本章以樹脂澆注幹式變壓器SCB10-1000/10的設計為例，詳細列出了樹脂澆注幹式變壓器的設計計算過程，以及每一步計算所涉及到的公式和原理。該變壓器具有以上所述的樹脂澆注幹變的各項優點，是樹脂澆注幹變設計的典型實例。
1.1變壓器設計計算的任務 變壓器設計計算的任務是使産品設計符合國家标準，或者用戶在合同中提出的标準和要求。在合同中通常包括以下一些技術規範：
a.變壓器的型式： 相數、繞組數、冷卻方式、調壓方式、耦合方式。
b.額定容量，各繞組的容量，不同冷卻方式下的容量。
c.變壓器額定電壓、分接範圍。
d.額定頻率。
e.各繞組的首末端的絕緣水平。
f.變壓器的阻抗電壓百分值。
g.繞組結線方式及連接組标号。
h.負載損耗、空載損耗、空載電流百分值。
i.安裝地點海拔高度。
此外，用戶可能還有一些特殊參數。
變壓器計算的任務，就是根據上述技術規範，按照國家标準，如《電力變壓器》、《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》、《高壓輸變電設備的絕緣配合及高電壓試驗技術》和其它專業标準，确定變壓器電磁負載，幾何尺寸、電、熱、機械方面的性能數據，以滿足使用部門的要求。對方案進行優化計算，在滿足性能指标前提下，具有良好的工藝性和先進的經濟指标。
1.2變壓器設計計算步驟 以下主要針對電力變壓器而言，特種變壓器的計算基本與之相同，隻需考慮特殊要求和自身特點即可。
根據技術合同，結合國家标準及有關技術标準，決定變壓器規格及相應的性能參數，如額定容量、額定電壓、聯結組别、短路阻抗、負載損耗、空載損耗及空載電流等。确定矽鋼片牌号及鐵心結構形式，計算鐵心柱直徑，計算心柱和鐵轭截面。根據矽鋼片牌号，初選鐵心柱中磁通密度，計算每匝電勢。初選低壓匝數，湊成整匝數，根據此匝數再重算鐵心柱中的磁通密度及每匝電勢、再算出高壓繞組額定分接及其他各分接的匝數。根據變壓器額定容量及電壓等級，計算或從設計手冊中選定變壓器主、從絕緣結構。根據繞組結構形式，确定導線規格，進行繞組段數、層數、匝數的排列，計算出段數、層數、總匝數及每層的匝數、每段匝數。計算繞組的軸向高度及輻向尺寸。計算繞組幾何高度、電氣高度及窗高。計算絕緣半徑，确定變壓器中心距M0，高、低壓繞組平均匝長L。初算短路阻抗無功分量，大型變壓器無功分量值應與短路阻抗标準值接近。計算繞組負載損耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型變壓器），檢查短路阻抗是否符合标準規定值。計算繞組溫升，不合格時，可調整導線規格、或調整線段數及每段匝數的分配，當超過規定值過大時，則需要調整變更鐵心柱直徑。計算短路機械力及導線應力，當超過規定值時，應調整安匝分布或加大導線截面。計算空載性能及變壓器總損耗，計算變壓器重量。1.3樹脂澆注幹式變壓器設計的詳細計算1.3.1技術條件 産品型号：SCB10-1000/10
額定容量：1000kVA
電壓比：(10±5%)/0.4kV
頻率：50Hz
聯結方法：Dyn11
額定電壓電流：高壓側 1000V/57.74A 低壓側 400V/1441.38A
短路阻抗：6％
空載損耗：2200W
負載損耗：8180W
矽鋼片牌号：Q120-30
執行标準： GB/T10228，GB6450
1.3.2 鐵心計算 鐵心直徑：Pt為三相變壓器每相容量，故 Pt=Pn/3=1000/3kVA
K為經驗系數， 取K=57
根據經驗公式： D=K
=57
=241.5mm
由于鐵心直徑的位數取0或者是5，所以變壓器的鐵心直徑為：D=245mm。
鐵心淨橫截面積：根據公式
， 計算可得：
=471.196cm2。
1.3.3繞組計算 初選磁密：
=1.50 T
初算匝電壓: f=50Hz 鐵心淨橫截面積經查表得出：At=436.306cm2
由公式
, 計算可得
=14.5435V
低壓匝數：因為低壓側是Y接，故
, 計算可得
=15.883 ，
由公式
，取整得W=16
重算匝電壓：
V
重算磁密：
高壓匝數：高壓繞組一般均設有分接線匝，這樣就應根據各分接的相電壓求出各分接匝數
高壓側D接 故
=10000V
高壓繞組為
調壓，共3級
則
=
=10500V
=
=10000V
=
=9500V
由公式
, 計算可得
取整：W1=727 W2=693 W3=658
電流：a、高壓側 D接
，
,
計算可得
b、低壓側 Y 接
=
,
,
計算可得
⑧低壓繞組計算：
從澆注幹式變壓器的設計、工藝和生産現狀來看，低壓繞組一般采用箔式繞組結構。箔式繞組，一層就是一匝，也就是隻有一段，每段的長度即為導線寬度795mm。同時，根據實際需要，我們選低壓側端絕緣為10mm，空氣距離為45mm，層間絕緣為0.18mm
表面絕緣0.36mm.前面已經計算出總匝數為16，我們可以分為三層（5 5 6=16），相臨兩層之間加氣道，氣道厚度分别為8mm 和10mm。
具體計算如下：
-1初選電流密度：
=2.0 A/mm2
-2 算導線截面積：
，
根據計算得出的導線截面積，查表找出最接近的導線規格。
-3選線規：1.01
795∥802.95 ,導線截面積
=802.95 mm2
-4重算電流密度： 由公式 ：
， 計算可得
-5 低壓繞組軸向尺寸計算：
795 ——箔式導線高度，即軸向長度，mm
10×2 ——端絕緣高度,mm
815 ——繞組軸向總高度,mm
45×2 ——繞組到上下鐵轭距離,mm
——鐵心窗高,mm -6 低壓繞組輻向尺寸計算：
輻向有16層，被兩個氣道隔開，分為：5層、5層、6層
1.01 1.01 ——箔式導線厚度，mm
× 5 × 6 ——總層數
5.05 6.06
0.18×4×1.1 0.18×5×1.1 ——絕緣總厚度（
=(
-1）×層絕緣緣),mm
5.842 7.05
×（1 2%） × （1 2%） ——輻向裕度取2%
5.95884 7.191
0.36 0.36×2 ——表面絕緣厚度,mm
6..31884(6.31) 7.911（7.91）
低壓繞組輻向總厚度： 6.31 8 6.31 10 7.91=38.5 mm
低壓繞組輻向總厚度=5層輻向厚度 氣道1厚度 5層輻向厚度 氣道2厚度 6層輻向厚度 單位 mm
高壓繞組采用分段層式繞組，前面已經計算出高壓繞組的匝數為727-693-658，計算時，用最大的匝數727來計算。高壓繞組可分為4段，每段182匝，，分7層，每層26匝，中間夾一個氣道（3 4 0=7）。另外其餘參考數據如下：表面絕緣1.00mm,段間距離20mm,端間距20mm,空氣距離45mm，氣道厚度為16mm。
具體計算如下：
-1初選電流密度：
=2.0 A/mm2 I=
-2 算導線截面積：
，
-3 選線規：1.00×6.30∥0.16 ,導線截面積
=1×18.35=18.35 mm2
-4 重算電流密度：
，
-5 高壓繞組軸向尺寸計算
| 高壓線圈軸向電氣長度=帶絕緣高壓線圈導線寬度×（每層匝數 起末寬度）×軸向裕度×段數 （段數-1）×段間距 單位 mm |
| 高壓線圈軸向幾何長度=高壓線圈軸向電氣長度 2×端絕緣 高壓線圈窗高=高壓線圈軸向幾何長度 2×空氣距離=高壓線圈軸向電氣長度 2×端絕緣 2×空氣距離 單位mm; |
0.16
6.46 ——帶絕緣導線寬度，mm
×(26 1) ——每層匝數加上起末頭高度,mm
174.42
× 1.02 ——軸向裕度，單根導線取2%
177.91（178） ——每段長度（取整數），mm
× 4 ——總共有4段
712
20×3 ——3個段間距
772（775） ——軸向長度，mm
45×2 ——空氣距離,mm
865
20×2 ——端間距,mm
905 ——鐵心窗高，mm
-6 高壓繞組輻向尺寸計算
輻向有7層，被一個氣道隔開，分為：3層、4層
1.00 1.00 ——箔式導線厚度，mm
× 3 × 4 ——總層數
9.00 12.00
0.56×2×1.1 0.56×3×1.1 ——絕緣總厚度（
=(
-1）×層絕緣緣),mm
10.232 11.848
×（1 2%） × （1 2%） ——輻向裕度取2%
10.4366 14.125
0.56×3×1.1 1.00 0.56×3×1.1 1.00 ——表面絕緣厚度,mm
18.97 高壓繞組輻向總厚度： 15.28 16 18.97=50.3 mm
1.3.4繞組絕緣半徑及平均匝長的計算: 前面已經計算出，鐵心直徑D =245mm，則鐵心外接圓半徑R0=245/2=122.5 mm
其餘相關數據如下：
低壓-鐵心：10mm 高壓-低壓：40mm 相間距離：41mm
具體計算如下：
122．5 ——鐵心外接圓半徑R0,mm
10 ——低壓繞組至鐵心距C,mm
132．5 ——低壓繞組内半徑R2,mm
38．5 ——低壓繞組輻向厚度B2,mm
171 ——低壓繞組外半徑R3,mm
40 ——高低壓繞組間主絕緣距a12,mm
（211-3-0.5）207.5 ——高壓繞組内半徑R4,mm
50．0 ——高壓繞組輻向尺寸B3,mm
257.5（258） ——高壓繞組外半徑R5,mm
× 2
516 ——高壓繞組外徑D,mm
41 ——相間距離（幹變取40左右）A，mm 557
- 1.00×2 ——高壓線圈表面絕緣，mm
551（550） ——鐵心柱中心距離（為10或5的倍數）M0，mm
鐵心柱中心距離=高壓繞組外徑 相間距離-2*高壓繞組表面絕緣;
故：
低壓線圈内徑：265 外徑：342
高壓線圈内徑：415 外徑：516
中心距： 550 （單位mm）
繞組平均匝長l的計算：
高壓繞組
;
低壓繞組
;
平均匝長Lm=(Lm1 Lm2)/2;
=1462mm（取整）
=953mm（取整）
1.3.5參考溫度（120）下繞組每相電阻及導線重量的計算 ——
高壓繞組電阻（120℃） ：
；
;
高壓繞組銅導線重：
所以 Cu11=207 kg Cu12=316 kg Cu13=0
高壓繞組導線重：
Cu1=207 316=523kg
高壓繞組電阻損耗（120℃）:
低壓繞組電阻（120℃） ：
；
;
低壓繞組導線重：
Cu2=91 99 132=322kg
低壓繞組電阻損耗（120℃）:
導線總重：
523 322=845kg
1.3.6負載損耗的計算 // H0:窗高
// 低壓額定電流
D=245mm // 鐵心直徑
B0=D-5=245-5=240mm// B0:最大片寬; 為省去查表麻煩,近似等
; // Sb:銅排截面積;
高壓繞組電阻損耗（120℃）:
低壓繞組電阻損耗（120℃）:
雜散損耗、引線損耗及附加損耗分别如下：
低壓繞組為箔繞，所以連接及附加損耗百分比K PsupPercent=0.006×I2=8.66。
總負載損耗
。
1.3.7樹脂、玻璃纖維重的計算 如果低壓為箔式：
纖維重
樹脂重
1.3.8空載損耗 // P0 空載損耗
1.3.9短路阻抗計算 (箔繞需再×0.95)
1.3.10鐵心溫升的計算 由計算可得：
鐵心柱中心距
=550mm, 低壓繞組的内徑
=265mm，電抗高度
=795mm, 空載損耗
=1662W,鐵心窗高
=905mm。
由查表可得：
叠片系數
=0.97，叠片總厚度b=238mm，最大叠片厚度
=235mm，最小叠片厚度
=60mm，淨橫截面積
=436.306
。
散熱面積的計算
有效散熱系數為
=2.8
總的散熱面積為
鐵心的單位熱負荷為
鐵心溫升為
1.3.11高壓繞組溫升的計算 由計算可得
高壓繞組内徑
=415mm,高壓繞組外徑
=516mm,高壓繞組軸向長度
=775mm，軸向厚度為
=15.28mm,
=19.06mm,電抗高度
=765mm ，高壓繞組的銅損
由查表可得
撐條根數
=8，淨橫截面積
=436.306
，氣道寬度為
=16mm, 高低壓繞組間的距離L=40mm
散熱面積計算
有效散熱系數
總的散熱面積為
高壓繞組的單位熱負荷為
高壓繞組溫升
K
1.3.12低壓繞組溫升的計算 由計算可得
低壓繞組内徑
=265mm,低壓繞組外徑
=342mm,低壓繞組軸向長度
=795mm，軸向厚度為
=6.34mm,
=7.96mm,，電抗高度
=795mm ，低壓繞組的銅損
由查表可得
撐條根數
=8，淨橫截面積
=436.306
，氣道寬度為
=8mm,
=10mm, 高低壓繞組間的距離L=40mm
散熱面積計算
有效散熱系數為
總的散熱面積為
低壓繞組的單位熱負荷為
低壓繞組溫升
K
以上為樹脂澆注幹式變壓器SCB10-1000/10的具體設計計算過程。由此過程可得變壓器的性能數據為：
高壓銅耗：4512W 低壓銅耗：2859W
引線、附加損耗：747W 空載損耗：1662W
矽鋼片重：1808kg 樹脂重：83kg
玻璃纖維重：90kg 高壓導線重：523kg
低壓導線重：322kg 導線總重：845kg
高壓線圈溫升:70.7K 低壓線圈溫升：87.8K
以上數據滿足執行标準 GB/T10228，GB6450，同時又考慮的經濟性。由此所設計的變壓器電氣性能好，節省材料，能給企業帶來較高的收益，同時還滿足用戶的要求。
,
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