【正文】 湖南工程學(xué)。 變壓器的負(fù)載運(yùn)行 負(fù)載 運(yùn)行 1 次側(cè)接電源 U1， 2 次側(cè)接負(fù)載 ZL，此時(shí) 2 次側(cè)流過(guò)電流 I2， 1 次側(cè)電流不再是 I0，而是變?yōu)?I1，這即是變壓器的負(fù)載運(yùn)行。 Rm 和 Xm 隨著飽和程度的增大而減小，在實(shí)際應(yīng)用中要注意到這個(gè)結(jié)論。 空載等效電路 用一個(gè)阻抗 (Rm+jXm)表示主磁通 Φ 對(duì)變壓器的作用，用另一個(gè)阻抗 (R1+jX1ζ)1 次側(cè)繞組電阻 R1 和漏抗 X1ζ的作用，即可得到空載時(shí)變壓器的等效 電路。 Rm 是用來(lái)代表鐵耗的虛擬電阻，稱(chēng)為鐵耗電阻。 Im=I0w+I0r E1=ImRm+jImXm=ImZm Im 是勵(lì)磁過(guò)程必須的電流 (包括磁化電流 /有功電流 )，稱(chēng)為勵(lì)磁電流。 ，是一個(gè)純粹的無(wú)功電流。 Bm≈熱軋硅鋼片 ∽ ；冷軋硅鋼片 ∽ 電壓比 K:指三相變壓器的線電壓之比 在做三相變壓器聯(lián)結(jié)繞組試驗(yàn)時(shí)用到電壓比 K 進(jìn)行計(jì)算。 變壓器的變比 k 和電壓比 K 變比 k:指變壓器 1/2 次繞組的電勢(shì)之比 k=E1/E2=()/()=N1/N2 變比 k 等于匝數(shù)比。在設(shè)計(jì)時(shí)，若電壓U1 和頻率 f給定，則變壓器磁通由匝數(shù) N1 決定。 E1ζ=jX1ζI0 考慮到 1 次側(cè)繞組的電阻壓降后，其電勢(shì)平衡方程為 U1=E1E1ζ+R1I0=E1+jX1ζI0+R1I0=E1+I0Z1 1 次側(cè)無(wú)電流，故： E2=U2 對(duì)于 1 次側(cè)來(lái)說(shuō)，電阻壓降和漏抗壓降都很小。用相量表示時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮有效值和相位。) E1ζm=N1Φ1ζmω E1ζ= 由于漏磁路的磁導(dǎo)率 μo 為常數(shù)， Φ1ζm =L1ζII0，故 E1ζ==X1ζI0，即 E1ζ可用漏抗壓降的形式表示。說(shuō)明感應(yīng)電勢(shì) E1 與磁通 Φm/頻率 f/繞組匝數(shù) N成正比。) =E1msin(ωt－ 90176。 由于磁通在交變，根據(jù)電磁感應(yīng)定律： e1=N1dΦ/dt e2=N2dΦ/dt e1ζ=N1dФ1ζ/dt 電勢(shì)公式及電勢(shì)平衡方程式推導(dǎo) 空載時(shí)，主磁通 Ф 在 1 次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) E1,在 2 次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) E2,1 次側(cè)的漏磁通 Φ1ζ在 1 次側(cè)漏抗電勢(shì) E1ζ。 電量方向規(guī)定：電壓 u1 與電流 i0 同方向，磁通 Ф 正方向與電流 i0 正方向符合右手螺旋定則。 另一部分磁通僅與 1 次繞組匝鏈，通過(guò)油 /空氣形成閉路，屬于非工作磁通，稱(chēng)為 1次側(cè)的漏磁通 Ф1ζ。 空載時(shí) 1 次側(cè)繞組中的電流 i0 為空載電流，磁勢(shì) F0=I0N1 叫勵(lì)磁磁勢(shì)。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時(shí)，就是磁勢(shì)。2，所以這部分電流隨著 205。2 時(shí)，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時(shí)，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過(guò)兩部分電流，一部分為激磁電流 205。0），這個(gè)電流稱(chēng)為激磁電流。2 大小也就不同。 Ф 在兩個(gè)繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) e1 和 e2 e1=－ N1 2=－ N2dФ/dt 如果略去繞組電阻和漏抗壓降，則 u1/u2≈(e1)/(e2)=N1/N2 u1/u2≈(e1)/(e2)=N1/N2=k, k 定義為變壓器的變比 8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計(jì) ） 16 由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢(shì) E1 和 E2 大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓 218。2，感應(yīng)電勢(shì)公式為： E= 式中： E感應(yīng)電勢(shì)有效值 f頻率 N匝數(shù) 216。1，這些磁通 稱(chēng)為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢(shì) 201。1 時(shí)，流過(guò)電流 205。 兩個(gè)繞組 :1 次側(cè)繞組 (原邊 )N1,2 次側(cè)繞組 (副邊 )N2。 [1][2] 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 第 3 章 變壓器的原理 變壓器是一種靜止電機(jī)，它可以將一種電壓的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓的電能 。鋼板越厚，渦流越強(qiáng)，使該處局部發(fā)熱并增加損耗。 當(dāng)瓷套管的額定電流較大時(shí)，在安裝孔附近必須采取增大磁阻的措施，以隔絕磁力線。 有附加絕緣的瓷套 它是單體瓷套管上增加絕緣而成，所以也稱(chēng)有附加絕緣的單體瓷套管，分導(dǎo)桿式和穿纜式兩個(gè)系列，由于單體瓷套管的徑向電場(chǎng)不均勻，瓷的介電常數(shù)大，而空氣或變壓器油的介電常數(shù)小，使電位主要分布在空中或油中，而絕緣性能好的瓷質(zhì)上電位則較低。導(dǎo)桿式如左圖中前三圖所示，下部有一個(gè)固定槽，可卡入電 線接頭的凸臺(tái)和導(dǎo)電桿下端的定位件，使電纜接頭和導(dǎo)電桿連接時(shí)不8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計(jì) ） 14 會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 套管上部的接線形式有以下兩種： (1)電流在 600A 及以下時(shí)，采用桿式接線，如圖左； (2)電流在 800～ 3000A 時(shí)為板式接線，如圖中和右； 套管下部的接線頭形式有以下三種： (1)電流在 600A 以下為桿式； (2)電流在 8001200A 時(shí)為桿式，用兩片軟銅皮導(dǎo)電； (3)電流在 20203000A 時(shí)為板式接線。紙墊圈 8 和 11 起著緩沖作用，避免在安裝壓緊時(shí)下瓷套受力過(guò)于集中而損壞。上瓷套作為徑向絕緣和空氣側(cè)軸向絕緣，下瓷套作為油側(cè)軸向絕緣。它的結(jié)構(gòu)如左圖所示。由瓷套、導(dǎo)電桿和有關(guān)零部件所構(gòu)成，是變壓器套管中比較簡(jiǎn)單的一種結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)材質(zhì)及制造方法的不同，又分為膠紙電容式和油紙電容式兩種。變壓器瓷套管中的導(dǎo)體是載流元件之一，在變壓器運(yùn)行中，長(zhǎng)期通過(guò)負(fù)載電流 ；短路時(shí)通過(guò)短路電流，因此瓷套管必須具有良好的熱穩(wěn)定性。 變壓器的瓷套管 變壓器的瓷套管 ，是將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱的外部，不但作為引線對(duì)地的絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。 由于膜片在制造和密封上有困難，所以防爆管總是稍高于油枕。圓筒的頂端有一個(gè)肢木或玻璃膜片。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)左圖。為了便于 更換吸 附 劑，容器的上、下蓋板都做成可拆式的，同時(shí)在油管道的上端和下端都裝有平板式油閥門(mén)，只需關(guān)閉閥門(mén)，隔絕凈油器與油箱的油路，就可以放出凈油器中的存油，拆開(kāi)上、下蓋板，更換吸附劑。在運(yùn)行中，由于上、下油層之間的溫差，使得絕緣油從上向下經(jīng)過(guò)凈油器形成對(duì)流，絕緣油與吸附劑接觸之后，其中的水分、渣滓、酸和氧化物等被吸附劑吸收，從而使油質(zhì)保持清潔，延長(zhǎng)絕緣油的使用年限。 其主要部分是用鋼板焊成的圓筒形凈油罐，通過(guò)上、下油閥門(mén)和連接 法 蘭裝到變壓器的油箱上。 通常把吸濕器安裝離地面 度，以便于檢查和維護(hù)。 吸濕器下端的空氣進(jìn)口處設(shè)有油封裝置。上端通過(guò)聯(lián)管接到油枕，下端有孔與大氣相通。 如果是嚴(yán)重事故，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。從而減緩了油的變質(zhì)。 8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計(jì) ） 12 變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量，使變壓器油膨脹，并流進(jìn)儲(chǔ)油柜中。 壓差繼電器是水冷卻器的重要保護(hù)裝置，其高壓端接在油出 口處，低壓端接在冷卻水進(jìn)口處，為防止水管損傷時(shí)水滲入到油通路中，油壓必須大于水壓 ，否則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。下水室內(nèi)設(shè)一隔板，水流由下水室進(jìn)水口流入，沿多管區(qū)上升到上水室，再?gòu)纳俟軈^(qū)向下流入下水室，經(jīng)出水口流出，呈 “n”形流動(dòng)。油室為一圓鋼筒，兩端為多孔端板，兩端板間裝有冷卻銅管，管內(nèi)通水。每臺(tái)變壓器的冷卻 系統(tǒng)均有一總控制箱。 強(qiáng)油循環(huán)水冷卻 強(qiáng)油循環(huán)水冷卻的變壓器上均裝有 YS 型水冷卻器，按變壓器的總損耗選擇的。潛油泵裝在本體的下方，導(dǎo)風(fēng)筒在本體的外側(cè)，風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)裝在風(fēng) 筒內(nèi)，流速繼電器裝在潛油泵出油端的聯(lián)管上，如果油的流速低于規(guī)定速度，流速繼電器可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警號(hào)。 風(fēng)冷卻器本體為一組帶有螺旋肋片的金屬管，兩端各有一個(gè)集油室，金屬管的端部在集油室的多孔板上。 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻 這是變壓器最常用的冷卻方式，它又分為強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻和強(qiáng)油循環(huán)水冷卻兩種方式，詳細(xì)介紹如下： 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻的變壓器均裝有風(fēng)冷卻器，見(jiàn)左圖，裝用冷卻器的數(shù)量是按變壓器總損耗選擇的。 冷卻方式 變壓器冷卻系統(tǒng)可分為： 油浸自冷式 較小容量的變壓器采用這種結(jié)構(gòu)，它分為平滑式箱壁，散熱筋式箱壁，散熱管或散熱器式冷卻三種形式。這種箱殼其下部有可作螺栓緊固的箱沿法蘭，拆去箱沿四周的緊固螺栓，吊出外面鐘罩形狀的箱殼，即上節(jié)油箱，器身便全部暴露在空氣中了。這樣龐大和笨重的變壓器，對(duì)運(yùn)輸和起吊器身，都帶來(lái)很多困難和問(wèn)題。 吊殼式油箱 隨著變壓器單臺(tái)容量的不斷增大，它的體積迅速增大，重量也隨之增加。箱殼 2 是用鋼板焊接成的，其頂部開(kāi)口，焊縫要求制造工藝做到不滲漏油，器身就放在箱殼內(nèi)。油箱都是用鋼板焊接成的，其結(jié)構(gòu)要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，除了應(yīng)滿足變壓器在運(yùn)行時(shí)的一些要求外，還應(yīng)滿足變壓器在檢修和運(yùn)輸時(shí)的一些要求。 油箱 油箱是油浸式變壓器的外殼，器身就放置在灌滿了變壓器油的油箱內(nèi)。隔膜保護(hù)是用一略小于儲(chǔ)油柜的耐油橡膠膠囊填充于儲(chǔ)油柜的油面上，膠囊與大氣相通，因而隔絕了變壓器油與大氣的接觸。 因此在運(yùn)行中需經(jīng)常對(duì)油進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，并及時(shí)進(jìn)行處理 (濾油等 )。油浸電力變壓器中，高場(chǎng)強(qiáng)處產(chǎn)生局部放電，促使油分子進(jìn)一步互相縮合成更高分子量的臘狀物質(zhì)，同時(shí)逸出低分子的氣體。運(yùn)行溫度較高時(shí)，變壓器油的氧化過(guò)程就進(jìn)行得比較快，使得粘度增高、顏色變深、泊泥增多、 tgδ 值增大、擊穿電壓降等。因此，變壓器內(nèi)部絕緣的結(jié)構(gòu)，要考慮上述因素，采取必要措施，防止形成 “小橋 ”。 變 壓器油的成份是很復(fù)雜的，主要是由環(huán)烷烴、烷烴和芳香烴構(gòu)成，它的相對(duì)介電常數(shù) ε 在 之間，純凈的變壓器油的耐電強(qiáng)度是很高的，可達(dá) 4000kV/cm 以上，但是工程上用的凈化的變壓器油，只能達(dá)到 50～ 60kV／ 2． 5mm，這主要是因?yàn)樵谥圃旌瓦\(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)有雜質(zhì)、水分、氣泡等混入，而且在運(yùn)行中受電場(chǎng)和熱的影響，油 會(huì)分解出氣體和聚合物。變壓器油起兩個(gè)作用： ① 在變壓器繞組與繞組、繞組與鐵心及油箱之間起絕緣作用。 油 /油箱 /冷卻 /安全裝置 變壓器油 器身裝在油箱內(nèi)，油箱內(nèi)充滿變壓 器油。導(dǎo)線的匝間排列如圖所示，是經(jīng)過(guò)特殊的繞制工藝?yán)@成的，從一個(gè)線餅到另一個(gè)線餅，其接頭是交替地在線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，但都用繞制線圈的導(dǎo)線自然連接，所以沒(méi)有任何焊接頭，這是連續(xù)式繞組的主要優(yōu)點(diǎn)。這就限制了線圈的內(nèi)徑不能小于某一數(shù)值。 這個(gè)公式的意義是非常明了的，因?yàn)?minD? 是線圈繞一匝的圓周長(zhǎng)度， 節(jié)距?n 為參加換位的全部導(dǎo)線換一次位所需要的長(zhǎng)度。換位導(dǎo)線在繞制線圈過(guò)程中，導(dǎo)線中間不允許有接頭存在，因此，換位導(dǎo)線的長(zhǎng)度必須大于整個(gè)線圈所需長(zhǎng)度 3～ 5m。應(yīng)用時(shí)，把它當(dāng)作一根導(dǎo)線來(lái)繞，例如被繞成圓筒形繞組，繞制過(guò)程中不需要再進(jìn)行換位。連續(xù)地進(jìn)行換位，最后從外表看，被編織成為單根較粗的，包有絕緣紙的導(dǎo)線。 換位導(dǎo)線繞成的繞組 為了進(jìn)一步把采用不完全換位的螺旋式繞組的附加損耗降至最低的程度，使用了換位導(dǎo)線。在溫升和絕緣條件允許時(shí)，螺旋形繞組可以采用正常寬度的油道和小油道交錯(cuò)地繞線的結(jié)構(gòu)，小油道的寬度約為正常油道寬度的一半左右 (約為 1． 5～ 2mm)，所以稱(chēng)為半螺旋，繞組為單螺旋時(shí)稱(chēng)單半螺旋；繞組為雙螺旋時(shí)稱(chēng)雙半螺旋。各個(gè)螺旋不是像圓筒形繞組那樣彼此緊靠著，而是中間 留有一個(gè)空溝道。在圓筒形繞組里是不能用很多根導(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)繞的，因?yàn)檫@些導(dǎo)線要在同一層里一根靠著一根排列著繞，結(jié)果使線匝的螺距太大，這樣的線圈很不穩(wěn)定，且高度沒(méi)有很好地利用，所以在并聯(lián)導(dǎo)線很多時(shí)仍采用圓筒形繞組是不合適的，于是就出現(xiàn)了螺旋形繞組，如圖所示。圓筒形繞組與冷卻介質(zhì)的接觸面積最大，因此冷卻條件較好，但其機(jī)械強(qiáng)度較弱，一般適用于小容量的變壓器低壓繞組。因?yàn)槔@成單層時(shí)，導(dǎo)線受到彈性變形的影響，線圈容易松開(kāi)，使端部線匝彼此靠得不夠緊；而繞成雙層后，松開(kāi)的傾向就小得多了。圓筒形繞組可以繞成單層；也可以繞成雙層。當(dāng)?shù)蛪豪@組放在里面靠近鐵芯柱時(shí)，因它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個(gè)變壓器的外形尺寸也同時(shí)減小了。高壓繞組與低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道 (油道 )，并用絕緣紙板筒隔開(kāi)。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。 繞組的形式 變壓器繞組有同心式和交疊式兩種形式。 變壓器繞組的機(jī)械損壞主要有四種：正常運(yùn)行是電動(dòng)力引起的損壞；突然短路時(shí)主要由橫向力引起的損壞；突然短路時(shí)由縱向力引起的損壞；突然短路時(shí)由縱向和橫向電動(dòng)力同時(shí)作用引起的損壞。 變壓器在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，其絕緣必須承受大氣過(guò)電壓（或稱(chēng)雷擊過(guò)電壓）、操作過(guò)電壓、暫態(tài)過(guò)電壓、和長(zhǎng)期工作電壓，這就對(duì)變壓器繞組和絕緣結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有可靠的要求，同時(shí)，繞組對(duì)制作的工藝過(guò)程、使用材料