变压器和互感器3

第七章配电变压器和互感器7-1 简述变压器的基本工作原理变压器是改变交变电压的大小并保持频率不变传递功率静止的电气设备。

它主要是由绕组在同一铁心上的两个或两个以上的绕组所组成。

各个绕组之间是通过交变磁场联系在一起的。

变压器的基本工作原理就是电磁感应原理的实际运用。

现以单相变压器为例，予以说明。

接电源的绕组称为一次绕组，接负载的绕组称为二次绕组，当一次绕组接通电源后，交流电流通过该绕组并产生励磁作用，铁心中就会产生交变磁通Φ。

此磁通不仅穿过一次绕组，而且也穿过二次绕组，因此分别在两个绕组上产生感应电动势E1和E2。

当二次绕组与负载电路接通后，便有电流I2流入负载，从而有电能输出。

7-2变压器是如何分类的？变压器型号中字母符号及其含义如何？变压器的分类与型号中字母符号及其含义见表7-1表7-1 变压器的分类和型号中字母符号含义7-3 电力变压器由哪些基本部件构成的？各有什么作用？变压器主要是由一个闭合的铁心，并在其上套有两个绕组所组成的。

可见，铁心和绕组是变压器的最基本的组成部分。

此外还有油箱、储油柜、散热器、防爆管、吸湿器、绝缘套管等。

变压器各部件的作用如下。

（1）铁心是变压器产生电磁感应的主磁路，变压器的一、二次绕组均绕在铁心上。

铁心是用导磁性能良好的硅钢片叠装组成的闭合磁路。

为减少涡流和磁滞损耗，铁心一般采用含硅1%-5% 、厚度为0.35-0.5mm的涂漆硅钢片叠装而成。

（2）绕组是变压器的电路部分。

变压器分高、低压绕组，或称一次、二次（原边、副边或初级、次级）两个绕组。

它采用绝缘铜线或铝线绕成多层的线圈并套装在铁心上，导线的绝缘是采用纸或沙包浸漆。

（3）油箱即是变压器的外壳，有时盛装变压器油的容器。

油箱内装有铁心、一、二次绕组和变压器油。

它还可以起到散热的作用。

（4）储油柜它主要起到储油和补油的作用。

当温度变化时变压器油就会随着油温的变化而膨胀或收缩，储油柜可以保证油箱内始终充满油。

这样还可以减少油与空气的接触面积，能防止油的过速受潮和氧化。

储油柜的容积一般是变压器油箱的1/10。

储油柜上装油位计管，用以监视油面的高低。

（5）吸湿器由一个铁管和玻璃容器组成，内部装有干燥剂（如硅胶等）。

储油柜内的油通过吸湿器可与外界空气相通。

吸湿器内的干燥剂可以吸收空气中的水分和杂质，以使油保持良好的电气性能。

（6）防爆管它装于变压器的顶盖上，喇叭形管子可与大气相同。

正常运行时，管口用玻璃膜封住，并用玻璃刀刻上“十”字。

当变压器内部故障时，油温急骤升高，油就会分解出大量的气体，使得油箱内部压力迅速增大，巨大的内部压力会冲碎玻璃薄膜，使油及气体由管口喷出，防止变压器油箱爆炸或变形。

（7）散热器装在油箱外与油箱连通的管子变压器内部的上、下层油温是不同的，通过散热器可形成油的对流或循环。

油流经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。

为提高变压器有的冷却效果，有的变压器还采用了风冷、强油风冷和强油水冷等方式。

（8）绝缘套管绝缘套管分为高压和低压，一般由陶瓷制成。

它是变压器高、低压绕组向外引线的支撑和绝缘装置。

（9）分接开关它分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。

除对电压质量要求较高的场合采用有载调压分接开关外，一般均采用无载分接开关。

无载分接开关装在变压器的顶盖上。

它是用来调整变压器电压比的装置。

双绕组变压器的一次绕组及三绕组变压器的一、二次绕组一般均有3-5个分头装置。

（10）气体继电器旧标准曾称为瓦斯继电器，是变压器的主要保护装置之一。

它装于变压器的油箱和储油柜的连通管上。

当变压器内部发生故障时，气体继电器的上触头接通信号回路，下触头接通断路器掉闸回路，可以发出信号并使断路器掉闸。

按照规程规定，容量在800KVA及以上的油浸式电力变压器和400KVA 及以上的车间内变压器应装设气体继电器。

（11）变压器还有温度计、净油器以及接地螺栓等附件。

7-4为什么小容量的变压器没有储油柜？容量的变压器一般不装储油柜，主要是其油箱太小，油箱和空气的接触面不大，油箱的涨缩程度小、密封性较好。

小容量变压器一般顶盖上有特殊的带孔塞子，用以解决油在热胀冷缩时的呼吸问题。

一般75KVA及以下的变压器均不装储油柜。

7-5 简述变压器铭牌上的各项主要技术参数。

变压器铭牌上的主要技数参数有：额定容量、额定电压、额定电流、阻抗电压、空载电流、空载损耗、短路损耗、电压比、联结组别、温升、冷却方式等。

（1）额定容量S N在铭牌规定的额定状态下，变压器的输出容量称为额定容量，以kVA 表示。

对于三相变压器来说，额定容量是指三相容量之和，其计算公式为：三相变压器时 N N I U S N 3=单相变压器时 S N =U N I N（2）额定电压U N 分为一、二次额定电压。

一次额定电压为接到变压器一次侧端点的线电压规定值；二次额定电压为变压器空载时，一次侧加额定电压时，在二次侧所呈现的线电压值。

额定电压以kV 来表示。

（3）额定电流I N 分为一、二次额定电流。

它是在额定容量和允许的温升条件下，变压器一、二次绕组允许长期通过的线电流值，其计算公式为：三相变压器时 113N N N U S I = 223N N N U S I =单相变压器时 11N N N U S I = 22N N N U S I = （4）阻抗电压UK% 将变压器的二次侧短路，在一次侧施加电压，直道其电流到达额定值。

这时一侧施加的电压值UK1与其额定电压UN 之比的百分数称为阻抗电压UK%，即 %100U U %U NK1K ⨯= （5）空载电流I O 当变压器二次绕组开路、在一次绕组施加额定电压时，在一次绕组中所流过的线电流，称为空载电流。

一般以其占额定电流的百分数来表示。

空载电流的大小决定于变压器的容量、磁路的结构以及硅钢片的质量。

（6）空载损耗ΔP O 它是指变压器二次开路、在一次侧施加额定电压时，变压器本身的功率损耗。

它近似等于铁损（变压器二次侧开路，一次侧铜损很小）。

空载损耗一般可以通过空载试验来测得。

占额定功率的10%左右。

（7）短路损耗ΔP 1 当变压器一、二次电流达到额定值时，在绕组电阻上所消耗的功率称为短路损耗，它近似等于额定铜损。

一般指变压器运温度为750C 时的短路损耗。

当一、二次电流不等于额定值时，短路损耗与负载系数β的二次方成正比。

任意负载下变压器铜损ΔPt 的计算公式为： 75275222221t P T t N P P T I R I β=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆式中I1——一次绕组的电流；I——二次绕组的电流；2R——一次绕组的电阻；1R——二次绕组的电阻；2I——二次绕组的额定电流；2NP——750C时的铜损，即额定铜损；t75β——负载系数。

短路损耗可以通过短路试验测得。

（8）电压比K它是变压器一次额定电压与二次额定电压之比。

（9）联结组别它是用以表示变压器各侧绕组的联结方式和高、低次侧线电压之间的相位关系的符号，如YynO、Dyn11等。

符号中Y表示星形联结；D表示三角形联结；大写表示高压侧，小写表示低压侧；数字表示相位关系。

（10）温升实际温度减去环境温度为温升。

允许温度与温升：变压器为A级绝缘，耐热温度为105℃，上层油温不超95℃，为使绝缘油不过速氧化，规定不大于85℃(上层油温不超85℃)，油温温升不应超过65℃，要求不超过45℃。

二次电压高于400V，6度法则（超过允许温度60，寿命减少一半）（11）冷却方式变压器采用不同的冷却介质或采用强迫循环措施促使冷却。

由二个或四个字母代号标志。

冷却方式字母代表冷却介质循环种类O—矿物油 N—自然循环L—不燃性合成油 F—强迫循环G—气体 D—强迫导向油循环A—空气W—水7-6 什么是变压器的电压变化率？变压器的电压变化率表征了电网电压的稳定性，一定程度上反映了电能的质量，所以它是变压器的主要性能指标之一。

变压器二次端电压随负荷变化的程度用电压变化率来表示。

当变压器向负荷供电时，变压器负荷端上的电压必然下降，带额定负载时二次侧的端电压比空载时端电压相差的电压值与二次额定电压值之比的百分数即为电压变化率。

可用下式表示：电压变化率=二次额定电压额定负载时二次端电压二次额定电压-×100% 通常的电力变压器接入额定负荷后，其电压变化率为4%-6%。

7-7变压器的阻抗电压大一些好，还是小一些好？阻抗电压较小时，变压器的端电压受负载和变化的影响就小一些。

从运行角度考虑，因为一般配电变压器直接与用电设备相连，为保证供电电压质量，规定阻抗电压在5%左右。

但从系统安全和综合效益角度考虑，为限制系统短路电流，阻抗电压应该大一些为好。

所以大型电力变压器的阻抗电压一般都在5%以上，通常可高达10%-15%。

7-8 当运行环境温度与规定的条件不同时，变压器的运行容量应如何计算？ 一般变压器的额定容量系指其在规定的环境温度下，在规定的使用年限（约20年）内所能连续输出的最大视在功率。

根据有关规程的规定，变压器正常使用的最高年平均温度为+20o C 。

否则，每升高1o C ，变压器的运行容量就应减少1%。

因此变压器的运行容量S r 可按下式计算式中 θn ——变压器安装地点的年平均气温S r ——变压器的运行容量S N ——变压器的额定容量安装地点的年平均气温在一般电工手册中的环境温度均指室外温度。

对于室内安装的变压器，由于运行中发热的缘故，室内温度一般可按比室外温度高8o C 来考虑N n r S S ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=100201θ7-9 什么是变压器的连接组别？铭牌上的Yyno和Dyn11含义是什么？变压器的连接组别是表示变压器高、低绕组按一定接线方式连接时，高压侧线电压与低压侧线电压之间相位关系符号。

区别不同的连接组别时，我国采用了时钟表示法。

时钟表示法是把高压侧和低压侧的线电压相量作为时钟面上的长指针和短指针，且长指针指向12点钟的位置，短指针所指的点数就是连接的组别。

对于一台三相变压器来说，每侧的三个单相绕组组成的三相电路，可以有多种联结法，其中最基本的是星形（Y）、三角形（D）联结法。

此外还有曲折（Z）联结法等，但我国应用较少。

在旧标准中，三个绕组的尾端用X、Y、Z表示，中性点用O表示，三相的首端用A、B、C表示。

X、Y、Z连接在一起作为中点，A、B、C为引出端，称为星形联结。

当把第一个绕组的尾端X、与第二个绕组的首端B连结、第二个绕组的尾端Y 与第三个绕组的首端C连接，第三个绕组的尾端Z与第一个绕组的首端连结，构成一个三角形，由三个连接点为引出端时，称为三角形联结。

三角形联结也可以是A与Z、C与Y、B与X联接，再由A、B、C引出。

在新标准中三相绕组的首端称为U1、V1、W1端，三相绕组的尾端称为U2、V2、W2端，中性点称为N端，星形联结是将三个绕组的U2、V2、W2端连接在一起形成中性点N，引出三相的U1、V1、W1端。