变压器线圈的基本要求、结构型式、结构特点课件

變壓器線圈基本要求、結構型式、結構特點2.1對變壓器線圈的基本要求

線圈是構成變壓器電路部分的核心，要保證變壓器長期運行的可靠性，變壓器的線圈必須滿足以下三點基本要求。

2.1.1電氣強度

在變壓器長期運行中，其絕緣必須能可靠地承受住以下四種電壓的作用，即大氣過電壓、操作過電壓、暫態過電壓和長期工作電壓。操作過電壓與暫態過電壓統稱為內部過電壓。1)大氣過電壓也叫雷電過電壓。自然界的雷電一閃即逝，作用的時間很短，只有幾至幾十微秒，但電壓很高，可達1000kv以上，電流也很大，大到100kA以上。如果雷電直接擊在變壓器上，變壓器就會立即毀壞。因此，變壓器是不能直接承受雷擊的。2)操作過電壓就是電力系統中正常操作中出現的過電壓，如空載變壓器的投入與切除運行等。這種過電壓是一種衰減振盪波，持續時間較短。

3)暫態過電壓系統突然失去負載或單相故障接地、電弧接地、鐵磁諧振等情況突然出現的過電壓，通常可達額定電壓的1.3~1.5倍，作用時間不足一秒至數十秒。4)

長期工作電壓，變壓器在長期工作電壓作用下，其絕緣不得有游離現象，更不得有局部放電或擊穿發生。因此，電壓較高的線圈出頭，引線直徑不得過細，並有一定厚度的絕緣覆蓋；線圈內外表面電力線集中的地方，尤其是高電壓產品，往往都有隔板、角環，端部有靜電板等。匝絕緣

線圈的匝間也有一定的工作電壓，導線的匝絕緣必須在工作電壓下長期運行，不得有游離。導線匝絕緣的游離電壓一般值如下表：匝絕緣游離電壓一般值（kv,有效值）

匝絕緣厚度（mm)0.450.951.351.952.95工藝過程真空乾燥，一般浸油

22.53____真空乾燥，真空浸油

3456__注意!!!從確保安全運行角度出發，匝絕緣的長期過電壓，建議至少應比表中值低10~15%。

2.1.2.耐熱強度線圈的耐熱強度包含兩方面：其一，在長期工作電流產生的熱作用下，線圈絕緣的使用壽命應不少於二十年；其二，變壓器在運行條件下，在任意線端發生突然短路，線圈應能承受住此電流所產生的熱作用而無損傷。

2.1.2.1.線圈絕緣的使用壽命

根據長期使用的經驗，由於變壓器的電壓較高、電場作用較強等因素，要保證變壓器的使用壽命不低於20年，其所用絕緣材料的長期使用的極限溫度，實際比上表的數值略低，例如油浸式變壓器的絕緣（A級）長期使用的極限溫度，根據經驗應為98℃。顯然，絕緣長期運行的溫度越低，絕緣老化慢，使用壽命長，相反，長期運行的溫度高，絕緣老化快，使用壽命短。

絕緣材料的耐熱分級

耐熱分級

AEB

F

H

極限溫度（℃）105

120130

155

1806度定則(1)

當t=98℃時，使用壽命A=20年(正好是經濟使用壽命)；A=20*298/6*2-98/6=20*20=20(2)當t=104℃時，使用壽命A=10

年；A=20*298/6*2-104/6=20*2-1=10(3)當t=92℃時，使用壽命A=40年。A=20*298/6*2-92/6=20*21=40

即，溫度每升高（或降低）6℃,絕緣老化壽命降低一半（或提高一半），這被稱為“6度定則”。2.1.2.2.線圈的熱穩定

變壓器在運行中，由於事故、網路或變壓器端子會發生突然短路，線上圈中會流過超過正常工作電流數倍至數十倍的短路電流，短時內線圈損耗加大，溫度很快上升，即瞬變過熱。這個溫度可達250℃~300℃,這種瞬間溫度是允許的，但作用時間不得超過國家標準規定。2.1.2.3機械強度

根據電磁原理可知，放在磁場裏的載流導體，在電流和磁場的作用下，會產生電動力。正常情況下，線圈的電動力不大，但當變壓器受到短路電流的衝擊，其電流可為正常額定電流的數倍至數十倍。電動力與電流的平方成正比，因此線圈所受到的電動力可為正常運行時的數十至數百倍，甚至更高。正常情況下，線圈的電動力不大，但是，如果線圈製造過程中，線段鬆動、導線彎曲、導線表面有裂紋、起皮、毛刺，導線焊接不好及導線絕緣破損等缺陷，由於電動力引起的長期振動，會使這些缺陷擴大，導線與導線之間長期互相摩擦致使絕緣損壞而放電，這就會造成正常運行中的線圈突然損壞。

線圈橫向受力情況當突發短路時，對外線圈來說，橫向電動力使導線受拉應力。拉應力過大，導線被拉長，線圈直徑擴大，發生永久變形，導線匝絕緣也同時被拉長，最後以致匝絕緣破裂，形成匝間短路，將線圈燒壞。對內線圈來說，橫向電動力使導線受壓應力。內線圈內壁是由撐條支撐的，壓應力過大，兩撐條間的導線作為受壓力的梁因彎矩過大而發生永久變形。

線圈橫向受力情況線圈縱向受力情況沿圓周由T形墊塊支撐的餅式線圈，縱向電動力過大時，而墊塊間的導線作為受力的梁，因彎矩過大而產生永久變形。縱向電動力還可以使線圈縱向位移，如一個線圈整個向上提升，或一個線圈中部某處撐開。這種損壞，往往是線圈製造或裝配不良，高、低壓線圈間原始狀態就有位移引起安匝不平衡所致。

線圈縱向受力情況線圈受綜合力的影響線上圈端部主要是由縱向漏磁的縱向和橫向分量所產生的縱向和橫向電動力綜和作用所引起。線上圈中部主要是由縱向磁場縱向分量所產生的橫向電動力。主要損壞現象為線圈發生扭轉，端部出頭（尤其是多根並繞的圓筒式或螺旋式線圈的出頭）沿圓周位移，線圈導線歪斜甚至倒塌。線圈受綜合力的影響要求!!!為了保證變壓器能承受住突發短路的電動力的作用，除設計上要保證以外，在工藝上的保證尤為重要。線圈繞制要緊實，必須滿足工藝規定的繞線時導線的張緊力。導線排列要整齊，線圈的撐條墊塊的位置必須準確，符合工藝的公差範圍。換位、出頭包紮，焊頭的處理必須按規定進行。線圈的整形和軸向壓緊力應嚴格執行線圈套裝與加壓的各項規定。要求!!!2.2線圈的結構型式變壓器的線圈大致可分為層式和餅式兩種。線圈的線匝沿其軸向按層依次排列的稱為層式線圈；線圈的線匝在輻向形成線餅（線段）後，再沿軸向排列的稱為餅式線圈。

層式線圈圓筒式——單層圓筒式.、雙層圓筒式、多層圓筒式和分段圓筒式箔式—一般箔式、分段箔式餅式線圈連續式—一般連續式、半連續式糾結式—糾結連續式、普通糾結式和插花糾結式內遮罩式（內遮罩連續式）螺旋式—單螺旋式（單半螺旋式）、雙螺旋式（雙半螺旋式）和四螺旋式交錯式—由連續式或螺旋式線段交錯排列而成

2.3線圈的結構特點

因變壓器容量和電壓等級的不同，線圈所具有的結構特點也各不相同。這些特點是匝數、導線截面、並聯導線換位、繞向、線圈的連接方式和形式等。

2.3.1線圈的匝數

在變壓器的鐵心截面確定後，線圈的每匝電壓就確定了。那麼，根據線圈的電壓等級的不同，線圈的匝數為：

W=U/et,（匝）式中

U——變壓器的相電壓（V）;et——每匝電勢（V/匝）。2.3.2導線的電流密度

目前，漆包圓銅線的直徑為Φ0.1~2.5；紙包圓銅線徑為0.985~5.55。直徑在1.0~2.0時優先採用漆包線。因紙包線在直徑較小時絕緣包得不緊實，所以在直徑>2.0時，一般才選擇紙包線。扁導線的窄邊a=1.12~5.6mm,寬邊b=3.0~16.0mm。寬窄比1.4<b/a<8,一般情況b/a=1.5~5,層式線圈取大值。太厚的扁線使線餅不易繞制，太薄的扁線不易平彎，且焊接困難。導線的電流密度為j=I/A,(A/mm²)

式中I——變壓器相電流（A）;A——導線總截面(mm²)。由於有變壓器的負載損耗、溫升的限制和動、熱穩定性的要求，導線的電流密度不易過大。一般銅導線j=3.0~4.0A/mm²。變壓器線圈設計合理，可以取大值