变压器的设计计算方法.docx
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变压器的设计计算方法
变压器的设计计算方法
1．电压计算公式
（1）.YYo型
U相=U线/√3
I相=I线
（2）.△型
U相=U线
I相=I线/√3
2．铁心直径的估算
D=K
K------经验系数（一般取52~57）
P------每柱容量（P=Se/3）
通过查表：
得AC铁心的截面面积
3．低压线圈匝数计算
（1）.初算每匝的电压Et′
Et′=B×At/450
B-----磁通密度（通常为17.1~17.5）
（2）.初算低压线圈匝数Wd′
Wd′=U相/Et′
U相-----低压线圈相电压
按照公式计算低压线圈匝数Wd′不一定是整数，若舍去小数位时，磁通密度B将比初算Et′时大，若进位为整数匝时，磁通密度B将比初算Et′时小。
（3）.确定每匝的电压Et
Et=U相/Wd
式中：
Et值算至小数点后三位
（4）.磁通密度的计算
B=450Et/At=Et×105/222×At
式中：
B的单位为千高斯
（5）.磁通的计算
∮m=450Et
式中：
∮m的单位为千线
4．高压线圈匝数计算
（1）.首选计算最大和最小分接相电压
=U相×（1±5%）
（2）.根据分接电压计算分接匝数
WG1=U相/EtU相----高压额定相电压
W′G1=U相/EtU相----高压最大分接相电压
W′G2=U相/EtU相----高压最小分接相电压
（WG1、W′G1、W′G2都取整数匝）
（3）.电压校核
根据匝数WG1计算计算电压U相′
≤0.25%
#最大或最小分接电压的计算公式同上
5．低压层式线圈的导线选择
（1）.选用导线时应注意宽厚比：
层式为1.5~3
（2）.导线截面积的计算
A=I相/J
I相---低压相位电流
A-----导线截面积
J-------电流密度（电流密度一般取2.3~2.5）
#由导线截面积A查得导线宽度和厚度（指带绝缘的）
（3）.一般来说容量在630KVA以下线圈形式用双层式。
一般来说容量在2000KVA~630KVA线圈形式用单层式。
（4）.每层匝数的确定
Wx=总匝数/2/并联的根数
Wx-----每层匝数
H--------线圈高度（H=总匝数/2×导线的宽度）
（5）.低压线圈高度的计算
H=b（绝缘导线宽度）×n（导线沿线圈高度方向并绕根数）×n1（层的匝数）+b（沿辐向有两根导线并绕时，则加”b”）+￡（绕制裕度）
#线圈高度取0或5为尾数
（6）.低压线圈辐向尺寸的计算
B=a（绝缘导线厚度）×n（导线沿辐向并绕根数）×n′1（层数）+￡1（层间的绝缘厚度）+￡2（辐向裕度）
#线圈辐向厚取整数或0.5为尾数
名称
层式线圈
10kV级
35kV级
纸包扁线
漆包圆线
纸包圆线
漆包圆线
纸包圆线
单根
并绕
辐向裕度（%）
7~8
8~10
12~15
15~18
3~6
4~7
轴向裕度（%）
0~0.5
0．8~1.2
6．铁心窗高的计算
H0=H1（导线总高）+B2（主绝缘距离）
B2（主绝缘距离）------根据表7—5选择
#窗口高尾数取5或0
7．高压线圈的导线导线选择
（1）.导线截面积的计算
A=I相/J
I相----高压相位电流
A-------导线截面积
J--------电流密度（电流密度一般取2.3~2.5）
#由导线截面积A查得导线直径D（指带绝缘的）
（2）.高压每层匝数的确定
Wx=H/D
Wx------每层匝数
H--------线圈高度（低压电抗高度）
（3）.高压层式线圈的层数的确定
n=W/Wx
W-----线圈总匝数
（4）.多层层式线圈应有一层不满匝，不满匝层不得放在最外层，不满匝层的匝数通常不小于正常层匝的70%
（5）.高压线圈的轴向尺寸
高度尺寸与低压高度尺寸基本相同
（6）.高压线圈的辐向尺寸
B=a（绝缘导线直径）×n′（导线沿辐向并绕根数）×n′1（层数）+￡1（层间的绝缘总厚）+￡2（辐向裕度）+（油道的厚度）
#层间的绝缘的选择根据表7—1
层间最大工作电压（V）
≤500
501
~
1300
1301
~
1800
1801
~
2300
2301
~
2800
2801
~
3300
3301
~
3800
3801
~
4300
4300
~
4800
采用0.08电缆纸的张数
3
4
6
7
9
10
12
13
14
采用0.12电缆纸的张数
2
3
4
5
6
7
8
9
10
注：
①层间最大工作电压U=2n1×Etn1----每层匝数Et----每匝电压
②当层间电压较高，且层间绝缘较厚时，可以采用分级绝缘结构。
#油道的厚度
根据表7—2、7—3
#线圈辐向厚取整数或0.5为尾数
8．高低压线圈及绝缘半径的计算
（1）.低压线圈内半径R2
R2=R1（铁心半径）+C
C-----查表7—5和7—6
低压线圈外半径R3
R3=R2+B（辐向尺寸）
R23=（R2+R3）/2
（2）.高压线圈内半径R4
R4=R3+A
A----查表7—5和7—6
高压线圈外半径R5
R5=R4+B（高压辐向）
R45=（R4+R5）/2
9．低压线圈数据计算
（1）.低压电流密度J
J=I相/A
A----导线总截面积
A=n×A1A1----导线的单根截面积
n------导线并联根数
（2）.平均匝长L1
L1=2π×R23×10-3
（3）.导线总长L2
L2=L1（总匝数）+（导线出头长度）
导线出头长度一般为1~1.5m
（4）.75℃时低压线圈电阻R75度
R75度=＆75×L2/A
＆75----在75℃时的电阻系数为0.02135（铜线）
（5）.75℃时低压线圈负载损耗PK1
PK1=3×I相2×R75度
（6）.低压线圈导线重量G
G=3×L2×A×g×10-3
g----导线比重，铜导线为8.9g/cm3
（7）.绝缘导线重=G×系数
10．高压线圈数据计算
同上
11．铁心数据的计算
（1）.铁心柱中心距M0
M0=D（高压线圈直径）+＆（相间距离）
相间距离查表7—5或7—6
（2）.铁心柱部分重量Gc的计算
G1=3g×H（窗高）*Ac*10-4
（3）.铁轭部分重量Gy的计算
Gy=4g×M0×Ac×10-4
（4）.铁心转角部分重量G0的计算
G0=2g×hy（最大一级的片宽）×Ac×10-4
（5）.铁心硅钢片重量
G=Gc+Gy+G0
12．短路损耗的计算
Pk=（Pk1+Pk2）*k
13．阻抗电压计算
Uk=√（UR2+UX2）%
UX2=%=49.6×f×I×W×∑D×＆×K/Et×H*106
W---主分接时总匝数
I---相电流
∑D=1/3（低压的平均半径×低压辐向厚度+高压的平均半径×高压辐向厚度）+（高低压间的空隙厚度*高低压间的空隙平均半径）
K---根据表8—3选择
H---高低电抗平均高度
＆=H/QQ=外线圈半径-内线圈半径
#阻抗电压的允许偏差值为±10%，但由于制造时，影响阻抗因素较多，因此一般计算时误差控制在3~4%
电抗计算不符合，可作调整：
（1）.调整匝数W及ET。
当电抗值偏大时，可增加ET，ET增大，匝数必然会减少，从而达到降低电抗的目的。
若ET改变需调整磁密和铁心直径，这种方法因变动较大，一般不用。
（2）.调整∑D及高低压线圈平均有效电抗高度H。
当电抗值偏大时。
可增加高低压线圈平均高度，H增大，∑D必然随之缩小。
调整导线的a*b尺寸及段数均可达到调整H及∑D之目的。
（3）.调整高低压线圈间距离，在满足绝缘最小距离情况下，增减高低压线圈的距离，可使电抗值增大或减少。
这种方法浪费材料，最好不用。
14．空载损耗P0的计算
P0=K×PW×G
K----系数取.1.1~1.3
PW---按磁通密度B查得
G----铁心硅钢片的总重
15．空载电流的计算
（1）.空载电流的有用功
IOA=（PO/10SE）%
（2）.空载电流的无用功
IOR=（Gt+Gc+4G△）×qT+n√2At×qi/10Se
qT----单位重量的激磁容量，按心柱磁密Bt查得
qi-----单位面积的接缝激磁容量，按磁密Bt/√2查得
n------不断轭结构为6，断轭结构为7
（3）.空载电流
IO%=
√[（IOA%）2+（IOR%）2]
16．总损耗Pt
Pt=Po+（短路损耗）Py
17．总油中的计算
器身排油重Gyp=Gfe/7.8+Gcu/4.5Ad---油箱断面积
桶型空油箱装油重Gky=0.9H（油箱高度）AdAd----长*宽-0.8584R2
1．变压器的总重计算
（1）.器身重量
Gqs=（Gfe+Ggu）K
K------铜线1.15
（2）.油箱重
箱盖重
Gg=7.85×Ag（箱盖面积）×b（箱盖厚度）
箱底重
Gd=7.85×Ag（箱盖面积）×b（箱底厚度）
箱壁重
Gb=7.85×L（油箱周长）×H（油箱高度）×b（厚度）
扁管重
Gw=gw（每米长重1.525）×Lw（偏管总长）
片式散热器重
Gp=Np（散热器组数）×gp（每组散热器体重）
固定式散热器重油箱重Gx=1.15（Gg+Gd+Gb+Gp）
可拆卸式散热器重油箱重Gx=1.2（Gg+Gd+Gb）
扁管式油箱重Gx=1.15（Gg+Gd+Gb+Gw）
2.附件重计算
可拆卸片式散热器重
Gp=Np（散热器组数）×gp（每组散热器计算）
套管重
Gtg=∑Gtg（每只套管重查表4.8）×Ntg（高压或低压套管的只数）
储油柜Gzg查表4.7
净油器重Gi查表4.6
小车重Gch查表4.9
附件总重Gf=Gp+Gtg+Gzg+Gj+Gch
3.总油重计算
器身排油重
高压电压35KV及以下Gpy=Gfe/7.8+Geu/4.5
空油相装油重
Gky=0.9H（桶式油箱高度）×Ad（油箱断面积）
Ad=LB-0.8584
R---圆角半径长园形R---B/2
L、B---油箱长及宽
油箱内油重Gny=Gky-Gpy
冷却装置油重
扁管内油重Gey=gb（每米长扁管内油重0.538）×Lb（扁管总长度）
Lb=∑1b（每根扁管长）×Nb（同一长度的扁管根数）
散热器Gey=Ne×Gey
总油重Gy=Gny+Gey
4.总重量计算G
G=G（总油）+G（油箱重）+G（附件重）+G（器身重）
5．油箱计算
油箱宽B=（高压线圈外径）D+△B
油箱长L=（高压线圈外径）D+2×Mo+△L
油箱高H=垫脚厚+垫脚厚绝缘（3毫米）+最大片宽×2+Ho+△h
6．散热片式油箱有效散热面积
散热片尺寸及数据查表13—6
箱盖的几何面积A1=πR2+2RL
箱壁的几何面积A2=H（2π×R+2L）
散热片总的几何面积A3=m（散热片数）Ag（每片几何面积查表13—6）
被散热片遮盖部分面积A4=3/4C（两片中心距）×m×H1
油箱总的有效散热面积
A=0.75A1+（A2-A4）+0.45（A3+A4）
7．油管式油箱有效散热面积
箱盖的几何面积A1=πR2+2RL
箱壁的几何面积A2=H（2π×R+2L）
油管的几何面积见表13—7、13—8
油箱总的有效散热面积
∑A=0.75A1+（A2+A3）K1K2
K1=（55C1+45DF）/70D根据C1、n查表13—9
C1----箱壁上两排油管中心距
n------油管排数
8．油温升计算
油的平均温升（空气）
Qg=0.262[（Po+1.032Pk）/∑A]0.8
∑A---油箱总的有效散热面积
Po----空载
Pk----负载
油顶层温升计算
Qgm=1.2Qg+△tg≤53℃
△tg根据Qg和h1/h2查表
h1/h2----铁心发热中心/散热中心
圆筒线圈温升计算Qj
gjt=1.032Pk/Aj
tjt=0.065gjt0.8+△tt+△tc
△tt----层间绝缘校正温差（℃）当￡cm≤0.64不于校正
△tt=0.002（￡cm-0.64）（mc-ms）gjt
￡cm---相邻的两层之间的绝缘总厚（层绝缘+匝绝缘）
mc----线圈总层数
ms----线圈与油接触散热面数
△tc---层数校正温差（℃）当￡cm>0.64按0.64计算
△tc=0.002￡cm（mc-2ms）gjt
Qj=Qg+tjt≤63℃
1．性能指标：
标准偏差值
设计偏差值
短路损耗Pk
+15%
±2%
空载损耗Po
+15%
±2%
总损耗P
+10%
±4%
空载电流Io%
+30%
±4%
阻抗电压Uk%
±10%
±2.5%
θ线≤63℃
θ油≤53℃
2．阻抗电压（上海）
Uk=Kx×3.95×I×W×L×（A+G+a1+b1）/（H+A+G./3）×et×105
H---高低压线圈电抗平均高度
A---（低压厚度-油道厚度）+（高压厚度-油道宽度）
L---（高压平均匝长+低压平均匝长）/2
a1---油道宽度×[（额定总匝数-层匝×层数）/额定总匝数]2×（长）
b1---同上
G---高低压之间的绝缘厚（半径）
Kx
10~30
0.95
50~160
0.97
200~400
1
500
1.02
630
1.05
800~1600
1.15
3.油管排列
●同一排中，扁管中心距为35mm，散热片中心间距为40mm。
因此，中心距与油管（散热片）组数m的乘积不应大于油箱周长2L+1.14D。
●上下两排间油管中心距为75mm。
●最外层油管中心距与箱底最小距离为80mm。
●全部油管的内半径为125mm，L不小于25mm。
●油管组数由温升计算最后确定，原则上在不超过标准最高温升的基础上使油管最省。
1．油管的计算
1．1扁油管油箱
1．1．1同一排中，扁管中心间距为35mm，因此，中心间距与油管组数的乘积不应大于油箱周长。
1．1．2上下两排间油管中心间距为75mm。
1．1．3最外层油管中心距箱底最小距离为80mm。
1．1．4全部油管的内曲率半径为R125mm，内排管水平臂（bg）长度限于工艺条件最好不小于25mm。
1．1．5箱沿吊攀位置下的油管可适当放短，以利吊箱。
1．1．6油管组数由温升计算后最后确定，原则一上在不超过标准最高温升的基础上使油管最省。
1．2油管长度的计算
1．2．1每组长度lg的计算
Lg=Hg+2bg+174Kz=0.81
1．2．2油管总长
Lg=m（组数）×lg×10-3
1．2．3油管散热面Sg
Sg=0.1256Lg（m）2
2．1波纹油箱
2．1．1同一排中，扁管中心间距为42/45/50/55mm。
因此，中心间距与油管组数的乘积不应大于油管周长。
2．1．2最外层油管中心距箱底最小距离为100mm。
2．1．3波纹片高度H为400~1200mm,以100mm向上进。
2．1．4波纹片深度B为<315mm。
2．1．5波纹片油隙e为6~8mm。
2．1．6波纹板厚度＆为1.2~2mm。
2．1．7波纹片长度根据需要确定。
2．1．8波纹片余板根据需要确定。
2．1．9波纹片加强筋根据需要确定
2．2波纹片油箱的计算
2．2．1波纹片系数K（两则有波纹片，以两则算）
K=5.18519×10-11×（翅深）4－6.1676×10-8×（翅深）3+2.7407×10-5×（翅深）2－5.6759×10-3×（翅深）+1.0444
2．2．2波纹片S（波翅）=K×2（总片数-波纹片面数）×（翅深）×（波纹片高度）×10-6
2．2．3波纹片S（波壁）=K×35（总片数－波纹片面数）×（波纹片高度）×10-6
2．2．4波纹片S（波角）=（两则面为4，四则面为8）×（翅深）×（波纹片高度）×10-6
2．2．5波纹内油重Gb=（波纹油隙宽度）×（翅深）×（总片数）×（波纹高度）×0.9
2．2．6波纹片G=2（总片数）×（翅深）×（波纹片高度）×（波纹片厚度）×7.85×10-6
2．片式散热器
3．1．1产品规格
片宽：
310，480，520，535MM
中心距：
500—3600MM
3．1．2结构形式
a.固定式：
PG型，直接焊接在变压器油箱壁上。
b.可拆式：
PC型，用法兰与油箱连接。
3．1．3冷却方式：
a.自冷式：
散热器通过空气自然对流散热发热量。
b.风冷式：
散热器通过风机吹风（底吹或侧吹）散发热量。
c.强油风冷式：
散热器通过泵强迫油循环并利用风机吹风散发热量。
3．1．4安装使用：
1．散热器安装前请去除集流管口端盖；可拆式散热器安装时请按图二所示注意区分上下集流管。
2．散热器组间距请不要小于50mm，下集流管中心与地面应保持适当高度，以利于空气对流。
3．固定式散热器安装：
根据集流管外径尺寸及中心距尺寸在变压器油箱侧壁上开孔，将散热器直接焊接在油箱外侧，应在油箱外侧施焊，切勿在内侧施焊，以防焊渣等异物进入散热器内部。
4．可拆式散热器安装：
（1）请按所选散热器中心距尺寸、散热器组间距尺寸及法兰尺寸，在变压器油箱上配接法兰接口，及选用适当橡胶密封垫、螺栓、螺母、垫圈，同样根据组间距，及散热器连接板φ14长孔配制拉板、螺母、螺栓、垫圈。
（2）安装时，通过吊钩吊起散热器，对好上下法兰，垫正密封垫，上好固定螺栓，并奖相邻散热器用拉板固定。
（3）注油时，应拧紧放油塞，将放气塞打开，待放气孔有油溢出时，再将放气塞拧紧。
（4）当采用底吹风冷时，下集流管有悬挂风机所用的支架（自冷式不带支架），每两组散热器挂一台风机，当同侧散热器组数为奇数时，请按图四方式布置尺寸。
（风机支架可根据用户要求配制）
（5）当采用侧吹风冷时，请将风机安装固定在变压器油箱的适当位置，风机位置见图三所示。
3．1．5注意事项：
（1）运输、安装、冲洗时,应谨慎操作，不得将散热片的油道碰瘪、损坏。
（2）安装前如需进行密封性检验，其试验压力（内压）不得超过0.12MPa（即1.2个标准大气压）
3．2散热片的计算
技术数据参考
（常熟友邦散热器有限公司）
3．温升计算部分
3．1圆筒式线圈温升计算：
3．1．1单位热负荷计算
q=
（W/m2）（3.1）
式中：
Pk—负载损耗（W）
Aj—线圈总散热面（m）
注：
①低压线圈内径为1.0纸伴筒，其散热面按一半计算；
①高压线圈内径为静电屏时，其散热面按1/3计算；
①与瓦楞纸板直接接触的散热面应乘以0.85，即考虑遮盖。
3．1．2线圈对油温差计算
Tjt=0.065qjt+△Tσt+△Tc（℃）（3.2）
式中：
△Tσt—层间绝缘校正温差（℃），当σcm≤0.64时不予校正
△Tσt=0.002（σcm-0.64）（mc-ms）qjt（℃）（3.3）
其中：
σcm—相邻的两层间绝缘总厚（层绝缘+匝绝缘）（mm）
mc—线圈总层数
ms—线圈与油接触的散热面数目
△Tc—层数校正温差（℃），当σcm>0.64时，按0.64mm计算
△Tc=0.002σcm（mc-ms）qjt（℃）（3.4）
3．1．3线圈温升计算
θj=θy+Tjt（℃）（3.5）
式中：
θy—油平均温升（℃）
Tjt—线圈对油温升（℃）
3．2饼式线圈温升计算
3．2．1单位热负荷计算
qj=
（1+
）（W/m2）（3.6）
式中：
Kj—系数，铜导线：
Kj=22.1铝导线：
Kj=36.8
Ib—线饼中电流（A）；双螺旋式Ib=
;四螺旋式Ib=
Wb—线饼中匝数；螺旋式Wb=1；连续式Wb=每段匝数（分数匝进成整数）
J—线饼中电流密度（A/mm2）
aσ—匝绝缘校正系数aσ=
≥1（小于1时取aσ=1）
其中：
aσ×a—绝缘导线及裸导线厚度（mm）
Kf%—附加损耗系数（%），（涡流损耗系数+不完全换位损耗系数）
Ij—线饼周长（mm）,连续式及螺旋式Ij=2（m×aσ+bσ）
半连续式及半螺旋式Ij=m×aσ+2bσ
m—沿辐向导线总根数
aσ、bσ—绝缘导线的厚度及宽度（mm）
N—沿圆周均匀分布的垫块数
bdk—垫块宽度（mm）
Ia—线圈平均匝长（mm）
3．2．2饼式线圈温差计算
自冷式内线圈：
Tj=0.41qj0.6+△Tσ+△Tn（℃）（3.7）
自冷式外线圈：
Tj=0.358qj0.6+△Tσ+△Tn（℃）（3.8）
风冷式内外线圈：
Tj=0.159qj0.6+△Tσ+△Tn（℃）（3.9）
式中：
△Tσ—线圈绝缘校正温差（℃）
△Tσ=0.00305（σj-0.45）qj（℃）（3.10）
其中：
σj—线圈导线两匝间绝缘总厚（mm）
△Tn—线段油道高度校正温差（℃）△Tn=
（℃）（3.11）
△T—校正温差（℃）查图3.1曲线
3．2．3饼式线圈温升计算
θj=θy+Tj≤63℃（℃）（3.12）
4．35KV线圈的散热
（与层式线圈相同）
4．油温升计算
参照设计单
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