变压器线圈的基本要求.ppt

变压器线圈 基本要求 结构型式 结构特点 2 1对变压器线圈的基本要求 线圈是构成变压器电路部分的核心 要保证变压器长期运行的可靠性 变压器的线圈必须满足以下三点基本要求 2 1 1电气强度 在变压器长期运行中 其绝缘必须能可靠地承受住以下四种电压的作用 即大气过电压 操作过电压 暂态过电压和长期工作电压 操作过电压与暂态过电压统称为内部过电压 1 大气过电压 也叫雷电过电压 自然界的雷电一闪即逝 作用的时间很短 只有几至几十微秒 但电压很高 可达1000kv以上 电流也很大 大到100kA以上 如果雷电直接击在变压器上 变压器就会立即毁坏 因此 变压器是不能直接承受雷击的 2 操作过电压 就是电力系统中正常操作中出现的过电压 如空载变压器的投入与切除运行等 这种过电压是一种衰减振荡波 持续时间较短 3 暂态过电压 系统突然失去负载或单相故障接地 电弧接地 铁磁谐振等情况突然出现的过电压 通常可达额定电压的1 3 1 5倍 作用时间不足一秒至数十秒 4 长期工作电压 变压器在长期工作电压作用下 其绝缘不得有游离现象 更不得有局部放电或击穿发生 因此 电压较高的线圈出头 引线直径不得过细 并有一定厚度的绝缘覆盖 线圈内外表面电力线集中的地方 尤其是高电压产品 往往都有隔板 角环 端部有静电板等 匝绝缘 线圈的匝间也有一定的工作电压 导线的匝绝缘必须在工作电压下长期运行 不得有游离 导线匝绝缘的游离电压一般值如下表 匝绝缘游离电压一般值 kv 有效值 注意 从确保安全运行角度出发 匝绝缘的长期过电压 建议至少应比表中值低10 15 2 1 2 耐热强度 线圈的耐热强度包含两方面 其一 在长期工作电流产生的热作用下 线圈绝缘的使用寿命应不少于二十年 其二 变压器在运行条件下 在任意线端发生突然短路 线圈应能承受住此电流所产生的热作用而无损伤 2 1 2 1 线圈绝缘的使用寿命 根据长期使用的经验 由于变压器的电压较高 电场作用较强等因素 要保证变压器的使用寿命不低于20年 其所用绝缘材料的长期使用的极限温度 实际比上表的数值略低 例如油浸式变压器的绝缘 A级 长期使用的极限温度 根据经验应为98 显然 绝缘长期运行的温度越低 绝缘老化慢 使用寿命长 相反 长期运行的温度高 绝缘老化快 使用寿命短 绝缘材料的耐热分级 6度定则 1 当t 98 时 使用寿命A 20年 正好是经济使用寿命 A 20 298 6 2 98 6 20 20 20 2 当t 104 时 使用寿命A 10年 A 20 298 6 2 104 6 20 2 1 10 3 当t 92 时 使用寿命A 40年 A 20 298 6 2 92 6 20 21 40即 温度每升高 或降低 6 绝缘老化寿命降低一半 或提高一半 这被称为 6度定则 2 1 2 2 线圈的热稳定 变压器在运行中 由于事故 网络或变压器端子会发生突然短路 在线圈中会流过超过正常工作电流数倍至数十倍的短路电流 短时内线圈损耗加大 温度很快上升 即瞬变过热 这个温度可达250 300 这种瞬间温度是允许的 但作用时间不得超过国家标准规定 2 1 2 3机械强度 根据电磁原理可知 放在磁场里的载流导体 在电流和磁场的作用下 会产生电动力 正常情况下 线圈的电动力不大 但当变压器受到短路电流的冲击 其电流可为正常额定电流的数倍至数十倍 电动力与电流的平方成正比 因此线圈所受到的电动力可为正常运行时的数十至数百倍 甚至更高 正常情况下 线圈的电动力不大 但是 如果线圈制造过程中 线段松动 导线弯曲 导线表面有裂纹 起皮 毛刺 导线焊接不好及导线绝缘破损等缺陷 由于电动力引起的长期振动 会使这些缺陷扩大 导线与导线之间长期互相摩擦致使绝缘损坏而放电 这就会造成正常运行中的线圈突然损坏 线圈横向受力情况 当突发短路时 对外线圈来说 横向电动力使导线受拉应力 拉应力过大 导线被拉长 线圈直径扩大 发生永久变形 导线匝绝缘也同时被拉长 最后以致匝绝缘破裂 形成匝间短路 将线圈烧坏 对内线圈来说 横向电动力使导线受压应力 内线圈内壁是由撑条支撑的 压应力过大 两撑条间的导线作为受压力的梁因弯矩过大而发生永久变形 线圈横向受力情况 线圈纵向受力情况 沿圆周由T形垫块支撑的饼式线圈 纵向电动力过大时 而垫块间的导线作为受力的梁 因弯矩过大而产生永久变形 纵向电动力还可以使线圈纵向位移 如一个线圈整个向上提升 或一个线圈中部某处撑开 这种损坏 往往是线圈制造或装配不良 高 低压线圈间原始状态就有位移引起安匝不平衡所致 线圈纵向受力情况 线圈受综合力的影响 在线圈端部主要是由纵向漏磁的纵向和横向分量所产生的纵向和横向电动力综和作用所引起 在线圈中部主要是由纵向磁场纵向分量所产生的横向电动力 主要损坏现象为线圈发生扭转 端部出头 尤其是多根并绕的圆筒式或螺旋式线圈的出头 沿圆周位移 线圈导线歪斜甚至倒塌 线圈受综合力的影响 要求 为了保证变压器能承受住突发短路的电动力的作用 除设计上要保证以外 在工艺上的保证尤为重要 线圈绕制要紧实 必须满足工艺规定的绕线时导线的张紧力 导线排列要整齐 线圈的撑条垫块的位置必须准确 符合工艺的公差范围 换位 出头包扎 焊头的处理必须按规定进行 线圈的整形和轴向压紧力应严格执行线圈套装与加压的各项规定 要求 2 2线圈的结构型式 变压器的线圈大致可分为层式和饼式两种 线圈的线匝沿其轴向按层依次排列的称为层式线圈 线圈的线匝在辐向形成线饼 线段 后 再沿轴向排列的称为饼式线圈 层式线圈 圆筒式 单层圆筒式 双层圆筒式 多层圆筒式和分段圆筒式箔式 一般箔式 分段箔式 饼式线圈 连续式 一般连续式 半连续式纠结式 纠结连续式 普通纠结式和插花纠结式内屏蔽式 内屏蔽连续式 螺旋式 单螺旋式 单半螺旋式 双螺旋式 双半螺旋式 和四螺旋式交错式 由连续式或螺旋式线段交错排列而成 2 3线圈的结构特点 因变压器容量和电压等级的不同 线圈所具有的结构特点也各不相同 这些特点是匝数 导线截面 并联导线换位 绕向 线圈的连接方式和形式等 2 3 1线圈的匝数 在变压器的铁心截面确定后 线圈的每匝电压就确定了 那么 根据线圈的电压等级的不同 线圈的匝数为 W U et 匝 式中U 变压器的相电压 V et 每匝电势 V 匝 2 3 2导线的电流密度 目前 漆包圆铜线的直径为 0 1 2 5 纸包圆铜线径为0 985 5 55 直径在1 0 2 0时优先采用漆包线 因纸包线在直径较小时绝缘包得不紧实 所以在直径 2 0时 一般才选择纸包线 扁导线的窄边a 1 12 5 6mm 宽边b 3 0 16 0mm 宽窄比1 4 b a 8 一般情况b a 1 5 5 层式线圈取大值 太厚的扁线使线饼不易绕制 太薄的扁线不易平弯 且焊接困难 导线的电流密度为j I A A mm 式中I 变压器相电流 A A 导线总截面 mm 由于有变压器的负载损耗 温升的限制和动 热稳定性的要求 导线的电流密度不易过大 一般铜导线j 3 0 4 0A mm 变压器线圈设计合理 可以取大值 为了得到足够大的导线截面 可以采用多根导线 2 3 4线圈的绕向 线圈的绕向是导线缠绕的方向 只有两种 左绕向和右绕向 线圈的绕向是由线圈起绕头决定的 如线匝从起头向内所缠绕的方向是逆时针方向 称左绕向 反之称右绕向 通常 绕线时操作者和线盘位于绕线机的同一侧 那么在操作者面向绕线机的情况下 则 右起左绕向 左起右绕向