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
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,或者用户在合同中提出的标准和
要求
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。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
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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、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 Pt=Pn/3=1000/3kVA
K为经验系数, 取K=57
根据经验公式: D=K
=57
=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。
铁心净横截面积:根据公式
, 计算可得:
=471.196cm2。
3.3.3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
905 ——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3.00mm,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:3.00×6.30∥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
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(
=(
-1)×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,则铁心外接圆半径R0=235/2=122.5 mm
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