10、爆管 防爆管安装在变压器油箱顶盖上,是一个钢质园管,出口处有玻璃防爆膜密封,作为油箱内部发生故障而产生过高压力时的一种释放保护,所以又称为安全气道。9.吸湿器吸湿器里面装满了吸湿剂硅胶(氯化钙或氯化钴)v变色硅胶受潮后由蓝色变为粉红色吸湿器的作用:1、使进入变压器储油柜上部空间的、使进入变压器储油柜上部空间的空气被吸湿,过滤掉工业粉尘和其它杂质。空气被吸湿,过滤掉工业粉尘和其它杂质。v 2、呼吸作用、呼吸作用v 10.高、低压绝缘套管 变压器的套管是将变压器绕组的高、低压引线引到油箱外部的绝缘装置。作用:作用:1 1、引线对地、引线对地(油箱油箱)的绝缘。的绝缘。2 2、固定和支持引线。、固定
11、和支持引线。套管结构:带电部分和绝缘部分带电部分:导电杆、导电管、电缆或铜排绝缘部分:外绝缘(瓷管)和内绝缘(变压器油)11.气体继电器v安装地点:储油柜与箱盖的联管上v作用:变压器内部故障的主保护(匝间短路、绕组与外壳击穿、相间短路、油面下降等)v轻瓦斯作用于信号v重瓦斯作用于跳闸 三、变压器型号及技术参数 1型号 变压器的型号分两部分,前部分由汉语拼音字母组成,代表变压器的类别、结构特征和用途,后一部分由数字组成,表示产品的容量(kVA)和高压绕组电压(kV)等级。相数表示:D-单相;S-三相。冷却方式表示:J-油浸自冷;F-油浸风冷;FP-强迫油循环风冷;SP-强迫油循环水冷。电压级数表
12、示:S-三级电压;无S表示两级电压。其他:0-全绝缘;L-铝线圈或防雷;0-自耦;Z-有载调压配电变压器的型号意义/防护代号U1NSN 设计序号调压方式:Z(有载调压)导线材料:L(铝绕组)绕组数:S(三绕组)循环方式(自然循环不标,P表示强迫循环)冷却方式F(风冷)G(干式空气自冷)(干式浇注绝缘);(油浸风冷),油浸自冷不标相数:D(单相)S(三相)绕组耦合方式(一般不标,O表自耦)例:S11-160/10SFL1-10000/110;SFPS-63000/220 2相数 电力变压器分单相和三相两种,220kV及以下电压等级的电力变压器都是三相变压器。3、额定频率:变压器的额定频率是指所设
13、计的运行频率,我国规定为50Hz(常称“工频”)。4额定容量(SN)(补充单相和三相电路,和星形电路特点)额定容量是制造厂所规定的在额定工作状态(即在额定电压、额定频率、额定使用条件下的工作状态)下变压器输出的视在功率,以kVA表示。三相变压变压器的器的额额定容量等于三相定容量等于三相额额定容量定容量之和之和。即 SN3PNPN 对于单相变压器 SNPNPN变压器的额定容量与绕组容量的关系:双绕组变压器:变压变压器的器的额额定容量等于定容量等于绕组绕组的的额额定容量定容量三绕组变压器:变压变压器的器的额额定容量等于最大的定容量等于最大的绕组额绕组额定容定容。一般有100/100/100;100
14、/50/100;100/100/50三种当变压器容量因冷却方式而变更时,则额定容量是指它的最大容量.5 5额定电压额定电压(U(UN N)变压器各侧的额定电压不同,但它们必须与线路的额定电压相配合。我国规定交流、高压的额定电压有:(补充功能、组合、配合等)3、6、10、20、35、110、220、500、750、1000它们都是线电压它们都是线电压 变压器一次绕组的额定电压U1N是指接到变压器一次绕组端点的额定电压值;等于与变压器一次绕组相连元件的额定电压。即升压变压器的U1N等于发电机的额定电压;降压变压器的U1N等于线路的额定电压。变压器二次绕组的额定电压变压器二次绕组的额定电压U U2N
15、2N是指当一次绕组施加的电压为额是指当一次绕组施加的电压为额定值、分接开关放在额定分接头位置上,变压器空载时,二次绕组的开路定值、分接开关放在额定分接头位置上,变压器空载时,二次绕组的开路电压电压(单位为单位为V V或或kV)kV)。由于变压器二次绕组均位于线路的始端,考虑到线路输送功率将产生电压损耗,为了使线路末端的电压不至太低,要求始端电压应高于线路的额定电压。规定:小变压器比线路的额定电压高规定:小变压器比线路的额定电压高大变压器比线路的额定电压高大变压器比线路的额定电压高如10/0.4、20/0.4、35/11、35/10.5、110/38.5/11、220/121/11 220/12
16、1/10.5 表3-4电力变压器标准调压范围和方式 6 6额定电流额定电流(I(I1N1N、I I2N2N)变压器一、二次绕组的额定电流是指在额定电压和额定环境变压器一、二次绕组的额定电流是指在额定电压和额定环境温度下使变压器各载流部分不超温的一、二次绕组长期允许通温度下使变压器各载流部分不超温的一、二次绕组长期允许通过的最大工作电流过的最大工作电流,对三相变压器指线电流,单位以A表示。其值可通过额定容量和额定电压求出:单相变压器三相变压器:7绕组连接组标号(组别)变压器的三相绕组可以连接成星形()或三角形()。星形连接:线电流相电流 线电压=相电压三角形连接:线电流 相电流 线电压=相电压例
17、:Y11;11 8 8空载电流空载电流(I(I0 0)空载运行:变压器一次侧施加(额定频率的)额定电压,二次绕组开路时的运行状态。空空载载电电流流:空空载载运运行行时时一一次次绕绕组组中中通通过过的的电电流流。它主要用于产生磁通,以形成平衡外施电压的反电动势,因此空载电流的主要作用是励磁。空载电流的主要作用是励磁。励磁涌流:当当变变压压器器空空载载合合闸闸时时,由由于于铁铁芯芯饱饱和和而而产产生生的的数数值值很很大大的的励励磁磁电流。电流。空载损耗P。:变压器空载时的有功功率损耗,它主要是铁芯中的磁滞和涡流损耗。9 9阻抗电压和短路损耗阻抗电压和短路损耗 阻抗电压:也称短路电压(u Z),指二
18、次侧短接,一次侧加电压,使其一次侧电流到达额定值时的一次电压叫阻抗电压。它表示变压器通过额定电流时在变压器自身阻抗上所产生的电压损耗,一般用百分值表示,称阻抗电压百分数或短路电压百分数。表达式为 短路损耗:也称负载损耗(P)定义:变压器二次侧短接、一次绕组通过额定电流时变压器由电源所吸取的(亦即消耗的)有功功率(单位为W或kW)。他是变压器流过额定电流时在一、二次绕组电阻上产生的有功功率损耗。10调压范围调整设备:分接开关。分为无励磁调压和有载调压两类调整设备:分接开关。分为无励磁调压和有载调压两类调压方式:无励磁调压和有载调压调压方式:无励磁调压和有载调压调压原理:改变高压绕组的匝数,从而改
19、变变压器的变比,从而改变二次绕组的输出电压。11电压调整率是衡量供电电压质量定义:在给定功率因数下,变压器二次的空载电压与负载时电压之差对额定电压的百分数。即或式中:冷却方式 表示绕组及箱壳内外的冷却介质和循环方式,即变压器的冷却方式是由冷却介质种类及其循环方式来标志。12、效率:变变压压器器输输出出的的有有功功功功率率与与输输入入的的有有功功功功率率之之比比的的百百分分数数。小小型型变变压压器器一一般般为为以以上上,大大型型变变压压器器一一般般在在以以上上。用用式式子子表表示示为为 13温升和冷却方式 变压器的温升:对空气冷却变压器指变压器测量部位的温度与冷却空气对空气冷却变压器指变压器测量
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