變壓器基礎知識

變壓器基礎知識

概述

配電變壓器，簡稱“配變”。指配電系統中根據電磁感應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行在配電網中電壓等級為10-35kV（大多數是10kV及以下）、容量為6300KVA及以下直接向終端用戶供電的電力變壓器。

按安裝位置分類

配電變壓器根據安裝位置分為室內和室外。

室外安裝分為臺?式、桿塔式和落地式（含預裝式）。

電按按冷卻方式分類

根據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、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。干式變壓器依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風機冷卻，多用于高層建筑、高速收費站點用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。

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等系列產品，在工礦企業、農業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 等系列產品，多用于石油、化工行業中多油污、多化學物質的場所。 

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

1.2.2干式變壓器按絕緣介質分為： 

1) 包封線圈式干式變壓器：主要有SCB8、SC（B）9、SC（B）10、SCR-10 等系列產品，適用于高層建筑、商業中心、機場、車站、地鐵、醫院、工廠等場所。

2) 非包封線圈干式變壓器：主要有SG10 等系列產品，適用于高層建筑、商業中心、機場、車站、地鐵、石油化工等場所。

電調壓方式分類

根據調壓方式可分為有載調壓和無載調壓。

所謂無載調壓和有載調壓都是指的變壓器分接開關調壓方式。區別在于無載調壓開關不具備帶負載轉換檔位的能力，調檔時必須使變壓器停電。而有載分接開關則可帶負荷切換檔位。

相數分類

根據相數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。單相變壓器結構簡單、體積小、損耗低，主要是鐵損小，適宜在負荷密度較小的低壓配電網中應用和推廣。

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

工作原理

鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈（或原線圈），另一個線圈接用電器稱為次級線圈（或副線圈）。實際的變壓器是很復雜的，不可避免地存在銅損（線圈電阻發熱）、鐵損（鐵心發熱）和漏磁（經空氣閉合的磁感應線）等，為了簡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、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運行時（副線圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。

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

進而得出：

U1/U2=N1/N2

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

進而可得

I1/ I2=N2/N1

理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實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90%以上。

特征參數

1.額定容量

指變壓器工作狀態下的輸出功率，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，通過變壓器一、二次繞組出線端子的電流，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

批變壓器設計時所規定的運行頻率。用ƒ_N 表示，單位赫茲（HZ）。我國規定額定頻率為50HZ。

5空載損耗

空載損耗也叫鐵損，指當以額定頻率的寶寶電壓施加于一側繞組的端子上，別一側繞組出線開路時，變壓器所吸取的有功功率，用P0表示，單位為W或KW�？蛰d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、制作工藝密切相關，一般認為一臺變壓器的空載損耗不會隨負荷大小的變化而變化。

6 空載電流

變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流�？蛰d電流由磁化電流（產生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對于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數表示，即I_0（%）=（I₀/I_N）×100%。變壓器容量越大，數值越小。

7 負載損耗

負載損耗也叫短路損耗、銅損，是指當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，另一側繞組的出線端子短路，流過繞組出線端子的電流為額定電流時，變壓器所消耗的有功功率，用P_K表示。單位為W或KW。負載損耗的大小取決于繞組的材質等，運行中的負載損耗大小隨負荷的變化而變化。

8變比

批變壓器高壓側額定電壓與低壓側額定電壓之比，即U_N1/U_N2。

9絕緣電阻

表示變壓器各線圈之間、各線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.

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,當二次繞組的短路電流等于額定值時,此時一次側所施加的電壓.一般以額定電壓的百分數表示. 

11相數

三相開頭以S表示，單相開頭以D表示。

12聯結組標號

根據變壓器一、二次繞組的相位關系,把變壓器繞組連接成各種不同的組合,稱為繞組的聯結組。為了區別不同的聯結組,常采用時鐘表示法,即把高壓側線電壓的相量作為時鐘的長針,固定在12上,低壓側線電壓的相量作為時鐘的短針,看短針指在哪一個數字上,就作為該聯結組的標號.如Dyn11表示一次繞組是（三角形）聯結，二次繞組是帶有中心點的（星形）聯結，組號為(11)點。

產品型號

4.1 產品類別代號

O-自耦變壓器，通用電力變壓器不標

H-電弧爐變壓器

C-感應電爐變壓器

Z-整流變壓器

K-礦用變壓器

Y-試驗變壓器

4.2 相數

D-單相變壓器

S-三相變壓器

4.3 冷卻方式

F-風冷式

W-水冷式

注：油浸自冷式和空氣自冷式不標注

4.4 油循環方式

N―自然循環

O―強迫導向循環

P―強迫循環

4.5 繞組數

S―三繞組

注：雙繞組不標注

4.6 導線材料

L―鋁繞組

注：銅繞組不標注

4.7 調壓方式

Z―有載調壓

注：無載調壓不標注

4.9 特殊用途或特殊結構代號

Z――低噪聲用；

L――電纜引出

X――現場組裝式；

J――中性點為全絕緣；

CY――發電廠自用變壓器

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與民用建筑供配電系統中的重要設備之一，它將10（6）kV或35kV網絡電壓降至用戶使用的230/400V 母線電壓。此類產品適用于交流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），可在戶內（外）使用，容量在315kVA 及以下時可安裝在桿上，環境溫度不高于40℃，不低于-25℃，最高日平均溫度30℃，最高年平均溫度20℃，相對濕度不超過90%（環境溫度25℃），海拔高度不超過1000m。

10kV級S11系列配電變壓器技術參數：

5.2干式變壓器

干式變壓器廣泛用于局部照明、高層建筑 、機場，碼頭CNC機械設備等場所，簡單的說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）和強迫空氣冷卻（AF）。自然空冷時，變壓器可在額定容量下長期連續運行。強迫風冷時，變壓器輸出容量可提高50%。適用于斷續過負荷運行，或應急事故過負荷運行；由于過負荷時負載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經濟運行狀態，故不應使其處于長時間連續過負荷運行。

10kV級SCB10系列配電變壓器技術參數：

5.3干式變壓器與油式變壓器比較