CH2 变压器的类型和基本结构

第二章变压器的类型和基本结构第一节变压器的用途和分类第二节变压器的基本结构第三节变压器的额定值1.变压器的用途变压器是一种静止的电能变换装置，它利用电磁感应作用，把一种形式的交流电能转换为另一种形式的同频率的交流电能。变压器只能对交流电的电压、电流进行变换，而不能改变交流电的频率。第一节变压器的用途和分类变压器在电力系统中的应用•电力系统中，变压器是重要的电器设备。•电能传输过程：发电机发出电压→升压变压器升压→输电线路输送→用电端降压变压器降压。•高压输电的目的：减小线路损耗，电压降落，节省线路用铜量。变压器除应用于电力系统外，还可用于其它各种场合。如用于整流设备、电炉、高压试验装置、煤矿井下、交通运输等的特种变压器，用于交流电能测量的各种仪用互感器，实验室中使用的调压器，还有用于各种电子仪器和控制装置的控制变压器等。变压器其它用途变压器的主要类型电力变压器（升压、降压、配电）特种变压器（电炉、整流）仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）实验用变压器（高压、调压）也可按线圈数目、铁心结构、相数或变压器冷却方式划分。按用途变压器的分类按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。变压器的分类•铁芯(core)•带绝缘的绕组(windings)•变压器油•油箱及附件•变压器主要部件是绕组和铁心(器身)。•绕组是变压器的电路，铁心是变压器的磁路，二者构成变压器的核心即电磁感应基本部分。•除了电磁部分，还有油箱/冷却装置/绝缘套管/调压和保护装置等部件。第二节变压器的基本结构图2-1油侵变压器结构图1-讯号式温度计2-吸湿器3-储油柜4-油表5-安全气道6-气体继电器7-高压套管8-低压套管9-分接开关10-油箱11-铁心12-线圈及绝缘13-放油阀门1100kV变压器330kV变压器200kV变压器1.铁心变压器中导磁的主磁路套装绕组的机械骨架采用磁导率高，磁滞和涡流损耗小的软磁材料制成。大都由厚度为0.23mm~0.35mm的冷轧硅钢片叠压而成，以减小损耗。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成。其中，套装绕组的部分称为铁心柱，连接铁心柱，以构成闭合磁路的部分为磁轭或铁轭。第二节变压器的基本结构按照铁心结构，变压器有心式和壳式之分。心式变压器心柱被绕组所包围，结构简单，绕组布置和绝缘较容易，因此电力变压器大多采用心式结构。第二节变压器的基本结构第二节变压器的基本结构（a）单相心式变压器（b）三相心式变压器图2－3单相和三相心式变压器（a）外形图（b）单相壳式变压器（c）三相壳式变压器图2－4单相和三相壳式变压器壳式变压器铁心包围着绕组的顶面、底面和侧面，结构机械强度好，一般用于特种变压器和小容量单相变压器。第二节变压器的基本结构2.绕组变压器的电路部分，常用包有绝缘材料的铜或铝导线绕制而成。为了便于制造且具有良好的机械性能，一般做成圆筒形。高压绕组匝数多，导线细，低压绕组匝数少，导线粗。第二节变压器的基本结构两个绕组中，电压较高的称为高压绕组，相应电压较低的称为低压绕组。高压绕组在低压绕组外面。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。同心式绕组结构简单，制造方便，心式变压器均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。第二节变压器的基本结构2.绕组3.变压器油及油箱器身放在装有变压器油的油箱里变压器油既是绝缘介质也是冷却介质。变压器油为矿物油，由石油分馏得到。由于油的绝缘性能比空气好，可以提高绕组的绝缘强度；同时，通过油箱中油的对流作用或强迫油循环流动，使绕组及铁心中因功率损耗而产生的热量得到散逸，起到冷却作用。第二节变压器的基本结构3.变压器油及油箱油箱的结构与变压器容量及发热情况有关。小容量变压器采用平板式油箱，容量稍大时，需要增加散热面积而在油箱壁上焊散热器油管，称为管式油箱。容量很大时，为提高冷却效果，可采用散热器式油箱，甚至采用强迫油循环的冷却方式。第二节变压器的基本结构•1油箱/2储油柜/3气体继电器/4为安全气道•变压器运行时产生热量，使变压器油膨胀，并流进储油柜中。•储油柜使变压器油与空气接触面变小,减缓了变压器油的氧化和吸收空气水分的速度。从而减缓了油的变质。4.其它附件第二节变压器的基本结构4.其它附件第二节变压器的基本结构•故障时,热量会使变压器油汽化,触动气体继电器发出报警信号或切断电源。•如果是严重事故，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。油箱盖上面还装有分接头开关，用它来调节绕组的分接头，以改变高压绕组的匝数（即改变变压器变比），从而在小范围调节变压器的输出电压。4.其它附件第二节变压器的基本结构1、变压器的发热与传热变压器运行时有铁耗、铜耗和附加损耗等，这些损耗一方面影响变压器效率，另一方面转化为热量使变压器温度升高。由于变压器各部分与周围介质存在温度差，热量向周围介质散发，温差越大，散热越快。当发热量与散热量相等时，变压器各部分温度达到稳定值。这时变压器中某部分的温度与周围冷却介质的温度之差称为该部分的温升。第三节变压器的发热与冷却变压器的油箱和油管表面主要依靠辐射和对流方式散热。但热量从绕组或铁心内部传到表面则是依靠传导方式。通常油浸式变压器的散热过程为：首先依靠传导作用将线圈和铁心内部的热量传到表面，然后通过变压器油的自然对流将热量带到油箱壁和油管壁，再通过油箱壁和油管壁的传导作用把热量从它们的内表面传到外表面，之后通过辐射和对流将热量散发到周围空气中。1、变压器的发热与传热第三节变压器的发热与冷却2、变压器各部分的温升限度温升对变压器设计和运行极为重要，在电、磁负荷一定时，温升过高会影响变压器的寿命和安全运行。根据所谓绝缘老化的6°C规则，绕组温度每升高6°C，使用年限将缩短一半。变压器运行时温升过低又未充分利用材料，很不经济。所以，变压器运行时，需确定一合理的温升，以保证在其寿命期内能充分利用材料，降低成本。变压器达到稳定温升的时间与其容量大小和冷却方式有关，小容量油浸式变压器和干式变压器，通常运行十小时就可达到稳定温升。而大型变压器一般需要经过一整天左右才能达到稳定温升。第三节变压器的发热与冷却变压器各部分的允许温升取决于绝缘材料、使用情况和自然环境。我国油浸式电力变压器绕组一般采用A级绝缘，最高允许温度为105°C，高于此温度时，绝缘将迅速老化变脆，机械强度减弱。2、变压器各部分的温升限度第三节变压器的发热与冷却常用的冷却介质是变压器油和空气，前者称为油浸式变压器，后者称为干式变压器。油浸式变压器又分为油浸自冷式、油浸风冷式及强迫油循环等三种。油浸自冷式变压器依靠油的自然对流带走热量，没有其它冷却设备。油浸风冷式变压器是在油浸自冷式的基础上，增加风扇给油箱壁和油管吹风，以加强散热作用。强迫油循环式变压器是用油泵将变压器中的热油抽到变压器外的冷却器中冷却后再送入变压器。冷却器可采用循环水冷或强迫风冷。3、变压器的冷却方式第三节变压器的发热与冷却第三节变压器的型号及额定值1、变压器型号由字母和数字组成，字母表示变压器基本结构特点，包括相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯材料等，数字表示额定容量（kV·A）和高压侧的额定电压（kV）。例如：其它可能出现的字母符号含义分别有：D——单相，S——三相，F——非自耦，W——无励磁调压等。2.变压器额定值额定值是制造厂家指定的，用来表示在规定工作条件下运行的一些重要数据，它是制造厂设计和试验变压器的依据，通常标注在铭牌上，也叫铭牌值。在额定条件下运行时，可以保证变压器长期可靠工作。第三节变压器的型号及额定值变压器在额定运行条件下输出的的额定视在功率，单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）或兆伏安（MVA）。由于变压器的效率很高，因此设计时规定双绕组变压器的一、二次绕组额定容量相等。对于三相变压器，其额定容量为三相总容量。(1).额定容量第三节变压器的型号及额定值一次额定电压U1N是变压器正常运行时一次绕组线路端子间外施电压的有效值。二次额定电压U2N是当一次绕组外施额定电压而二次侧空载（开路）是的电压。额定电压的单位为伏（V）或千伏（KV）。对三相变压器，额定电压指的是线电压。(2).额定电压U1N和U2N第三节变压器的型号及额定值NNNUSI11NNNUSI22I1N和I2N是指变压器在额定运行条件下一次、二次能够承担的电流，即根据额定容量和额定电压计算出来的电流有效值。对于三相变压器，额定电流为线电流。对于单相变压器，有：(3).额定电流I1N和额定电流I2NNNNUSI113NNNUSI223对于三相变压器，有：第三节变压器的型号及额定值Nf我国规定标准工频为50Hz。除了以上各额定值外，变压器铭牌上还标有相数、额定效率、阻抗电压、额定温升等，三相变压器还标有联接组别。(4).额定频率第三节变压器的型号及额定值