变压器电磁计算.docx
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变压器电磁计算
1
一般电磁计算程序
第一部分铁心计算
1．确定铁心形式：
芯式
2．选取铁心直径：
查表确定铁心柱和铁轭截面积（cm2）
3．硅钢片的牌号：
4．接缝形式
5．磁密的选取（材质，空载，噪声，温升）
B大，空载大，噪声大
第二部分绕组计算
1．绕组形式
2．绝缘结构（主，纵绝缘）
3．匝绝缘的选取
4．电密的选取（材质，负载，温升）
电密大，负载大，温升高
第三部分性能参数计算
阻抗计算
损耗计算
温升计算
机械力计算
重量计算
1.根据现有硅钢片牌号确定选用范围 30Q140,30Q130,3409,3408
2.根据经验确定铁心直径．
3.查表确定铁心柱截面积，铁轭截面积和角重．
4.初选磁密．
5.估算每匝电势．
6.计算低压线圈匝数，重新计算磁密和每匝电势．
7.计算高压线圈匝数．电压比校核
8.确定高压线圈的形式，段数，每段匝数，主纵绝缘结构．计算高压线圈的轴向及辅向尺寸．
9.确定低压线圈的形式，段数，每段匝数，主纵绝缘结构．计算低压线圈的轴向及辅向尺寸．
10.阻抗电压的计算．（调整）
11.负载损耗的计算，计算导线的长度，电阻，铜损（调整）
12.空载损耗及空载电流计算，（调整）
13.温升计算
14.机械力计算
15.重量计算
1初选铁心直径．D=K√4P
K
铝
铜
冷轧
48-55
55-60
热轧
50-60
60-65
硅钢片较高时，K值取小值。
取整查表，确定铁心柱截面积，铁轭截面积和角重．
2.每匝电势估算．
E1=4.44fW1BAt
et=E1/W1=4.44fBAtB（高斯），At（Cm2）
3.低压匝数
W2=U2/et保留小数点后三位
重新确定et，B,磁密计算B=450*et/At
4.高压匝数
W1=U1/et各分接匝数
电压比校核实际匝数与et的乘积与实际电压的差
绝对值（W1*et-实际电压）/实际电压*100%
允许偏差
标准规定允许偏差值
计算允许偏差
主分接
≦0.25%或≦短路阻抗x10%
≦0.25%
其他分接
可与用户协商
≦0.25%
5.线圈形式确定：
小容量为层式线圈：
线匝沿轴向按层次排列的线圈.（机械强度差,冲击性能好）
圆筒式：
单层圆筒式，双层圆筒式，多层圆筒式，分段圆筒式
箔式：
一般箔式和分段箔式（一层一匝）
大容量为饼式线圈：
线匝沿辐向形成线饼,再沿轴向排列的线圈.（机械强度好,冲击性能差）
连续式，半连续式，内屏连续式，交错式和螺旋式（单螺旋，单半螺旋，双螺旋，四螺旋）
线圈形式的选择：
容量，电压等级，使用条件。
通常低压电流大，并饶根数多，螺旋式线圈较多，但也要看匝数，如匝数多，线圈高度受限制，可能要采用连续式。
容量
电压等级
线圈形式
适用范围
说明
≦630
0．4
双层圆筒式
内线柱
并连根数1-6根（扁）
≦500
3-10
多层圆筒式
外线柱
圆线或扁线
并饶根数1根，
不超过2根
≦630
35
≦2000
63
分段圆筒式
1000-4000
110
800-1000
0.4
双螺旋
内线柱
单螺旋并饶根数不超过撑条根数
60匝以上采用双或四螺旋
60-100匝单螺旋
100-150采用单半螺旋
1250-2000
0.4
四螺旋
4000-10000
3
单螺旋
单半螺旋
12000-50000
6
40000-63000
10
800-3150
3
连续式
半连续式
外线柱
并饶根数1-4根，最多6根
匝数150以上，高压并饶根数4根以上，采用中部进线
800-10000
6
≥630
10
≥800
35
≥2500
63
纠结式
外线柱
并饶根数≦3根，采用纠结式，3根以上采用内屏连续式，内段匝数少可采用内屏
≥5000
110
内屏式
外线柱
≥31500
220
纠结式
以饼式线圈为例计算：
线圈电流,电压,匝数,线圈的电抗高度，线圈的辐向尺寸，段数，每段匝数，线规（a*ba为厚度），导线的长度，重量，匝绝缘，油道，压缩系数等。
主纵绝缘结构：
变压器的主绝缘是指绕组对地，对异相绕组之间，或同相其他绕组之间的绝缘。
绝缘结构的击穿电压不仅与绝缘间隙的结构及尺寸有关还与其中电场分布有关，还与带电及接地部分的形状及其相互间的位置和距离有关。
因此，为了正确的设计绝缘结构，了解其中出现最大场强的部位，并求得这些部位的场强值是非常重要的。
在线圈间主绝缘设计时还应该注意到线圈轴向场强对主绝缘的影响。
在工频电压作用下，电压分布式均匀的。
主绝缘：
线圈对地，同相的各线圈间，异相线圈之间，主空道，线圈到铁轭
纵绝缘：
匝间，段间，层间，相间的绝缘
主绝缘:
电压等级
≦20
35
63
110
主空道
17
23
34
40
纵绝缘:
匝绝缘的选取：
导线双边绝缘厚
电压等级
35kV以下
63kV
110
220kV
扁线
0.45
0.95
1.35
1.95
段数的确定：
双数，中部进线为4的倍数，保证出头在外侧
电压（kV）
3-6
10
35
63
110
段数
36-60
40-70
56-76
60-80
60-80
2x34,2x44
电抗高度的估算：
HK=IN*WN*D*K/et*Uk%*104（D/40+主空道+2Uk%+4）mm
D---铁心直径
K----经验系数
经验系数
铜线
铝线
热轧
冷轧
热轧
冷轧
3-35/0.4-10kV
1.65
1.85
1.78
2.15
63-110/3-10kV
1.85
1.96
2.03
2.17
63-110/35/3-10kV
2
2.1
2.18
2.45
电密计算：
相电流/导线截面积（单根导线面积x并饶根数）
性能水平
8
9
10
电密
3．5
3
2．5
轴向高度计算：
单根导线包完绝缘高度（b）*段数+压缩后轴向油道高度+线圈到铁轭尺寸
辐向尺寸计算：
单根导线包完绝缘厚度（a）*每段匝数*并饶根数*辐向工艺系数
连续式（卧绕）
连续式（立绕）
纠结及内屏
1.02,1.03
1.02,1.01
1.05,1.04
绝缘半径的计算：
铁心直径/2
套装裕度
内线圈辐向尺寸（低压线圈平均半径）
主空道
外线圈辐向尺寸（高压线圈平均半径）
外线圈外半径
外线圈外直径
相间距离
M0（铁心柱中心距）
UK%=49.6fIW∑Dρ/et*HK*104
∑D等效漏磁面积）（cm2）（一般变压器只考虑纵向漏磁，大型变压器则必须考虑横向漏磁，因为此时横向漏磁已不能忽略了），Hk平均电抗高度（cm），ρ洛式系数，修正纵向磁场长
∑D:
计算记忆法
辐向尺寸用3除，再乘各自半径数,漏磁空道是基础,它乘空道半径数,线圈辐向油道处,靠边匝数除总数,其商平方为系数,再乘半径与宽度,最后漏磁总面积,各项相加即得出.
注意:
1.所有尺寸单位为（cm）,
2.辐向尺寸需要减去匝绝缘厚度,即为裸线.
3.空道处尺寸需加上匝绝缘的一半.
10.5%以下
10.5以上
计算值
UK%
±10%
±7.5%
±2.5%
一般UK%的计算不能一次合格,偏差在10%以内时可通过调整线圈的尺寸,（∑D,Hk）等方法而合格,如果偏差在10%以上,则必须调整铁心直径,重新计算.
调整方法:
UK%计算值过大,增加段数,减少每段匝数,线规减薄加高,减少低压匝数,增大铁心直径.
阻抗调整合格,继续下面的计算.
电阻损耗3IR2电阻:
电阻率*导线长度/导线面积
导线长度:
（平均匝长*匝数）+出头长（m）
导线重量（净重）:
3*8.9*导线长度*导线面积
包绝缘导线重量:
17t（a+b+1.57t）/st=匝绝缘/2
涡流损耗系数:
kw%=kw/107（f*m*n*a*s*ρ/Hk）2
m:
垂直于漏磁场方向导线总根数
n:
平行于漏磁场方向导线总根数
环流损耗系数:
:
kb%=kbxkw/108（f*n*a*s*ρ/Hk）2
引线损耗按占基本损耗的百分数取经验值.
杂散损耗:
Pzs=23x0.8*（磁通x10-6）2*（UK%）2*Hk3/L*（Hk+2（RP-主空道）
L:
油箱内壁周长,RP油箱内壁平均半径
负载损耗:
+15%空载损耗:
+15%,总损耗:
+10%
调整方法:
负载损耗高:
降低电密,降低基本损耗,减小附加损耗:
减薄a,多根导线并饶,减小环流损耗,增大油箱尺寸,加磁屏蔽,减小杂散损耗.
空载损耗:
铁心损耗（磁滞损耗+涡流损耗+附加损耗）
磁滞损耗:
铁磁分子克服摩擦所吸收的能量,占空载损耗25-50%,与硅钢片的磁滞回环面积成正比,与硅钢片材质有关,正比于f2,厚度的平方
涡流损耗:
正比于B2,f2,厚度的平方,所以硅钢片的厚度要减小,占空载损耗40-50%,
附加损耗:
5-30%,取决于1.材质,2.接缝方式,片间绝缘,3.工艺性,毛刺,装配工艺等.
计算方法:
P0=铁心工艺系数*铁心重量*单位损耗系数（取决于硅钢片材质）
铁心工艺系数（k1）x铁心重量x单位铁损
铁心直径
125
125-200
200-350
350以上
K1
1.35
1.3
1.25
1.2
铁心重量计算:
心柱重量+铁扼重量+角重
心柱重量=3*窗高*心柱面积*7.65kg/dm2
铁扼重量=3*MO*铁扼面积*7.65kg/dm2
调整方法:
空载损耗大,降低磁密,降低铁心重量,缩小铁心直径,采用单位铁损小的硅钢片（优质硅钢片）
空载电流:
ki*铁心重量*磁化容量（查表）/容量*10
ki经验系数1.4
温升计算:
ONAN:
自然油循环,自然空气冷却
第一个字母
第一个字母
第一个字母
第一个字母
表示与线圈相接触的介质
表示与外部冷却系统相接触的介质
冷却介质种类
循环方式
冷却介质种类
循环方式
温升限值:
A级绝缘:
线圈温升65K（63K）电阻法测量
油顶层温升55K（53K）温度计测量
油箱及结构件80K是相邻绝缘材料不致损伤
高海拔折算:
安装海拔高于1000m,自冷式变压器绕组温升每升高400米降低1k,风冷式每升高250米降低1k
单位热负荷:
q=kj*I*Wx电密/l（1-n*b/lp）
kj=22.1,I,电流,W,每段匝数
l线饼周长,nxb,撑条根数x垫块宽度lp线圈平均匝长
铜油温升计算公式:
自冷内线圈0.41q0.6+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
自冷外线圈0.358q0.6+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
风冷线圈0.159q0.7+匝绝缘校正温差+辐向及油道高度校正温差
线圈温升=铜油温升+油对空气的平均温升
油温升计算:
油箱单位热负荷qy=1.032*负载损耗（最大电流的负载损耗）+空载损耗/总散热面
总散热面=油箱散热面+散热器散热面
油对空气的平均温升油浸自冷τy=0.262q0.8
油浸风冷τy=0.16q0.8
顶层油温升:
1.2
升级会员 