变压器电磁计算

11一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30Q140,30Q130,3409,34082.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√4PK铝铜2冷轧48-5555-60热轧50-6060-65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=4.44fW1BAtet=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/At4.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≦6300．4双层圆筒式内线柱并连根数1-6根（扁）≦5003-10多层圆筒式外线柱圆线或扁线并饶根数1根，不超过2根≦63035≦200063分段圆筒式1000-4000110800-10000.4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1250-20000.4四螺旋4000-100003单螺旋单半螺旋12000-50000640000-6300010800-31503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4800-1000063≥63010根以上，采用中部进线≥80035≥250063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≥5000110内屏式外线柱≥31500220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≦203563110主空道17233440纵绝缘:匝绝缘的选取：导线双边绝缘厚电压等级35kV以下63kV110220kV扁线0.450.951.351.95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)3-6103563110段数36-6040-7056-7660-8060-802x34,2x44电抗高度的估算：HK=IN*WN*D*K/et*Uk%*104(D/40+主空道+2Uk%+4)mmD---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3-35/0.4-10kV1.651.851.782.1563-110/3-10kV1.851.962.032.1763-110/35/3-10kV22.12.182.45电密计算：相电流/导线截面积（单根导线面积x并饶根数）4性能水平8910电密3．532．5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1.02,1.031.02,1.011.05,1.04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)等方法内线圈外线圈低压高压5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)2m: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125125-200200-350350以上K11.351.31.251.2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*10ki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6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:1.2xτy+△τy△τy:发热中心与散热中心的修正值机械力计算略重量计算器身重:线圈(铜重+绝缘件+硅钢片+夹件等)35kV以下铁重/7.8+铜重/4.560-110kV铁重/7.6+铜重/3.9总油重:油箱装油-器身排油重+附件油重附件油重=储油柜油重+升高座装油+联管+套管+散热器装油油箱重:上节+下节+铁件附件重:储油柜+升高座+联管+套管+散热器总重=器身重+总油重+油箱重+附件重添加油重:储油柜油重+升高座装油+联管+套管+散热器装油+箱盖下100-150油重运输重=总重-添加油重变压器主要性能参数与成本的关系UK提高，成本提高；PK降低，成本提高；P0降低，成本提高；声级降低，成本提高；变压器容量，重量，尺寸和性能的关系SN〆L4（线性尺寸）有效材料重量（制造成本）〆SN3/4单位容量消耗有效材料重量〆SN-1/47PK,P0〆SN3/4单位容量损耗〆SN-1/4从经济的角度看，单台大容量比同容量的单台小容量的变压器经济。结构设计:将计算单转化为可生产图纸的过程.要求:布置图:总体图,指导每一部分结构设计,细而全线圈:出头位置,套管出线位置,分接线出头位置器身:夹件与器身绝缘件之间位置关系引线:走向,夹持,电缆规格铁心:固定方式(上,下)夹件尺寸油箱:外形尺寸,散热器布置,吊板位置,附属件表记,阀门位置高低压柜:插入式熔断器尺寸自下而上,由里及外结构设计:满足设计要求,满足工艺要求有里向外:铁心→线圈→绝缘→引线→油箱→组件器身一、铁心:磁路及骨架、支撑线圈及引线1.铁心截面:多级圆形铁轭截面:多级圆形、椭圆形、梯形、D形2.叠片系数:心柱有效截面积与其几何截面积之比3.铁心叠积方式:直接缝、半直半斜、全斜4.铁心夹紧方式:粘带+拉板,粘带+拉螺杆5.铁心绝缘:片间绝缘、与夹件间绝缘6.铁心必须一点接地,接地方法(串联+并联)7.绘制图纸二、线圈1.电气性能(雷电过电压、操作过电压、长期工作电压、暂态过电压)2.耐热性能(绝缘老化)3.机械性能(抗短路能力)4.绕向(左绕向--逆时针,右绕向---顺时针)5.换位:减少导线间环流损耗6.绝