防爆型高压灌注单相变压器的设计

为庆祝中国电子变压器行业协会成立二十周年，加强行业之间的学术交流，提高企业的素质，通过《电子变压器技术》杂志发表此论文，供同业人员参考，以示对协会二十周年的纪念。
总体设计分两步进行，电路设计和工艺设计，程序如下：
一、 电路设计
技术要求：
初级输入电压：=6KV 电源频率：f=50Hz
次级输出电压：=240±5V 次级电流：=8A
环境温度：=55℃ 绝缘等级：E级
电压调整率：△U%≤3% 大气压力：P=101.3Kpa
抗电强度：23KV/分钟（高压线包对地）
1 计算变压器功率容量
VA换算==240×8=1920W
2选择铁心，确定电磁参量
CD 40-80-120-1级铁心（比参数标准高选一级，在工艺设计时论述，但各参数表按CD40-80-120-1计算）
3 =×=6KV×0.8725=5.235×1000=5235匝
=×=240V×0.8979=215匝
4 空载电流计算
查表计算：Pco=32.49 VAψ0=268
1ψ0=VAψO/=268/6000=45mA
Ico=Pco/=32.49/6000=5.4mA

5 初级电流计算
1） 次级反射到初级的电流
=（/）×=215÷5235×8=328mA
2） 计算铁损电流和磁化电流
查表得空载磁感应强度Bo=1.757，故负载磁感；应强度B∽为
B=B∽（1-）=1.75（1-0.03/2）=1.6T
查表得H ~ 交流磁场强度为4.7A/cm；Ps漏感修正系数为2.4W/kg
查表得Lc磁心有效磁路长度为45cm；Gc铁心重量为10.20kg
铁损电流Ic=Ps Gc/=3.4×10.2/6000=34.7/6000=0.006A
磁化电流Iψ=H~Lc/=4.7×45/6000=211.5/6000=0.04A
3） 计算初级电流
初级电流有功分量=I’+Ic=328+6=334A
初级电流

6 计算导线直径

7 绝缘
1） 确定试验电压GB6450-86 试验电压标准（电子部）

煤炭工业部试验电压标准

初级对铁心 =23KV/分钟
次级对铁心 =2KV/分钟
2） 结构
采用灌注结构，分段绕制，中心连接，两线包之间加隔离，隔离厚度6=4，底筒高度为120mm，绝缘材料宽度为2×58=116mm，端空每边2mm，绕线宽度50mm（灌注宽度8mm），灌注高度8mm。
8 线圈结构参数计算
1） 采用单线圈，初次级匝数，各绕在各的铁心心柱上，以利于绝缘处理。
2） 高压绕组，每层匝数和层数
初级每层匝数=（50-2×2）/（0.53×1.05）-1=81匝
次级每层匝数=（104-2×2）/（2.48×1.05）-1=31匝
初级半绕组层数S1=2618/81=32层
次级绕组层数S2=215/37=6层
3） 确定内层，层间，组间及外包绝缘
3.1)高压包内层绝缘1×0.08mm电缆纸
高压包层间绝缘1×0.08mm电缆纸
外包绝缘2×0.08电缆纸
3.2）低压包内层绝缘1×0.08mm电缆纸
低压包层间绝缘1×0.08mm电缆纸
低压保外层绝缘2×0.08mm电缆纸
4)各绕组厚度计算
底筒厚度:σ=10mm
高压绕组厚度σ1=10+0.53×32×1.15+0.08×5+3×0.08=2.5+17.11+0.4+0.24=20.25mm
线圈总厚度Dm=σ1+σ2=32.22mm+20.25mm=52.47mm
铁心窗宽64mm，绕圈厚度小于铁心窗宽，故能绕下.
5)各绕组平均匝长
5.1)高压活络底筒周长:2×60+2×100=120+200=320mm
=(320+3.14×32.224)=42.1cm
5.2)低压活络底筒周长:2×45+2×85=90+170=260mm
=(260+3.14×20.25)=32.4cm
6)各绕组导线长度:
=42.1×5236×=2204.36m
=32.4×215×=69.66m
7)各绕组铜质量:
=2204.4×1.544×=3.404Kg
=69.7×38.93×=2.713Kg
8)各绕组铜组：20℃时各绕组铜阻
0. 47漆包线（20℃）=42.1××=4429Ω
236漆包线（20℃）=324×41×=0133Ω
热态铜阻
Pm==（0.366）2×593+82×=123W
9 电压比核算
1） 次级空载电压=（/）×=（215/5235）6000=0.041×6000=246V
2） 初级感应电压=-=6000-0.336×5.93=6000-2.17=5997.8V
3） 次级感应电压=（/）=（215/5235）5997.8=0.041×5997.8=246.3V
4） 次级负载电压=-=246.3-8×0.18=246.3-1.44=244.9V
10电压调整率核算
△ U%={（-）/}100={（246-2449）/246}100=（11/246）100=0004×100=4%
11 计算空载损耗
Po=Pco+（Io）2r1（20℃）=32.49+×5.93=32.49+0.012=32.5W
12 温升计算
1） 计算初始温升比：△ τm’/△τc’
α mo=0.9 β=0.424 Fm=1196
△ τm’/△τc’=15β（Pm/Pc）=15×0424（12.3/37.8）=0207
2） 计算热平衡系数R

1） 计算修正前温升值

5)计算平均温升△τm
τm=55℃ R=0.776 Rd=0.9

线圈初始温度：

铁心初始温度

防爆变压器的工艺设计
在矿山电器设备中，煤矿坑道中瓦斯含量很大，因此产品设计必须是防爆型的，不然就会因电弧、火花引起坑道爆炸造成设备和伤亡事故，因此矿山设备必须有防爆措施现将防爆措施的设计程序叙述如下：
一提高绝缘要求：
电子部GB6450-86试验电压标准

煤炭部GBXXX 试验电压标准

试验电压提高3KV，本身就是一种防爆措施，根据理论计算和多次高压试验台，试验的结论如下：
1 灌注线圈每端厚度 σ≤8.5mm
2 高压引出端空气距离 ≤80mm
3 高压引出端，低压引出端，必须用高压瓷瓶引出。输入，输出端均匀为高压、 低压瓷瓶接插头引出。
4 为了保证绝缘设计，原铁心选用CD40X80X100-I两端线圈厚度小于8.5mm高压实 验时在18KV是产生飞弧现象，反复调整较好地解决铁心与高压线圈上、下、左、右、前后及固定螺栓与线圈之间的飞弧拉火花现象。
5 由于防爆机柜内空气不流动，散热性差，温升△τm要求≥60℃，柜内几何尺寸
有限，因此我们在灌注材料的选择上，采用新材料CR系列，高强度绝缘封灌树 脂。

特点如下：
优良的绝缘性能，常温操作，常温固化，固化时不产生气体，不须抽真空。特别是有很好的散热性能，由于树脂成分中含有对热能较为敏感的极性分子，而且排列非常紧密，故对线圈所产生的热量能迅速地进行传导作用，再加入一定量的石英砂，则传导作用更好，在相同规格的电器产品作用中和环氧花浇灌料比较，经实测，相对能降低10℃，因此较好地解决了温升问题，同时比环氧浇灌料的成本低近一半。
该产品经过6次改进，6次高压试验，顺利通过了例行试验，最后送往抚顺中国煤炭研究所进行正式鉴定，各项技术标准均能达到国家规定的标准，检验合格，签发生产许可证，目前该产品已投入正式生产。