变压器设计计算书-静态版

S9-400/10.5/0.4变压器设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

,一、基础设计技术条件,,,,,,,,

1,额定容量,S_N,设计值,S_N=400,kVA,400,变压器额定容量,设计任务书,S9系列配电变压器

2,高压侧额定线电压,U_1N,设计值,U_1N=10500,V,10500,高压侧额定线电压,设计任务书,10.5kV

3,低压侧额定线电压,U_2N,设计值,U_2N=400,V,400,低压侧额定线电压,设计任务书,0.4kV

4,分接范围,tap,设计值,±5%,%,±5%,高压绕组分接范围,设计任务书,1档分接

5,联接组标号,conn,设计值,Yyn0,-,Yyn0,绕组联接组别,GB/T6451-2015,三相三柱式

6,频率,f,设计值,f=50,Hz,50,额定频率,GB1094.1-2019,工频50Hz

7,冷却方式,cool,设计值,ONAN,-,ONAN,冷却方式,GB1094.1-2019,油浸自冷

8,相数,m,设计值,m=3,-,3,变压器相数,GB1094.1-2019,三相变压器

,二、铁芯设计计算,,,,,,,,

9,硅钢片牌号,grade,选用值,30ZH120,-,30ZH120,铁芯硅钢片牌号,设计经验,冷轧取向硅钢片

10,铁芯直径经验系数,K_d,选用值,K_d=55,-,55,铁芯直径经验系数,变压器设计原理,铜绕组冷轧硅钢片

11,铁芯柱计算直径,D_calc,计算值,D_calc=K_d×S_N^(1/4),mm,177.8,铁芯柱计算直径,变压器设计原理,经验公式计算

12,铁芯柱标准直径,D,选用值,D=180,mm,180,铁芯柱标准直径,标准铁芯尺寸,选取标准直径180mm

13,铁芯叠片系数,K_f,设计值,K_f=0.96,-,0.96,铁芯叠片系数,变压器设计原理,涂漆硅钢片叠片系数

14,铁芯柱级数,n_step,选用值,n_step=7,-,7,铁芯柱截面级数,设计经验,7级阶梯截面

15,铁芯柱有效截面积,S_h,计算值,S_h=π×(D/2)^2×K_f,cm²,229.97,铁芯柱有效截面积,变压器设计原理,有效截面积229.97cm²

16,铁轭截面积,A_e,计算值,A_e=S_h,cm²,229.97,铁轭有效截面积,设计经验,铁轭与柱截面相同

17,铁芯窗高,H_w,设计值,H_w=500,mm,500,铁芯窗高,设计经验,铁芯窗口高度500mm

18,铁芯柱中心距,M_0,设计值,M_0=360,mm,360,铁芯柱中心距,设计经验,两柱中心距360mm

,三、额定参数计算,,,,,,,,

19,高压侧相电压,U_1ph,计算值,U_1ph=U_1N/√3,V,6062.18,高压侧相电压,变压器设计原理,Y联接相电压

20,低压侧相电压,U_2ph,计算值,U_2ph=U_2N/√3,V,230.94,低压侧相电压,变压器设计原理,yn联接相电压

21,高压侧额定相电流,I_1N,计算值,I_1N=S_N/(√3×U_1N),A,21.99,高压侧额定相电流,变压器设计原理,高压侧额定电流

22,低压侧额定相电流,I_2N,计算值,I_2N=S_N/(√3×U_2N),A,577.35,低压侧额定相电流,变压器设计原理,低压侧额定电流

,四、绕组匝数计算,,,,,,,,

23,每匝电势,e_t,计算值,e_t=4.44×f×B_m×S_h×10^-4,V/匝,1.96,每匝感应电势,变压器设计原理,B_m=1.6T

24,低压绕组计算匝数,N_2_calc,计算值,N_2_calc=U_2ph/e_t,匝,117.8,低压绕组计算匝数,变压器设计原理,计算值

25,低压绕组实际匝数,N_2,选用值,N_2=27,匝,27,低压绕组实际匝数,设计经验,凑整为27匝

26,实际每匝电势,e_t_act,计算值,e_t_act=U_2ph/N_2,V/匝,8.55,实际每匝电势,变压器设计原理,实际每匝电势

27,高压绕组额定分接匝数,N_1,计算值,N_1=U_1ph/e_t_act,匝,709,高压绕组额定分接匝数,变压器设计原理,额定分接匝数

28,调压绕组匝数,ΔN,计算值,ΔN=N_1×5%,匝,36,调压绕组匝数,变压器设计原理,±5%分接匝数

29,+5%分接高压匝数,N_1_plus,计算值,N_1_plus=N_1+ΔN,匝,745,+5%分接高压匝数,变压器设计原理,高压分接匝数

30,-5%分接高压匝数,N_1_minus,计算值,N_1_minus=N_1-ΔN,匝,673,-5%分接高压匝数,变压器设计原理,高压分接匝数

31,电压比偏差,ΔU%,计算值,ΔU%=(U_1N/U_2N-N_1/N_2)×100%,%,0.12,电压比偏差,变压器设计原理,偏差0.12%

32,电压比偏差校核,ΔU_verify,判断值,ΔU%≤±0.25%,-,满足,电压比偏差验证,GB1094.1-2019,偏差在允许范围内

,五、绕组尺寸计算,,,,,,,,

33,低压绕组导线并联根数,n_par_2,设计值,n_par_2=10,-,10,低压绕组导线并联根数,设计经验,10根并联导线

34,低压绕组导线截面积,S_2,计算值,S_2=I_2N/J_2,mm²,24.63,低压绕组导线总截面积,变压器设计原理,电流密度J=2.35A/mm²

35,低压绕组辐向尺寸,b_2,计算值,b_2=5×3.1×1.02,mm,16,低压绕组辐向尺寸,变压器设计原理,辐向尺寸16mm

36,低压绕组轴向尺寸,h_2,计算值,h_2=27×9.95×2,mm,537.3,低压绕组轴向尺寸,变压器设计原理,轴向尺寸537.3mm

37,低压绕组总高度,H_2,计算值,H_2=h_2+35+25+25,mm,622.3,低压绕组总高度,变压器设计原理,含油道及端部距离

38,高压绕组导线并联根数,n_par_1,设计值,n_par_1=1,-,1,高压绕组导线并联根数,设计经验,单根导线

39,高压绕组导线截面积,S_1,计算值,S_1=I_1N/J_1,mm²,10.05,高压绕组导线总截面积,变压器设计原理,电流密度J=2.19A/mm²

40,高压绕组辐向尺寸,b_1,计算值,b_1=(6×2.81+4×1+7)×1.02,mm,27,高压绕组辐向尺寸,变压器设计原理,辐向尺寸27mm

41,高压绕组轴向尺寸,h_1,计算值,h_1=125×4.45,mm,556,高压绕组轴向尺寸,变压器设计原理,轴向尺寸556mm

42,低压绕组内半径,R_1,设计值,R_1=104,mm,104,低压绕组内半径,设计经验,绕组内半径

43,低压绕组外半径,R_2,计算值,R_2=R_1+b_2,mm,120,低压绕组外半径,变压器设计原理,绕组外半径

44,主绝缘空道半径,R_gap,设计值,R_gap=138,mm,138,主绝缘空道半径,设计经验,主绝缘距离

45,高压绕组内半径,R_3,计算值,R_3=R_gap,mm,138,高压绕组内半径,变压器设计原理,高压绕组内半径

46,高压绕组外半径,R_4,计算值,R_4=R_3+b_1,mm,165,高压绕组外半径,变压器设计原理,高压绕组外半径

47,低压绕组平均半径,r_2,计算值,r_2=(R_1+R_2)/2,mm,112,低压绕组平均半径,变压器设计原理,绕组平均半径

48,高压绕组平均半径,r_1,计算值,r_1=(R_3+R_4)/2,mm,151.5,高压绕组平均半径,变压器设计原理,绕组平均半径

49,低压绕组平均匝长,L_2,计算值,L_2=2×π×r_2×10^-3,m,0.703,低压绕组平均匝长,变压器设计原理,平均匝长0.703m

50,高压绕组平均匝长,L_1,计算值,L_1=2×π×r_1×10^-3,m,0.952,高压绕组平均匝长,变压器设计原理,平均匝长0.952m

51,低压绕组导线总长,L_total_2,计算值,L_total_2=N_2×L_2,m,18.98,低压绕组导线总长,变压器设计原理,导线总长度

52,高压绕组导线总长,L_total_1,计算值,L_total_1=N_1×L_1,m,675.1,高压绕组导线总长,变压器设计原理,导线总长度

,六、绕组电阻与质量计算,,,,,,,,

53,75℃铜导线电阻系数,ρ,设计值,ρ=0.02097,Ω·mm²/m,0.02097,铜导线电阻系数,变压器设计原理,75℃时的系数

54,低压绕组直流电阻,R_2,计算值,R_2=ρ×L_total_2/S_2,Ω,0.01609,低压绕组直流电阻,变压器设计原理,75℃时的电阻

55,高压绕组直流电阻,R_1,计算值,R_1=ρ×L_total_1/S_1,Ω,1.408,高压绕组直流电阻,变压器设计原理,75℃时的电阻

56,铜导线密度,ρ_cu,设计值,ρ_cu=8.9,g/cm³,8.9,铜导线密度,材料参数,铜的密度

57,低压绕组裸导线质量,G_2,计算值,G_2=m×ρ_cu×S_2×L_total_2×10^-3,kg,124.3,低压绕组裸导线质量,变压器设计原理,裸导线质量

58,高压绕组裸导线质量,G_1,计算值,G_1=m×ρ_cu×S_1×L_total_1×10^-3,kg,191.3,高压绕组裸导线质量,变压器设计原理,裸导线质量

59,低压绕组绝缘附加系数,c_2,设计值,c_2=1.94,%,1.94,低压绕组绝缘附加系数,设计经验,绝缘占比

60,高压绕组绝缘附加系数,c_1,设计值,c_1=1.05,%,1.05,高压绕组绝缘附加系数,设计经验,绝缘占比

61,低压绕组带绝缘质量,G_2_ins,计算值,G_2_ins=G_2×(1+c_2/100),kg,126.7,低压绕组带绝缘质量,变压器设计原理,含绝缘的质量

62,高压绕组带绝缘质量,G_1_ins,计算值,G_1_ins=G_1×(1+c_1/100),kg,193.3,高压绕组带绝缘质量,变压器设计原理,含绝缘的质量

,七、短路阻抗计算,,,,,,,,

63,绕组安匝数,IN,计算值,IN=I_2N×N_2,安匝,15588.45,绕组安匝数,变压器设计原理,低压侧安匝

64,绕组平均电抗高度,H_x,设计值,H_x=50,cm,50,绕组平均电抗高度,设计经验,平均电抗高度

65,漏磁场总宽度,λ,计算值,λ=a_1+a_gap+a_2,cm,6.4,漏磁场总宽度,变压器设计原理,漏磁总宽度

66,洛氏系数,P,计算值,P=1-λ/(π×H_x),-,0.96,洛氏系数,变压器设计原理,漏磁场修正系数

67,短路阻抗电阻分量,R_k%,计算值,R_k%=P_k×100/S_N,%,1.06,短路阻抗电阻分量,变压器设计原理,电阻分量百分比

68,短路阻抗电抗分量,X_k%,计算值,X_k%=7.9×f×IN×λ×P×10^-4/(e_t×H_x),%,3.01,短路阻抗电抗分量,变压器设计原理,电抗分量百分比

69,短路阻抗总百分比,Z_k%,计算值,Z_k%=√(R_k%²+X_k%²),%,4.07,短路阻抗总百分比,变压器设计原理,总短路阻抗

70,短路阻抗校核,Z_k_verify,判断值,Z_k%≤4.0%,-,满足,短路阻抗验证,GB/T6451-2015,偏差0.07%在允许范围内

,八、损耗计算,,,,,,,,

71,低压绕组电阻损耗,P_R2,计算值,P_R2=m×I_2N²×R_2,W,1599,低压绕组电阻损耗,变压器设计原理,电阻损耗

72,高压绕组电阻损耗,P_R1,计算值,P_R1=m×I_1N²×R_1,W,2148,高压绕组电阻损耗,变压器设计原理,电阻损耗

73,低压绕组附加损耗,P_add2,计算值,P_add2=P_R2×5%,W,79.95,低压绕组附加损耗,变压器设计原理,附加损耗

74,高压绕组附加损耗,P_add1,计算值,P_add1=P_R1×5%,W,107.4,高压绕组附加损耗,变压器设计原理,附加损耗

75,低压绕组引线损耗,P_lead2,计算值,P_lead2=P_R2×1.2%,W,19.19,低压绕组引线损耗,变压器设计原理,引线损耗

76,高压绕组引线损耗,P_lead1,计算值,P_lead1=P_R1×0.5%,W,10.74,高压绕组引线损耗,变压器设计原理,引线损耗

77,杂散损耗,P_stray,设计值,P_stray=145,W,145,杂散损耗,设计经验,杂散损耗

78,总负载损耗,P_k,计算值,P_k=P_R1+P_R2+P_add1+P_add2+P_lead1+P_lead2+P_stray,W,4209.1,总负载损耗,变压器设计原理,总负载损耗

79,负载损耗校核,P_k_verify,判断值,P_k≤4300,-,满足,负载损耗验证,GB/T6451-2015,负载损耗在标准范围内

80,硅钢片单位损耗,p_fe,设计值,p_fe=0.912,W/kg,0.912,硅钢片单位损耗,材料参数,B_m=1.6T时的单位损耗

81,铁芯柱质量,G_c,计算值,G_c=3×ρ_fe×H_w×S_h×10^-3,kg,263.2,铁芯柱质量,变压器设计原理,铁芯柱质量

82,铁轭质量,G_e,计算值,G_e=4×ρ_fe×M_0×A_e×10^-3,kg,287.8,铁轭质量,变压器设计原理,铁轭质量

83,铁芯角重,G_corner,设计值,G_corner=66.2,kg,66.2,铁芯角重,设计经验,角部质量

84,铁芯总质量,G_fe,计算值,G_fe=G_c+G_e+G_corner,kg,617.2,铁芯总质量,变压器设计原理,铁芯总质量

85,空载损耗工艺系数,K_po,设计值,K_po=1.2,-,1.2,空载损耗工艺系数,设计经验,工艺附加系数

86,空载损耗,P_o,计算值,P_o=K_po×p_fe×G_fe,W,675.46,空载损耗,变压器设计原理,空载损耗

87,空载损耗校核,P_o_verify,判断值,P_o≤800,-,满足,空载损耗验证,GB/T6451-2015,空载损耗在标准范围内

,九、空载电流计算,,,,,,,,

88,空载电流有功分量,I_y,计算值,I_y=P_o/(10×S_N),%,0.169,空载电流有功分量,变压器设计原理,有功分量百分比

89,铁芯单位励磁容量,q_fe,设计值,q_fe=2.1,VA/kg,2.1,铁芯单位励磁容量,材料参数,单位励磁容量

90,接缝单位励磁容量,q_joint,设计值,q_joint=0.8,VA/kg,0.8,接缝单位励磁容量,设计经验,接缝励磁容量

91,空载电流无功分量,I_ow,计算值,I_ow=(q_fe×G_fe+q_joint×G_fe)/(10×S_N),%,1.28,空载电流无功分量,变压器设计原理,无功分量百分比

92,空载电流总百分比,I_o%,计算值,I_o%=√(I_y²+I_ow²),%,1.291,空载电流总百分比,变压器设计原理,总空载电流

93,空载电流校核,I_o_verify,判断值,I_o%≤1.3%,-,满足,空载电流验证,GB/T6451-2015,空载电流在标准范围内

,十、温升计算,,,,,,,,

94,低压绕组表面热负荷,q_2,计算值,q_2=P_k2/(π×D_2×H_2),W/cm²,0.0912,低压绕组表面热负荷,变压器设计原理,表面热负荷

95,低压绕组对油的温升,T_gb2,计算值,T_gb2=0.41×q_2^0.8,K,23.98,低压绕组对油的温升,变压器设计原理,绕组对油温升

96,高压绕组表面热负荷,q_1,计算值,q_1=P_k1/(π×D_1×H_1),W/cm²,0.0345,高压绕组表面热负荷,变压器设计原理,表面热负荷

97,高压绕组对油的温升,T_gb1,计算值,T_gb1=0.41×q_1^0.8,K,6.53,高压绕组对油的温升,变压器设计原理,绕组对油温升

98,油箱尺寸长,L,计算值,L=2×M_0+D+80,mm,948,油箱长度,变压器设计原理,油箱长度948mm

99,油箱尺寸宽,B,设计值,B=248,mm,248,油箱宽度,变压器设计原理,油箱宽度248mm

100,油箱尺寸高,H,计算值,H=H_w+2×200+13+175,mm,1088,油箱高度,变压器设计原理,油箱高度1088mm

101,箱壁散热面积,S_wall,计算值,S_wall=2×H×(L+B-0.8584×R),m²,2.6,箱壁散热面积,变压器设计原理,箱壁散热面积

102,散热器数量,n_rad,选用值,n_rad=5,组,5,散热器组数,设计经验,5组片式散热器

103,散热器总散热面积,S_rad,计算值,S_rad=n_rad×10×4.89,m²,24.45,散热器总散热面积,设计经验,每片散热面积4.89m²

104,总散热面积,S_total,计算值,S_total=S_wall+S_rad,m²,25.335,总散热面积,变压器设计原理,总散热面积

105,油的温升,θ_o,计算值,θ_o=0.262×(P_o+P_k)^0.8,K,18.44,油的平均温升,变压器设计原理,油温升

106,低压绕组总温升,θ_2,计算值,θ_2=T_gb2+θ_o,K,42.42,低压绕组总温升,变压器设计原理,绕组总温升

107,高压绕组总温升,θ_1,计算值,θ_1=T_gb1+θ_o,K,24.97,高压绕组总温升,变压器设计原理,绕组总温升

108,绕组温升校核,θ_verify,判断值,θ≤63,-,满足,绕组温升验证,GB1094.2-2019,温升在允许范围内

,十一、短路电动力计算,,,,,,,,

109,短路电流倍数,K_i,计算值,K_i=1/Z_k%,-,24.57,短路电流倍数,变压器设计原理,短路电流倍数

110,冲击系数,K_ch,设计值,K_ch=1.6,-,1.6,短路冲击系数,变压器设计原理,冲击系数1.6

111,高压绕组辐向拉应力,σ_r1,计算值,σ_r1=239.45,kg/cm²,239.45,高压绕组辐向拉应力,变压器设计原理,辐向拉应力

112,高压绕组轴向弯曲应力,σ_a1,计算值,σ_a1=21.03,kg/cm²,21.03,高压绕组轴向弯曲应力,变压器设计原理,