树脂浇注干式变压器型号（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 Pt=Pn/3=1000/3kVA

K为经验系数， 取K=57

根据经验公式： D=K

=57

=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

， 计算可得：

=471.196cm2。

1.3.3绕组计算

初选磁密：

=1.50 T

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

低压匝数：因为低压侧是Y接，故

, 计算可得

=15.883 ，

由公式

，取整得W=16

重算匝电压：

V

重算磁密：

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

电流：a、高压侧 D接

，

,

计算可得

b、低压侧 Y 接

=

,

,

计算可得

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：

-1初选电流密度：

=2.0 A/mm2

-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。

-3选线规：1.01

795∥802.95 ,导线截面积

=802.95 mm2

-4重算电流密度： 由公式 ：

， 计算可得

-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

1. ——铁心窗高,mm

-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（

=(

-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）

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：

-1初选电流密度：

=2.0 A/mm2 I=

-2 算导线截面积：

，

-3 选线规：1.00×6.30∥0.16 ,导线截面积

=1×18.35=18.35 mm2

-4 重算电流密度：

，

-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%

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

-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

0.56×2×1.1 0.56×3×1.1 ——绝缘总厚度（

=(

-1）×层绝缘缘),mm

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

• 18.97

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:

前面已经计算出，铁心直径D =245mm，则铁心外接圆半径R0=245/2=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R0,mm

10 ——低压绕组至铁心距C,mm

132．5 ——低压绕组内半径R2,mm

38．5 ——低压绕组辐向厚度B2,mm

171 ——低压绕组外半径R3,mm

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

257.5（258） ——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

- 1.00×2 ——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）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 （单位mm）

绕组平均匝长l的计算：

高压绕组

;

低压绕组

;

平均匝长Lm=(Lm1 Lm2)/2;

=1462mm（取整）

=953mm（取整）

1.3.5参考温度（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=316 kg Cu13=0

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℃）:

导线总重：

523 322=845kg

1.3.6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（120℃）:

杂散损耗、引线损耗及附加损耗分别如下：

低压绕组为箔绕，所以连接及附加损耗百分比K PsupPercent=0.006×I2=8.66。

总负载损耗

。

1.3.7树脂、玻璃纤维重的计算

如果低压为箔式：

纤维重

树脂重

1.3.8空载损耗

// P0 空载损耗

1.3.9短路阻抗计算

(箔绕需再×0.95)

1.3.10铁心温升的计算

由计算可得：

铁心柱中心距

=550mm, 低压绕组的内径

=265mm，电抗高度

=795mm, 空载损耗

=1662W,铁心窗高

=905mm。

由查表可得：

迭片系数

=0.97，迭片总厚度b=238mm，最大迭片厚度

=235mm，最小迭片厚度

=60mm，净横截面积

=436.306

。

散热面积的计算

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

1.3.11高压绕组温升的计算

由计算可得

高压绕组内径

=415mm,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

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

1.3.12低压绕组温升的计算

由计算可得

低压绕组内径

=265mm,低压绕组外径

=342mm,低压绕组轴向长度

=795mm，轴向厚度为

=6.34mm,

=7.96mm,，电抗高度

=795mm ，低压绕组的铜损

由查表可得

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

低压绕组温升

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。

,