-
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。
< br>
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。
<
/p>
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。
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。
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、<
/p>
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、
< br>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。
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。
3.3
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。
3.3.1
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/1443.38A
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
3.3.2
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
4
4
根据经验公式：
D=K
P
?
=57
1000
/
3
=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
。
D
2
S
?
?
4
，
计算可得：
S
=471.196cm
2
。
铁心净横截面积：根据公式
3.3.3
绕组计算
1
初选磁密：
B
=1.50
T
○
2
初算匝电压
< br>: f=50Hz
铁心净横截面积经查表得出：
A
=436.306cm
○
2
t
由公式
e
t
?
4.44
fBA
t
?
BA
t
,
计算可得
e
t
=14.5435V
45
3
低压匝数：因为低压侧是
< br>Y
接，故
U
< br>?
?
○
W
=15.883
，
U
L
3
?
400
3
?
231
V
,
计算可得
由公式
W
?
U
?
231
?
?
15.
883
，取整得
W=16
e
t
14.5434
U
?
231
?
?
14.4375
V
W
16
4
重算匝电压：
e
t
?
○
B
?
○
5
重算磁密：
45
e
t
45
?
14.4375
?
?
1.49
T
A
t
436.306
○
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
U
?
?
U
L
=1000
0V
高压绕组为
U
?
?
0.5%
调压，共
3
级
则
U
?
1
=
U
?
?
?
1
?
5%
?
=10500V
U
?
2
=
U
?
?
U
L
=10000V
U
?
3
=
U
?
?
?
1
?
5%
?
=950
0V
W
i
?
U
?
i
U
10
500
W
1
?
?
1
?
?
72
7.27
e
t
14.4375
e
t
,
计算可得
由公式
W
2
?
U
U
?<
/p>
2
10000
9500
< br>?
?
692.64
W
3
?
?
3
?
?
658.0
e
t
14.4375
e
t<
/p>
14.4375
取整：
W1=727 W2=693
W3=658
I
?
?
○
7
电流：
a
、高压侧
D
接
I
?
1000000
?
57.74
A
10000
3
P
N
< br>3
U
?
，
P
N
?
1
000
kVA
,
U
?
?
U
L
?
10000
V
计算可得
b
、低压侧
Y
接
I
?
=
I
?
I
L
?
P
N
3
U
L
,
P
N
?
1000
kVA
,
U
L
?
400
V
计算可得
1000000
?
1443.38
A
400
3
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<
/p>
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：
○
< br>8
-1
初选电流密度：
?
=2.0 A/mm2
S
?
I
?
1443.38
?
721.69
mm
2
2.0
，
○
8
-2
算
导线截面积：
?
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
：
?
?
I
S
，
计算可得
?
?
I
144
3.38
?
?
1.80
A
/
mm
2
< br>S
802.95
○
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（
?
=(
N
m
-1
）×层绝缘
缘
< br>),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
）
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
< br>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<
/p>
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
< br>度为
16mm
。
具体计算如下：
2
< br>9
-1
初选电流密度：
?
=2.0 A/mm
I=
○
57.74
?
33.3362
A
3
9
-2
算导线截面积：
S
?
< br>○
I
?
?
33.3362
?
16.6681
m
m
2
，
2.0
33.3362
?
1.82
A
/
mm
2
，
18.35
2
9
-3 <
/p>
选线规：
3.00
×
6.30
∥
0.16
,
导线截面积
S
=1
×
18.35=18.35
mm
○
9
-4
重
算电流密度：
?
?
I
< br>S
?
○
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
高压线圈轴向几何长度
=
高压线圈轴向
电气长度
+2
×端绝缘
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;
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%
17
7.91
（
178
）
< br>
——每段长度（取整数），
mm
×
4
——总
共有
4
段
712
+20
×
3 <
/p>
——
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
3.00 3.00
——箔式导线厚度，
mm
×
3
×
4
——总层数
9.00
12.00
+0.56
×
2
×
1.1 +0.56
×
3
×
1.1
—
—绝缘总厚度
（
?
=(
N
m
-1
）
< br>×层绝
缘缘
),mm
10.232 13.848
×（
1+2%
）
×
（
1+2%
）
——辐向裕度取
2%
10.4366
14.125
+0.56
×
3
×
1.1+3.00 +0.56
×
3
×
1.1+3.00
——表面绝缘厚度
,mm
15.28
18.97
高压绕组辐向总厚度：
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
< br>，则铁心外接圆半径
R
0
=23
5/2=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
：
122
．
5
——铁心外接圆半径
R
0
,mm
+ 10
——低压绕组至铁心距
C,mm
132
．
5 <
/p>
——低压绕组内半径
R
2
,mm
+
38
．
5
—
—低压绕组辐向厚度
B
2
,mm
171
——低压绕组外半径
R
3
,mm
+
40
——高低压绕组间主绝缘距
a
12
,mm
（
211-
3-0.5
）
207.5
——高压绕组内半径
R
4
,mm
+ 50
．
0 <
/p>
——高压绕组辐向尺寸
B
3
,mm
257.5
（
25
8
）
——高压绕组外半
径
R
5
,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
- 3.00
×
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
铁心柱中心距离
< br>=
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
（单位
mm
）
绕组平均匝长
l
的计算：
高压绕组
Lm1=
?
?
?
?
高压绕组外
径
?
高压绕组内径
?
< br>/
2
?
0.5
< br>?
?
;
低压绕组
Lm2=
?
?
?
?
低压绕组外径
?
低压绕
组内径
?
/
2
?
0.5
?
?
;
平均匝长
Lm=(Lm1+Lm2)/2;
L
m
1
?
< br>?
[(
R
4
?
R
5
)
?
0.5]
?
?
?
[207.5
?
258
?
0.5]
?
1462.
24
mm
=1462mm
（取整）
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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