1、3 樹脂澆注絕緣干式變壓器設計的計算本章以樹脂澆注干式變壓器 SCB10-1000/10 的設計為例，詳細列出了樹脂澆 注干式變壓器的設計計算過程， 以及每一步計算所涉及到的公式和原理。 該變壓 器具有以上所述的樹脂澆注干變的各項優點，是樹脂澆注干變設計的典型實例。3.1 變壓器設計計算的任務變壓器設計計算的任務是使產品設計符合國家標準， 或者用戶在合同中提出 的標準和要求。在合同中通常包括以下一些技術標準：a. 變壓器的型式： 相數、繞組數、冷卻方式、調壓方式、耦合方式。b. 額定容量，各繞組的容量，不同冷卻方式下的容量。c. 變壓器額定電壓、分接范圍。d. 額定頻率。e. 各繞組的首末端的

2、絕緣水平。f. 變壓器的阻抗電壓百分值。g. 繞組結線方式及連接組標號。h. 負載損耗、空載損耗、空載電流百分值。i. 安裝地點海拔高度。此外，用戶可能還有一些特殊參數。 變壓器計算的任務，就是根據上述技術標準，按照國家標準，如?電力變壓 器?、?三相油浸式電力變壓器技術參數和要求?、 ?高壓輸變電設備的絕緣配 合及高電壓試驗技術?和其它專業標準，確定變壓器電磁負載，幾何尺寸、電、 熱、機械方面的性能數據，以滿足使用部門的要求。對方案進行優化計算，在滿 足性能指標前提下，具有良好的工藝性和先進的經濟指標。3.2 變壓器設計計算步驟以下主要針對電力變壓器而言， 特種變壓器的計算根本與之相同， 只

3、需考慮 特殊要求和自身特點即可。1) 根據技術合同，結合國家標準及有關技術標準，決定變壓器規格及相應的性能參數， 如額定容量、 額定電壓、聯結組別、短路損耗、負載損耗、 空載損耗及空載電流等。2) 確定硅鋼片牌號及鐵心結構形式，計算鐵心柱直徑，計算心柱和鐵軛截 面。3) 根據硅鋼片牌號，初選鐵心柱中磁通密度，計算每匝電勢。4) 初選低壓匝數，湊成整匝數，根據此匝數再重算鐵心柱中的磁通密度及 每匝電勢、再算出高壓繞組額定分接及其他各分接的匝數。5) 根據變壓器額定容量及電壓等級，計算或從設計手冊中選定變壓器主、 從絕緣結構。6) 根據繞組結構形式， 確定導線規格， 進行繞組段數、 層數、匝數的排

4、列， 計算出段數、層數、總匝數及每層的匝數、每段匝數。7) 計算繞組的軸向高度及輻向尺寸。 計算繞組幾何高度、 電氣高度及窗高。8) 計算絕緣半徑，確定變壓器中心距 MQ高、低壓繞組平均匝長L。9) 初算短路阻抗無功分量， 大型變壓器無功分量值應與短路阻抗標準值接 近。10) 計算繞組負載損耗，算出短路阻抗有功分量(主要指中小型變壓器) ， 檢查短路阻抗是否符合標準規定值。11) 計算繞組對油溫升，不合格時，可調整導線規格、或調整線段數及每段 匝數的分配，當超過規定值過大時，那么需要調整變更鐵心柱直徑。12) 計算短路機械力及導線應力，當超過規定值時，應調整安匝分布或加大 導線截面。13) 計

5、算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。3.3 樹脂澆注干式變壓器設計的詳細計算本畢業設計主要任務為設計 SCB10-1000/10B 變壓器。3.3.1 技術條件產品型號： SCB10-1000/10額定容量： 1000kVA電壓比： (105%)/0.4kV頻率： 50Hz聯結方法：Dyn11額定電壓電流：高壓側 1000V/57.74A 低壓側400V/1443.38A短路阻抗：6%空載損耗：2200W負載損耗：8180W硅鋼片牌號：Q120-30執行標準：GB/T10228, GB6450鐵心計算鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故 Pt=P/3=1000/3kVAK 為經驗系數，

6、取K=57根據經驗公式：D=KP =57物000/ 3 =243.5mm由于鐵心直徑的位數取0或者是5,所以變壓器的鐵心直徑為：D=245mmD2S =兀鐵心凈橫截面積：根據公式4 ， 計算可得：S=471.196cm2。繞組計算 初選磁密：B=1.50 T 初算匝電壓：f=50Hz鐵心凈橫截面積經查表得出：A=436.306cm由公式 q =4.44fBA二型，計算可得 q=14.5435V45低壓匝數：因為低壓側是丫接，故UUL 400= 231V ,計算可得W =15.883，由公式W=U 空 15.883,取整得 W=16 14.5434重算匝電壓：et =U 231 = 14.437

7、5 VW 1645et 45 14.4375Bt1.49T重算磁密：A436.3O6高壓匝數：咼壓繞組一般均設有分接線匝，這樣就應根據各分接的相電壓求出各分接匝數高壓側D接 故U ：嚴Ul=ioooov高壓繞組為Ug 0.5%調壓，共3級那么 U :.：1二 u 門 15% =1O5OOVU ：2=U ：嚴 Ul=ioooovU ：.：3=u ：1 一5% =95OOVwu 10500 = 727.27由公式et ,計算可得e14.4375U 10000= 692.64W3仝9500658.Oe14.4375et14.4375取整：W仁727W2=693W3=658D接Pn電流：a高壓側一辿，

8、PN =1OOOkVAUUL =1OOOOVJ計算可得I =1OOOOOO= 57.74 a1OOOO、3Pnb、低壓側 丫接 Nf=%3ul ,Pn OOOkVA,Ul =40VI JOOOOOOW43.38A計算可得4OO.3低壓繞組計算：從澆注干式變壓器的設計、工藝和生產現狀來看，低壓繞組一般采用箔式繞 組結構。箔式繞組，一層就是一匝，也就是只有一段，每段的長度即為導線寬度 795mm同時，根據實際需要，我們選低壓側端絕緣為1Omm空氣距離為45mm層間絕緣為O.18mm外表絕緣0.36mm前面已經計算出總匝數為16,我們可以分為三層5+5+6=16 , 相臨兩層之間加氣道，氣道厚度分別

9、為 8mm和10mm具體計算如下：、=2.0 A/mm2S=141138 =721.69mm2 d 2.0-1初選電流密度：-2算導線截面積：根據計算得出的導線截面積，查表找出最接近的導線規格。導線截面積 S =802.95 mm28-4重算電流密度：由公式:、=LS ，計算可得-3 選線規：1.01795/ 802.95 ,2I 1443.38S 一 802.95= 1.80A/mm-5低壓繞組軸向尺寸計算:795箔式導線高度，即軸向長度，mm+10 X 2端絕緣高度,mm815繞組軸向總高度,mm+45X 2繞組到上下鐵軛距離，mm905鐵心窗高,mm-6低壓繞組輻向尺寸計算： 輻向有16

10、層，被兩個氣道隔開，分為：5層、5層、6層1.011.01箔式導線厚度，mmX 5X 6總層數5.056.06+0.18 X4X 1.1+0.18 X 5X 1.1絕緣總厚度(:=(Nm-1 )X層絕緣緣),mm5.8427.05X( 1+2%X (1+2%輻向裕度取 2%5.958847.191+0.36+0.36X 2外表絕緣厚度，mm6.31884(6.31)7.911(7.91 )低壓繞組輻向總厚度=5層輻向厚度+氣道1厚度+5層輻向厚度+氣道2厚度+6層輻向厚度單位mm高壓繞組采用分段層式繞組，前面已經計算出高壓繞組的匝數為 727-693-658，計算時，用最大的匝數727來計算。

11、高壓繞組可分為4段，每段 182匝，分7層，每層26匝，中間夾一個氣道3+4+0=7。另外其余參考數 據如下：外表絕緣3.00mm,段間距離20mm端間距20mm空氣距離45mm氣道厚 度為16mm具體計算如下：-1 初選電流密度：、=2.0 A/mm2 I= 57.74 =33.3362 A -2 算導線截面積：s 二丄二 33.3362 = 16.6681mm2 ，d 2.0-3 選線規：3.00 X 6.30 / 0.16 ,導線截面積 S=1X 18.35=18.35 mm2-4 重算電流密度：=|,s = 33.3362 =1.82A/mm2，18.35-5高壓繞組軸向尺寸計算高壓線

12、圈軸向電氣長度=帶絕緣高壓線圈導線寬度X每層匝數+起末寬度X軸向裕度X段數+ 段數-1 X段間距單位mm高壓線圈軸向幾何長度=高壓線圈軸向電氣長度+2X端絕緣咼壓線圈窗咼=咼壓線圈軸向幾何長度+2X空氣距離=咼壓線圈軸向電氣長度+2 X端絕緣+2 X空氣距離6.30+ 0.166.46X (26+1)174.42X 1.02177.91 (178)X 4單位mm;帶絕緣導線寬度，mm每層匝數加上起末頭高度，mm軸向裕度，單根導線取2%每段長度取整數，mm總共有4段+0.56 X 3X 1.1+3.00+0.56X 3X 1.1+3.00外表絕緣厚度,mm15.2818.97高壓繞組輻向總厚度：

13、 15.28+16+18.97=50.3 mm+20X 3772 (775)+45X 2865+ 20X 29053個段間距軸向長度，mm空氣距離,mm端間距,mm鐵心窗高，mm輻向有7層，被一個氣道隔開，分為3.003.00X 3X 49.0012.00+0.56 X2X 1.1+0.56X 3X 1.1緣緣),mm10.23213.848X( 1+2%X(1+2%10.436614.125-6高壓繞組輻向尺寸計算3層、4層-箔式導線厚度，mm-總層數絕緣總厚度(：=(Nm-1 ) X層絕輻向裕度取2%繞組絕緣半徑及平均匝長的計算前面已經計算出，鐵心直徑 D =245mm那么鐵心外接圓半徑F

14、0=235/2=122.5 mm其余相關數據如下：低壓-鐵心：10mm高壓-低壓：40mm相間距離：41mm具體計算如下：122. 5+ 10-鐵心外接圓半徑R),mm低壓繞組至鐵心距 C,mm132. 5低壓繞組內半徑R,mm+38. 5低壓繞組輻向厚度 R,mm171低壓繞組外半徑R,mm+40咼低壓繞組間主絕緣距a12,mm(211-3-0.5 ) 207.5咼壓繞組內半徑R,mm+ 50 . 0咼壓繞組輻向尺寸 B3,mm257.5 (258)咼壓繞組外半徑R,mmX 2516咼壓繞組外徑D,mm+ 41相間距離干變取 40左右A, mm 557-3.00 X 2咼壓線圈外表絕緣，mm

15、551 (550)鐵心柱中心距離為10或5的倍數M, mm鐵心柱中心距離二高壓繞組外徑+相間距離-2*高壓繞組外表絕緣故:外徑：342外徑：516單位mrh低壓線圈內徑：265高壓線圈內徑：415中心距：550繞組平均匝長I的計算:高壓繞組Lm仁霊高壓繞組外徑高壓繞組內徑/2 0.5 ;低壓繞組Lm2二囂牡低壓繞組外徑低壓繞組內徑 /2 0.5 ;平均匝長 Lm=Lm1+Lm2/2; m(R4 Rs) 0.5m207.5 258 0.5 =1462.24mm=1462m(取整)Lm4(R2 R3) 0.5=恵叫132.5 171 0.5 = 953.56mm=953m(取整)Lm =(Lmi

16、Lm2)/2 =(1462 953)/2 =1207.5mm 參考溫度120 C 下繞組每相電阻及導線重量的計算R ,?SL 導線總長度額定分接時，m:：120 C時電阻系數，銅導線時Q=0.02445,mrmm；高壓繞組電阻120C:L1=Lm1 NG =1462727 693 658 /3=1012m;2A =18.35mm1012R1 =0.024451.351 ;18.35高壓繞組銅導線重：J 1 丄(415 2 3.00 15.28) 3 = 4109mmCu11=3 8.9 103 4.109 18.9 10-6 =207kgL2 1=二 516-2 0.56-16 4 = 626

17、5mmCu12=3 8.9 103 6.265 18.9 10-6 =316kg所以Cun=207 kgCu12=316 kg Cu13=0高壓繞組導線重：Cu1=207+316=523kg高壓繞組電阻損耗120CFCu1 =3 1.35 57.74/、32 =4512W低壓繞組電阻120C:L? = Lm2 Nd =0.954 16 = 15.264m ;2A = 802.95mmR2=0.0244515.264 =4.57 10 已；802.95L2 1 丄265 2 0.36 6.34 5 二 4271mmCu21=3 8.9 103 4.271 802.95 10-6=91kgL2 2

18、 1=二 265 2 6 8 65=4694mmCu22 =3 8.9 103 4.694 802.95 10-6 =99kgL2 3=二 342-2 0.18-10 6 =6248mmCu23=3 8.9 103 6.248 802.95 10-6=132kg低壓繞組導線重：Cu2=91+99+132=322kg低壓繞組電阻損耗120C:Pcu2=3 4.57 10，1443.38 =2859W導線總重：523+322=845kg336負載損耗的計算H =90亦口/ ho：窗高I2 “443.38A 低壓額定電流D=245mm /鐵心直徑B0=D-5=245-5=240mm B0:最大片寬；

19、為省去查表麻煩，近似等Sb=( 1443.38/1.8+0.5)/5+1=( 802/5+1)5=805mm2 ； Sb： 積；高壓繞組電阻損耗(120C):九=3 1.35 (57.74d4512W低壓繞組電阻損耗(120C) : Pcu2=3 4.57 10 1443.3=2859W雜散損耗、引線損耗及附加損耗分別如下：PzP =0.05 4512 2859i=368.55WKr18)9Py =Prr 73717371663.39W100 100 100 100KfPf-7131 3% =213.93W100低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比K PsupPercent=0.006 x

20、 12=8.66導線中附加的所有損耗 Rup =(Pcu1 Pcu2 Pz P, P-) KPsupPercent/100 -(4512 2859 368.55 663.39 213.93) 8.66/100 =747W總負載損耗 PFtotal=Pcu Rup 二 Ru1 Pcu2 Rup =4512 2859 747 = 8188W樹脂、玻璃纖維重的計算如果低壓為箔式:纖維重 FibreWeight=C5 0.173=523 0.173=90kg樹脂重 ResinWeight=Cg 0.16=523 0.16=83kg338空載損耗Pcm仁3 7.65 H0 S/10000.0=3 7.6

21、5 905 18.9/10000=39.25Pcm2=4 7.65 M0 S/10000.0=4 7.65 550 802.95/10000=1351;鐵心重二Pcm1+Pcm2+ 角重 +0.5= 39.25+1351+417+0.5 =1808kgP0二鐵心重量 單位損耗=1808 0.919=1662W P0空載損耗；短路阻抗計算Kex=l 2/6000.0 二 1443.38/ 6000.0 二 0.24:F= 775+795 / 240 38.6 50.3-0.36-3 /3 = 785 41.85 = 826.85 =40+ 10.78+14.56+0+5.94+5.94+7.17

22、/38 10 16 / 4 = 63mmex=4 1000 1207.5/(3 826.85 14.43752 100)kex= (4.83 106/5.17 107) 63+1443.38/6000=5.95Ver=8118/ 10 1000 =0.8118VUcc= ex2 er2=、5.952 0.811=6.01V=上下壓間漏磁寬高壓線厚低壓線厚氣道寬之和F二平均電抗高度漏磁總寬上下壓線圈輻向尺寸o4 x容量x平均匝長匯也+低壓電流ex 0 _心柱數：F匝電勢26000Uk % = Jex %2+e2 (箔繞需再x 0.95)鐵心溫升的計算有計算可得：鐵心柱中心距 M=550mm,低壓

23、繞組的內徑 D2=265mm電抗高度Le2=795mm,空載損耗R=1662W鐵心窗高H0=905mm有查表可得：迭片系數k0=0.97 ,迭片總厚度b=238mm最大迭片厚度bmax=235mm最小迭片厚度 bmin =60mm 凈橫截面積 Ac =436.306 mm2。散熱面積的計算S =8 漢 M0 漢 b/匕漢10 +2 匯代漢 10, =8 汽 550 漢 238/0.97+2 漢 436.406漢 10，= 1.17m2 5=4 (bmax -bmin b k。)10=4 (235-60 238 0.97) 10 -0.162m2S3=4 (2 M0 bmin) (bmax-bm

24、in) 10=4 (2 550 60) (235 -60) 10“=0.812m254 =6 (H0-Le2) (b k0 bmax) 0.75 10=6 (905 -795) (238 0.97235) 0.75 10= 0.22m255 =6 (bbmax) Le2 0.75 10 =6 (238 0.97 235) 795 0.75 102-0.167ma0 =0.5 (D2 -11.6 . AC) =0.5 (265-11.6 ,436.306) = 11.35a = 0.5 a0 =0.5 11.35 = 5.67有效散熱系數為a1 =0.56 (2 a1.6/(H。Le2)0.25

25、 =0.56 (2 5.671.6/(905 795)0.25 =2.8總的散熱面積為S2 Ss S4 Ss a01 =1.17 0.162 0.812 0.22 0.167 2.8 = 2.8316m2鐵心的單位熱負荷為q0 二 R/S =1662/2.8316 =586.95W/m2鐵心溫升為t =0.36 q0.8 =0.36 586.9518 =59K高壓繞組溫升的計算有計算可得高壓繞組內徑D4 =415mm高壓繞組外徑D5 =516mm高壓繞組軸向長 度L =775mm軸向厚度為l1=15.28mm,l2=19.06mm電抗高度Lq=765mm,高壓繞組 的銅損FCu4512W由查表

26、可得撐條根數口=8，凈橫截面積Ac =436.306 mm2，氣道寬度為a =16mm,上下壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計算%(D3 泊専-q 10) 10=775 (415 二-8 10) 10- = 0.948m2S1L1 (D3 2 IJm -rh 10) 10= 775 (4152 15.28)二 -8 10) 103= 1.02m2S3 =L1；(D5 _2：j2)二 1口；10)；10= 775 (516 2 18.97)沁眞一8 10) 106 =1.1 m2Sf4 =Li D5n10_6= 775 516 二 10-6= 1.26m2有效散熱系數冇=0.56 (0.5 L

27、 a)/ 2)16 / L1)020.56 (0.5 40 16)/2)16 /775)02 0.33762 =0.56 (a/L1)1.6)0.25 = 0.56 (16/775)1.6)0.25 = 0.119總的散熱面積為S =3 (ai1 Sn a12 (SI2 S13) S14)=3 (0.337 0.948 0.119(1.02 1.1) 1.26)-5.50m2高壓繞組的單位熱負荷為5 =FCu1/S =4512/5.50 =820.36W/m2高壓繞組溫升0 80 8t =0.33 5.=0.33 820.36,70.7 K 底壓繞組溫升的計算有計算可得低壓繞組內徑D2 =26

28、5mm低壓繞組外徑D3 =342mm低壓繞組軸向長 度l_2=795mm 軸向厚度為 h =l2=6.34mm,l3=7.96mm，電抗高度 Le2=795mm,低壓繞組的銅損氐2二2859W有查表可得撐條根數n2=8,凈橫截面積 代=436.306 mm2,氣道寬度為a1=8mm, $=10mm,上下壓繞組間的距離L=40mm散熱面積計算SL2 (D2 二-壓 10) 10 =795 (265 二-8 10) 10 = 0.598m2S22 二 L2 (D2 2 IJ： ：0.7-n2 10) 10-6= 795 (2652 6.31)二 0.7-8 10) 10“2=0.422mS23=L2 (D2 2 (h aj)n 0.7 n2 10) 10-6= 795 (265 2 (6.31 8)二 0.7-8 10) 10= 0.4