3树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算

3 3 树脂浇注绝缘干式变压器设计的计算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 13 1 变压器设计计算的任务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 3 23 2 变压器设计计算步骤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 33 3 树脂浇注干式变压器设计的详细计算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 13 3 1 技术条件技术条件 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 23 3 2 铁心计算铁心计算 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 4 P 4 3 1000 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 4 2 D S S 3 3 33 3 3 绕组计算绕组计算 初选磁密 1 50 T 1 B 初算匝电压 f 50Hz 铁心净横截面积经查表得出 At 436 306cm2 2 由公式 计算可得 14 5435V4 44 45 t tt BA efBA t e 低压匝数 因为低压侧是 Y 接 故 计算可得 3 400 231 33 L U UV 15 883 W 由公式 取整得 W 16 231 15 883 14 5434 t U W e 重算匝电压 V 4 231 14 4375 16 t U e W 重算磁密 5 4545 14 4375 1 49 436 306 t t e BT A 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 6 出各分接匝数 高压侧 D 接 故 10000V L UU 高压绕组为调压 共 3 级 0 5 U 则 10500V 1 U 15 U 10000V 2 U L UU 9500V 3 U 15 U 由公式 计算可得 i i t U W e 1 1 10500 727 27 14 4375 t U W e 2 2 10000 692 64 14 4375 t U W e 3 3 9500 658 0 14 4375 t U W e 取整 W1 727 W2 693 W3 658 电流 a 高压侧 D 接 7 3 N P I U 1000 N PkVA 10000 L UUV 计算可得 1000000 57 74 10000 3 IA b 低压侧 Y 接 I L N L U P I 3 1000 N PkVA 400 L UV 计算可得 1000000 1443 38 400 3 IA 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 8 2 算导线截面积 8 2 1443 38 721 69 2 0 I Smm 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 8 S 4 重算电流密度 由公式 计算可得 8 SI 2 1443 38 1 80 802 95 I A mm S 5 低压绕组轴向尺寸计算 8 795 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 8 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 m N 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 9 57 74 33 3362 3 A 2 算导线截面积 9 2 33 3362 16 6681 2 0 I Smm 3 选线规 3 00 6 30 0 16 导线截面积 1 18 35 18 35 mm2 9 S 4 重算电流密度 9 2 33 3362 1 82 18 35 I SA mm 5 高压绕组轴向尺寸计算 9 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 9 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 m N 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 2818 97 高压绕组辐向总厚度 15 28 16 18 97 50 3 mm 3 3 43 3 4 绕组绝缘半径及平均匝长的计算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 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 3 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 Lm1 20 5 高压绕组外径高压绕组内径 低压绕组 Lm2 20 5 低压绕组外径低压绕组内径 平均匝长 Lm Lm1 Lm2 2 1462mm 取整 145 0 5 207 52580 5 1462 24 m LRRmm 953mm 取整 223 0 5 132 5 171 0 5 953 56 m LRRmm 12 2 1462953 21207 5 mmm LLLmm 3 3 53 3 5 参考温度 参考温度 120120 下绕组每相电阻及导线重量的计算 下绕组每相电阻及导线重量的计算 C L R S 1200 02445 L C m 2 导线总长度 额定分接时 m m m 时电阻系数 铜导线时 高压绕组电阻 120 1m1 L L1462727693658 31012 G Nm 2 1 18 35Amm 1 1012 R 0 024451 35 18 35 高压绕组铜导线重 1 1 4152 3 00 15 28 34109Lmm 3 6 11 Cu 3 8 9 104 109 18 9 10 207kg 1 L 2 516 2 0 56 1646265mm 3 6 12 Cu 3 8 9 106 265 18 9 10 316kg 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 2 cu1 P 3 1 35 57 74 3 4512W 低压绕组电阻 120 22 0 954 1615 264 mD LLNm 2 2 802 95Amm 4 2 15 264 R 0 024454 57 10 802 95 2 1 2652 0 366 34 54271Lmm 3 6 21 Cu 3 8 9 104 271 802 95 10 91kg 2 L2 2652 68 65 4694mm 3 6 22 Cu 3 8 9 104 694 802 95 10 99kg 2 L3 342 2 0 18 1066248mm 3 6 23 Cu 3 8 9 106 248 802 95 10 132kg 低压绕组导线重 Cu2 91 99 132 322kg 低压绕组电阻损耗 120 42 cu2 P 3 4 57 101443 382859W 导线总重 523 322 845kg 3 3 63 3 6 负载损耗的计算负载损耗的计算 H0 窗高 0 905Hmm 低压额定电流 2 I1443 38A 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 2 Sb 1 8 0 5 5 1 5 15 805mm 1443 38 802 高压绕组电阻损耗 120 2 cu1 P 3 1 35 57 74 3 4512W 低压绕组电阻损耗 120 42 cu2 P 3 4 57 101443 382859W 杂散损耗 引线损耗及附加损耗分别如下 z P0 0545122859368 55 189 73717371663 39 100100100100 7131 3 213 93 100 r r yr f fr KPW K PPW K PPW 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 sup12PsupPercent 100 45122859368 55663 39213 93 8 66 100747 cucuzyf PPPPPPK W 导线中附加的所有损耗 总负载损耗 Ftotalcusup12sup P P451228597478188 cucu PPPPW 3 3 73 3 7 树脂 玻璃纤维重的计算树脂 玻璃纤维重的计算 如果低压为箔式 纤维重 1 FibreWeight Cu0 173 523 0 173 90kg 树脂重 1 ResinWeight Cu0 16 523 0 16 83kg 3 3 83 3 8 空载损耗空载损耗 0 0 Pcm1 3 7 65 HS 10000 0 3 7 65 905 18 9 10000 39 25 Pcm2 4 7 65 MS 10000 0 4 7 65 550 802 95 10000 1351 Pcm1 Pcm2 0 5 39 25 1351 417 0 5 1808kg 铁心重角重 P0 空载损耗 0 P 1808 0 919 1662W 铁心重量单位损耗 3 3 93 3 9 短路阻抗计算短路阻抗计算 2 Kex I 6000 01443 38 6000 00 24 F 775 795 24038 650 30 363 378541 85826 85 40 10 78 14 56 0 5 94 5 94 7 17 38 10 16 463mm 2 67 ex 4 1000 1207 5 3 826 85 14 4375100 4 83 10 5 17 10 63 1443 38 6000 5 95V kex er 8118 10 1000 0 8118V 2222 Ucc ex 5 950 8118 6 01Ver 43 气道宽之和低压线厚高压线厚 高低压间漏磁宽 3 高低压线圈辐向尺寸漏磁总宽 平均电抗高度 F 6000 4 2 0 0 低压电流 匝电势心柱数 平均匝长容量 F ex 容量 负载损耗 10 0 0 r e 箔绕需再 0 95 2 0 0 2 0 0 0 0 rxk eeu 3 3 103 3 10 铁心温升的计算铁心温升的计算 有计算可得 铁心柱中心距 550mm 低压绕组的内径 265mm 电抗高度 795mm 空 0 M 2 D 2 Le 载损耗 1662W 铁心窗高 905mm 0 P 0 H 有查表可得 迭片系数 0 97 迭片总厚度 b 238mm 最大迭片厚度 235mm 最小迭片 0 k max b 厚度 60mm 净横截面积 436 306 min b c A 2 mm 散热面积的计算 644 100 2 8 102108 550 238 0 972 436 406 10 1 17 c SMb kA m 442 2maxmin0 4 104 23560238 0 97 100 162Sbbb km 66 30minmaxmin 4 2 104 2 55060 23560 10SMbbb 2 0 812m 6 4020max 6 2 6 0 75 10 6 905795 238 0 97235 0 75 10 0 22 SHLeb kb m 66 50max2 2 6 0 75 106 238 0 97235 795 0 75 10 0 167 Sb kbLe m 02 0 5 11 6 0 5 265 11 6436 306 11 35 C aDA 0 0 50 5 11 355 67aa 有效散热系数为 2 8 1 60 251 60 25 0102 0 56 2 0 56 2 5 67 905795 aaHLe 总的散热面积为 2 1234501 1 170 1620 8120 220 167 2 82 8316mSSSSSSa 铁心的单位热负荷为 2 00 1662 2 8316586 95 qPSW m 铁心温升为 0 80 8 0 0 360 36 586 9559tqK 3 3 113 3 11 高压绕组温升的计算高压绕组温升的计算 有计算可得 高压绕组内径 415mm 高压绕组外径 516mm 高压绕组轴向长度 4 D 5 D 775mm 轴向厚度为 15 28mm 19 06mm 电抗高度 765mm 高压绕 1 L 1 l 2 l 1 Le 组的铜损 1 4512 Cu PW 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 1 n c A 2 mma 压绕组间的距离 L 40mm 散热面积计算 662 11131 10 10775 4158 10 100 948SLDnm 6 121311 6 2 2 10 10 775 4152 15 28 8 10 10 1 02 SLDln m 6 131521 6 2 2 10 10 775 5162 18 97 8 10 10 1 1 SLDln m 6 1415 6 2 10 775 51610 1 26 SLD m 有效散热系数 1 60 251 60 25 111 0 56 0 5 2 0 56 0 5 40 16 2 775 0 337aLaL 1 60 251 60 25 121 0 56 0 56 16 775 0 119aa L 总的散热面积为 1111112121314 2 3 3 0 337 0 9480 119 1 02 1 1 1 26 5 50 SaSaSSS m 高压绕组的单位热负荷为 2 111 4512 5 50820 36 m Cu qPSW 高压绕组温升 K 0 80 8 1 0 330 33 820 3670 7tq 3 3 123 3 12 底压绕组温升的计算底压绕组温升的计算 有计算可得 低压绕组内径 265mm 低压绕组外径 342mm 低压绕组轴向长度 2 D 3 D 795mm 轴向厚度为 6 34mm 7 96mm 电抗高度 795mm 低压 2 L 12 ll 3 l 2 Le 绕组的铜损 2 2859 Cu PW 有查表可得 撑条根数 8 净横截面积 436 306 气道宽度为 8mm 2 n c A 2 mm 1 a 10mm 高低压绕组间的距离 L 40mm 2 a 散热面积计算 662 21222 10 10795 2658 10 100 598SLDnm 6 222212 6 2 2 0 710 10 795 2652 6 31 0 78 10 10 0 4