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变压器基础知识

变压器基础知识

概述

配电变压器,简称“配变”。指配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。配电变压器通常是指运行在配电网中电压等级为10-35kV(大多数是10kV及以下)、容量为6300KVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。

按安装位置分类

配电变压器根据安装位置分为室内和室外。

室外安装分为台墎式、杆塔式和落地式(含预装式)。

电按按冷却方式分类

根据冷却方式分可分为油浸式和干式变压器。

油浸式变压器依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。干式变压器依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却,多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器。

1.2.1 油浸式变压器按外壳型式分为: 

1) 非封闭型油浸式变压器:主要有S8、S9、S10等系列产品,在工矿企业、农业和民用建筑中广泛使用。 

2) 封闭型油浸式变压器:主要有S9、S9-M、S10-M 等系列产品,多用于石油、化工行业中多油污、多化学物质的场所。 

3) 密封型油浸式变压器:主要有BS9、S9- 、S10- 、S11-MR、SH、SH12-M等系列产品,可做工矿企业、农业、民用建筑等各种场所配电之用。 

 

1.2.2干式变压器按绝缘介质分为: 

1) 包封线圈式干式变压器:主要有SCB8、SC(B)9、SC(B)10、SCR-10 等系列产品,适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、医院、工厂等场所。

2) 非包封线圈干式变压器:主要有SG10 等系列产品,适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、石油化工等场所。

电调压方式分类

根据调压方式可分为有载调压和无载调压。

所谓无载调压和有载调压都是指的变压器分接开关调压方式。区别在于无载调压开关不具备带负载转换档位的能力,调档时必须使变压器停电。而有载分接开关则可带负荷切换档位。

相数分类

根据相数分为单相变压器和三相变压器。

单相变压器单相变压器即一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。单相变压器结构简单、体积小、损耗低,主要是铁损小,适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。

三相变压器用于三相系统的升、降电压。三相变压器,一般初级有三个绕组,其接法分为三角形和星形、延边三角形等,三个绕组上的电压相位互差120度,也就是常见的三相380伏接线方式,其铁芯传统的是三相三芯柱、三相五芯柱、渐开线形等形式。

工作原理

 


 

铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗,铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系,线圈由绝缘铜线(或铝线)绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈(或原线圈),另一个线圈接用电器称为次级线圈(或副线圈)。实际的变压器是很复杂的,不可避免地存在铜损(线圈电阻发热)、铁损(铁心发热)和漏磁(经空气闭合的磁感应线)等,为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是:忽略漏磁通,忽略原、副线圈的电阻,忽略铁心的损耗,忽略空载电流(副线圈开路原线圈线圈中的电流)。例如电力变压器在满载运行时(副线圈输出额定功率)即接近理想变压器情况。

变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时,铁心中便产生交变磁通,交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的,φ也是简谐函数,表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知,原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1U2=e2(原线圈物理量用下角标1表示,副线圈物理量用下角标2表示),其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k,即变压器原、副线圈电压有效值之比,等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。

进而得出:

U1/U2=N1/N2

在空载电流可以忽略的情况下,有I1/ I2=-N2/N1,即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比,且相位差π。

进而可得

I1/ I2=N2/N1

理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗,其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高,可达90%以上。

特征参数

1.额定容量

指变压器工作状态下的输出功率,用视在功率表示。用SN 表示,单位为KVA或VA。

2额定电压

指单相或三相变压器出线端子之间施加的电压值。用UN表示,单位为KV或V。一次额定电压用UN1 表示,二次额定电压用UN2表示。

3额定电流

指在额定容量和允许温升条件下,通过变压器一、二次绕组出线端子的电流,用IN表示,单位KA或A。一次绕组电流用IN1表示,二次绕组电流用IUN21 表示。

4额定频率

批变压器设计时所规定的运行频率。用ƒN 表示,单位赫兹(HZ)。我国规定额定频率为50HZ。

5空载损耗

空载损耗也叫铁损,指当以额定频率的宝宝电压施加于一侧绕组的端子上,别一侧绕组出线开路时,变压器所吸取的有功功率,用P0表示,单位为W或KW。空载损耗主要为铁芯中磁滞损耗和涡流损耗,其值大小与铁芯材质、制作工艺密切相关,一般认为一台变压器的空载损耗不会随负荷大小的变化而变化。

6 空载电流

变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。用I0表示。通常用空载电流占额定电流的百分数表示,即I0(%)=(I0/IN×100%。变压器容量越大,数值越小。

7 负载损耗

负载损耗也叫短路损耗、铜损,是指当带分接的绕组接在其主分接位置上并接入额定频率的电压,另一侧绕组的出线端子短路,流过绕组出线端子的电流为额定电流时,变压器所消耗的有功功率,用PK表示。单位为W或KW。负载损耗的大小取决于绕组的材质等,运行中的负载损耗大小随负荷的变化而变化。

8变比

批变压器高压侧额定电压与低压侧额定电压之比,即UN1/UN2

9绝缘电阻

表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关.

10阻抗电压(%)

把变压器的二次绕组短路,在一次绕组慢慢升高电压,当二次绕组的短路电流等于额定值时,此时一次侧所施加的电压.一般以额定电压的百分数表示. 

11相数

三相开头以S表示,单相开头以D表示。

12联结组标号

根据变压器一、二次绕组的相位关系,把变压器绕组连接成各种不同的组合,称为绕组的联结组。为了区别不同的联结组,常采用时钟表示法,即把高压侧线电压的相量作为时钟的长针,固定在12上,低压侧线电压的相量作为时钟的短针,看短针指在哪一个数字上,就作为该联结组的标号.如Dyn11表示一次绕组是(三角形)联结,二次绕组是带有中心点的(星形)联结,组号为(11)点。

产品型号

4.1 产品类别代号

O-自耦变压器,通用电力变压器不标

H-电弧炉变压器

C-感应电炉变压器

Z-整流变压器

K-矿用变压器

Y-试验变压器

4.2 相数

D-单相变压器

S-三相变压器

4.3 冷却方式

F-风冷式

W-水冷式

注:油浸自冷式和空气自冷式不标注

4.4 油循环方式

N―自然循环

O―强迫导向循环

P―强迫循环

4.5 绕组数

S―三绕组

注:双绕组不标注

 

4.6 导线材料

L―铝绕组

注:铜绕组不标注

4.7 调压方式

Z―有载调压

注:无载调压不标注

4.9 特殊用途或特殊结构代号

Z――低噪声用;

L――电缆引出

X――现场组装式;

J――中性点为全绝缘;

CY――发电厂自用变压器

4.10 变压器的额定容量

变压器的额定容量,单位为KVA。

4.11 变压器的额定电压

变压器的额定容量,单位为KV。

常用变压器

5.1油浸式变压器

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配电变压器为工矿企业与民用建筑供配电系统中的重要设备之一,它将10(6)kV或35kV网络电压降至用户使用的230/400V 母线电压。此类产品适用于交流50(60)Hz,三相最大额定容量2500kVA(单相最大额定容量833kVA,一般不推荐使用单相变压器),可在户内(外)使用,容量在315kVA 及以下时可安装在杆上,环境温度不高于40℃,不低于-25℃,最高日平均温度30℃,最高年平均温度20℃,相对湿度不超过90%(环境温度25℃),海拔高度不超过1000m。

10kV级S11系列配电变压器技术参数:

 图片4.png


5.2干式变压器

 图片5.png 

干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑 、机场,码头CNC机械设备等场所,简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时,变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时,变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行,或应急事故过负荷运行;由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大,处于非经济运行状态,故不应使其处于长时间连续过负荷运行。

10kV级SCB10系列配电变压器技术参数:

图片6.png


5.3干式变压器与油式变压器比较

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