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浅谈三相低压干式变压器设计

2013-02-25 20:181990
  1 引言

  由于电力电网各时期负荷用量不一样,也就造成电压波动较大,不能正常对各低压电器进行有效地供电,因此三相低压干式变压器应运而生,能提供较稳定的电压,避免顺时的尖波电压,进而保护了家用电器等设备。该变压器广泛应用各工矿企业、学校、家庭中。由于其安全、可靠性相当高,三相低压变压器其特点是:防燃防爆等优点,主要通过三角形联结输入,变压转换后再通过星形联结,即为Dyn11接法,现国际上多数国家的三相配电变压器均采用Dyn11结线(即原表示法的△/Y0—11结线);它不但保持了输出两种电压的好处,而且具有:作用①降低谐波电流,改善供电正弦波质量;②零序阻抗小,提高单相短路电流,有利于切除单相接地故障;③三相不平衡负荷情况下能充分利用变压器容量,同时降低变压器损耗等优点。同时输出电压是相当稳定的,此外对其绝缘是要求非常严格的,其绝缘等级要求很高的,一般为H级(180°)以上的绝缘。

  三相变压器有特殊性的设计思路,与单相变压器不一样的,以下简要说明一下的设计方法和思路:

  2 设计计算的任务和目标:

  c. 铁心直径估计和线圈计算;

  e. 短路阻抗计算;

  f. 绕组数据计算;

  g. 铁心数据计算;

  j. 各种突入电流所引起应力分析计算。

  2.3 产品规格及技术要求:

  a. 变压器额定容量:160kVA(过载时以115%即185kVA仍能正常运行);

  b. 变压器额定线电压:高压为400V,低压侧为400V;

  d. 变压器相数:3相;

  e. 额定频率:50Hz;

  f. 冷却方式:空气自冷式;

  c. 高压线圈为D接线时,其线电流=185/(0.4 ×)=267A,相电流=267 /=154.2(A)

  d. 低压线圈为y接线,其线电流=185/(0.4×)=267A,相电流=267(A)

  2.7 铁心直径的选择

  铁心直径的大小,直接影响材料的用量,变压器的体积及性能等经济指标。故选择经济合理的铁心直径是变压器设计的重要一环。硅钢片重量和空载损耗随铁心直径增大而增大,线圈导线重量和负载损耗随时铁心直径增大而减小。合理的铁心直径就是硅钢片和导线材料的用量比例适当,达到最经济的效果,铁心直径的大小与采用的硅钢片性能和导线材料直接有关,根据关系式的推导,铁心直径D与变压器容量P的四分之一次方成正比的关系,但因为变压器分单相、三相、双绕组、自耦等等,同样容量但消耗材料不同。一般将材料消耗折算成物理容量进行计算,为了计算方便,均以每柱的物理容量Pa为其础,按下式求出铁心直径D

  由于使用了铝线材料,依据经验公式,D=58~62=60×=168mm

  按电磁感应定律得:E1=4.44×f×N1×Bm×Ae×10-5

  N1为一次卷线卷数,

  Bm磁通密度(千高斯)

  Ae铁心有效截面积(cm2)

  F频率50Hz

  b. 每匝电压,初选取每匝电压,已知铁心截面硅钢片牌号,即可实选et

  磁通密度为较低些好,取15-16.5千高斯,现暂取为16.0kGauss

  c. (伏/匝)

  d. 低压线圈匝数的确定,最后示得每匝电压et和磁密Bm

  W2=400/1.732/7.04=33(匝)(取整数)

  (kG)

  2.9 高压线圈匝数的确定(由于大型变压器,可近似忽略高低压内阻值)

  W2=400/7.0=57(匝)

  采用Dyn11结线还有诸多好处,如我国新标准《低压配电装置及线路设计规范》提出:TN系统采用我国标准产品熔断器作配电线路接地故障保护时应符合附表所列单相接地短路电流Id比熔体额定电流In的最小倍数。所谓TN接地系统是指,配电变压器中性点直接接地(用T表示),系统内外露可导电部分经中性线N或另设的保护线PE连接到变压器接地(用N表示),近似于过去“保护接零”。列出两种时限,5S对应于固定式电气设备和线路,0.4S对应于移动式和手持式电气设备及线路(插座)。熔体额定电流In按回路工作电流或尖峰电流选择后,要校验ID/In的最小倍数是否满足。着眼于人身安全,还要校验接触电压Ujc,附表切断时间5S要求Ujc≤50V,切断时间0.4S要求Ujc≤90V。

  一般Yyno结线配电变压器的零序阻抗达正序阻抗的8~10倍,单相短路电流相对较小,以致故障点位于电网末端、保护线PE截面较小、用电设备功率较大或电动机要考虑尖峰电流所选熔体额定电流较大等情况下常常不能满足附表要求的ID/In最小倍数。改用Dyn11结线配电变压器往往可以解决问题。

  3 结束语

  当然计算三相干式变压器各种数据时有很多种计算方法,本文向同行详细只介绍了一些较为常用计算方法,不当之处,望不吝指正。


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