變壓器基礎(chǔ)知識(shí)

概述

配電變壓器，簡(jiǎn)稱(chēng)“配變”。指配電系統(tǒng)中根據(jù)電磁感應(yīng)定律變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。配電變壓器通常是指運(yùn)行在配電網(wǎng)中電壓等級(jí)為10-35kV（大多數(shù)是10kV及以下）、容量為6300KVA及以下直接向終端用戶(hù)供電的電力變壓器。

按安裝位置分類(lèi)

配電變壓器根據(jù)安裝位置分為室內(nèi)和室外。

室外安裝分為臺(tái)?式、桿塔式和落地式（含預(yù)裝式）。

電按按冷卻方式分類(lèi)

根據(jù)冷卻方式分可分為油浸式和干式變壓器。

油浸式變壓器依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。干式變壓器依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻，多用于高層建筑、高速收費(fèi)站點(diǎn)用電及局部照明、電子線(xiàn)路等小容量變壓器。

1.2.1 油浸式變壓器按外殼型式分為： 

1) 非封閉型油浸式變壓器：主要有S8、S9、S10等系列產(chǎn)品，在工礦企業(yè)、農(nóng)業(yè)和民用建筑中廣泛使用。 

2) 封閉型油浸式變壓器：主要有S9、S9-M、S10-M 等系列產(chǎn)品，多用于石油、化工行業(yè)中多油污、多化學(xué)物質(zhì)的場(chǎng)所。 

3) 密封型油浸式變壓器：主要有BS9、S9- 、S10- 、S11-MR、SH、SH12-M等系列產(chǎn)品，可做工礦企業(yè)、農(nóng)業(yè)、民用建筑等各種場(chǎng)所配電之用。 

1.2.2干式變壓器按絕緣介質(zhì)分為： 

1) 包封線(xiàn)圈式干式變壓器：主要有SCB8、SC（B）9、SC（B）10、SCR-10 等系列產(chǎn)品，適用于高層建筑、商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、地鐵、醫(yī)院、工廠(chǎng)等場(chǎng)所。

2) 非包封線(xiàn)圈干式變壓器：主要有SG10 等系列產(chǎn)品，適用于高層建筑、商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、地鐵、石油化工等場(chǎng)所。

電調(diào)壓方式分類(lèi)

根據(jù)調(diào)壓方式可分為有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓。

所謂無(wú)載調(diào)壓和有載調(diào)壓都是指的變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓方式。區(qū)別在于無(wú)載調(diào)壓開(kāi)關(guān)不具備帶負(fù)載轉(zhuǎn)換檔位的能力，調(diào)檔時(shí)必須使變壓器停電。而有載分接開(kāi)關(guān)則可帶負(fù)荷切換檔位。

相數(shù)分類(lèi)

根據(jù)相數(shù)分為單相變壓器和三相變壓器。

單相變壓器單相變壓器即一次繞組和二次繞組均為單相繞組的變壓器。單相變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、損耗低，主要是鐵損小，適宜在負(fù)荷密度較小的低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用和推廣。

三相變壓器用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。三相變壓器，一般初級(jí)有三個(gè)繞組，其接法分為三角形和星形、延邊三角形等，三個(gè)繞組上的電壓相位互差120度，也就是常見(jiàn)的三相380伏接線(xiàn)方式，其鐵芯傳統(tǒng)的是三相三芯柱、三相五芯柱、漸開(kāi)線(xiàn)形等形式。

工作原理

鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線(xiàn)圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線(xiàn)圈之間沒(méi)有電的聯(lián)系，線(xiàn)圈由絕緣銅線(xiàn)（或鋁線(xiàn)）繞成。一個(gè)線(xiàn)圈接交流電源稱(chēng)為初級(jí)線(xiàn)圈（或原線(xiàn)圈），另一個(gè)線(xiàn)圈接用電器稱(chēng)為次級(jí)線(xiàn)圈（或副線(xiàn)圈）。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在銅損（線(xiàn)圈電阻發(fā)熱）、鐵損（鐵心發(fā)熱）和漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線(xiàn)）等，為了簡(jiǎn)化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線(xiàn)圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線(xiàn)圈開(kāi)路原線(xiàn)圈線(xiàn)圈中的電流）。例如電力變壓器在滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)（副線(xiàn)圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線(xiàn)圈接在交流電源上時(shí)，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線(xiàn)圈中的φ是相同的，φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2（原線(xiàn)圈物理量用下角標(biāo)1表示，副線(xiàn)圈物理量用下角標(biāo)2表示），其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱(chēng)變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線(xiàn)圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線(xiàn)圈電壓的位相差為π。

進(jìn)而得出：

U1/U2=N1/N2

在空載電流可以忽略的情況下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副線(xiàn)圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比，且相位差π。

進(jìn)而可得

I1/ I2=N2/N1

理想變壓器原、副線(xiàn)圈的功率相等P1=P2。說(shuō)明理想變壓器本身無(wú)功率損耗。實(shí)際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達(dá)90%以上。

特征參數(shù)

1.額定容量

指變壓器工作狀態(tài)下的輸出功率，用視在功率表示。用S_N 表示，單位為KVA或VA。

2額定電壓

指單相或三相變壓器出線(xiàn)端子之間施加的電壓值。用U_N表示，單位為KV或V。一次額定電壓用U_N1 表示，二次額定電壓用U_N2表示。

3額定電流

指在額定容量和允許溫升條件下，通過(guò)變壓器一、二次繞組出線(xiàn)端子的電流，用I_N表示，單位KA或A。一次繞組電流用I_N1表示，二次繞組電流用IU_N21 表示。

4額定頻率

批變壓器設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的運(yùn)行頻率。用ƒ_N 表示，單位赫茲（HZ）。我國(guó)規(guī)定額定頻率為50HZ。

5空載損耗

空載損耗也叫鐵損，指當(dāng)以額定頻率的寶寶電壓施加于一側(cè)繞組的端子上，別一側(cè)繞組出線(xiàn)開(kāi)路時(shí)，變壓器所吸取的有功功率，用P0表示，單位為W或KW。空載損耗主要為鐵芯中磁滯損耗和渦流損耗，其值大小與鐵芯材質(zhì)、制作工藝密切相關(guān)，一般認(rèn)為一臺(tái)變壓器的空載損耗不會(huì)隨負(fù)荷大小的變化而變化。

6 空載電流

變壓器次級(jí)開(kāi)路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱(chēng)為空載電流�？蛰d電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對(duì)于50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。用I₀表示。通常用空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)表示，即I_0（%）=（I₀/I_N）×100%。變壓器容量越大，數(shù)值越小。

7 負(fù)載損耗

負(fù)載損耗也叫短路損耗、銅損，是指當(dāng)帶分接的繞組接在其主分接位置上并接入額定頻率的電壓，另一側(cè)繞組的出線(xiàn)端子短路，流過(guò)繞組出線(xiàn)端子的電流為額定電流時(shí)，變壓器所消耗的有功功率，用P_K表示。單位為W或KW。負(fù)載損耗的大小取決于繞組的材質(zhì)等，運(yùn)行中的負(fù)載損耗大小隨負(fù)荷的變化而變化。

8變比

批變壓器高壓側(cè)額定電壓與低壓側(cè)額定電壓之比，即U_N1/U_N2。

9絕緣電阻

表示變壓器各線(xiàn)圈之間、各線(xiàn)圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關(guān).

10阻抗電壓（%）

把變壓器的二次繞組短路,在一次繞組慢慢升高電壓,當(dāng)二次繞組的短路電流等于額定值時(shí),此時(shí)一次側(cè)所施加的電壓.一般以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示. 

11相數(shù)

三相開(kāi)頭以S表示，單相開(kāi)頭以D表示。

12聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)

根據(jù)變壓器一、二次繞組的相位關(guān)系,把變壓器繞組連接成各種不同的組合,稱(chēng)為繞組的聯(lián)結(jié)組。為了區(qū)別不同的聯(lián)結(jié)組,常采用時(shí)鐘表示法,即把高壓側(cè)線(xiàn)電壓的相量作為時(shí)鐘的長(zhǎng)針,固定在12上,低壓側(cè)線(xiàn)電壓的相量作為時(shí)鐘的短針,看短針指在哪一個(gè)數(shù)字上,就作為該聯(lián)結(jié)組的標(biāo)號(hào).如Dyn11表示一次繞組是（三角形）聯(lián)結(jié)，二次繞組是帶有中心點(diǎn)的（星形）聯(lián)結(jié)，組號(hào)為(11)點(diǎn)。

產(chǎn)品型號(hào)

4.1 產(chǎn)品類(lèi)別代號(hào)

O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標(biāo)

H-電弧爐變壓器

C-感應(yīng)電爐變壓器

Z-整流變壓器

K-礦用變壓器

Y-試驗(yàn)變壓器

4.2 相數(shù)

D-單相變壓器

S-三相變壓器

4.3 冷卻方式

F-風(fēng)冷式

W-水冷式

注：油浸自冷式和空氣自冷式不標(biāo)注

4.4 油循環(huán)方式

N―自然循環(huán)

O―強(qiáng)迫導(dǎo)向循環(huán)

P―強(qiáng)迫循環(huán)

4.5 繞組數(shù)

S―三繞組

注：雙繞組不標(biāo)注

4.6 導(dǎo)線(xiàn)材料

L―鋁繞組

注：銅繞組不標(biāo)注

4.7 調(diào)壓方式

Z―有載調(diào)壓

注：無(wú)載調(diào)壓不標(biāo)注

4.9 特殊用途或特殊結(jié)構(gòu)代號(hào)

Z――低噪聲用；

L――電纜引出

X――現(xiàn)場(chǎng)組裝式；

J――中性點(diǎn)為全絕緣；

CY――發(fā)電廠(chǎng)自用變壓器

4.10 變壓器的額定容量

變壓器的額定容量，單位為KVA。

4.11 變壓器的額定電壓

變壓器的額定容量，單位為KV。

常用變壓器

5.1油浸式變壓器

配電變壓器為工礦企業(yè)與民用建筑供配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它將10（6）kV或35kV網(wǎng)絡(luò)電壓降至用戶(hù)使用的230/400V 母線(xiàn)電壓。此類(lèi)產(chǎn)品適用于交流50（60）Hz，三相最大額定容量2500kVA（單相最大額定容量833kVA，一般不推薦使用單相變壓器），可在戶(hù)內(nèi)（外）使用，容量在315kVA 及以下時(shí)可安裝在桿上，環(huán)境溫度不高于40℃，不低于-25℃，最高日平均溫度30℃，最高年平均溫度20℃，相對(duì)濕度不超過(guò)90%（環(huán)境溫度25℃），海拔高度不超過(guò)1000m。

10kV級(jí)S11系列配電變壓器技術(shù)參數(shù)：

5.2干式變壓器

干式變壓器廣泛用于局部照明、高層建筑 、機(jī)場(chǎng)，碼頭CNC機(jī)械設(shè)備等場(chǎng)所，簡(jiǎn)單的說(shuō)干式變壓器就是指鐵芯和繞組不浸漬在絕緣油中的變壓器。冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強(qiáng)迫空氣冷卻（AF）。自然空冷時(shí)，變壓器可在額定容量下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，變壓器輸出容量可提高50%。適用于斷續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，或應(yīng)急事故過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；由于過(guò)負(fù)荷時(shí)負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，故不應(yīng)使其處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

10kV級(jí)SCB10系列配電變壓器技術(shù)參數(shù)：

5.3干式變壓器與油式變壓器比較