本章以树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的设计为例，详细列出了树脂浇注干式变压器的设计计算过程，以及每一步计算所涉及到的公式和原理。该变压器具有以上所述的树脂浇注干变的各项优点，是树脂浇注干变设计的典型实例。
变压器设计计算的任务是使产品设计符合国家标准，或者用户在合同中提出的标准和要求。在合同中通常包括以下一些技术规范：
a.变压器的型式： 相数、绕组数、冷却方式、调压方式、耦合方式。
b.额定容量，各绕组的容量，不同冷却方式下的容量。
c.变压器额定电压、分接范围。
d.额定频率。
e.各绕组的首末端的绝缘水平。
f.变压器的阻抗电压百分值。
g.绕组结线方式及连接组标号。
h.负载损耗、空载损耗、空载电流百分值。
i.安装地点海拔高度。
此外，用户可能还有一些特殊参数。
变压器计算的任务，就是根据上述技术规范，按照国家标准，如《电力变压器》、《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》、《高压输变电设备的绝缘配合及高电压试验技术》和其它专业标准，确定变压器电磁负载，几何尺寸、电、热、机械方面的性能数据，以满足使用部门的要求。对方案进行优化计算，在满足性能指标前提下，具有良好的工艺性和先进的经济指标。
1.2变压器设计计算步骤以下主要针对电力变压器而言，特种变压器的计算基本与之相同，只需考虑特殊要求和自身特点即可。
- 根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗及空载电流等。
- 确定硅钢片牌号及铁心结构形式，计算铁心柱直径，计算心柱和铁轭截面。
- 根据硅钢片牌号，初选铁心柱中磁通密度，计算每匝电势。
- 初选低压匝数，凑成整匝数，根据此匝数再重算铁心柱中的磁通密度及每匝电势、再算出高压绕组额定分接及其他各分接的匝数。
- 根据变压器额定容量及电压等级，计算或从设计手册中选定变压器主、从绝缘结构。
- 根据绕组结构形式，确定导线规格，进行绕组段数、层数、匝数的排列，计算出段数、层数、总匝数及每层的匝数、每段匝数。
- 计算绕组的轴向高度及辐向尺寸。计算绕组几何高度、电气高度及窗高。
- 计算绝缘半径，确定变压器中心距M0，高、低压绕组平均匝长L。
- 初算短路阻抗无功分量，大型变压器无功分量值应与短路阻抗标准值接近。
- 计算绕组负载损耗，算出短路阻抗有功分量（主要指中小型变压器），检查短路阻抗是否符合标准规定值。
- 计算绕组温升，不合格时，可调整导线规格、或调整线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需要调整变更铁心柱直径。
- 计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布或加大导线截面。
- 计算空载性能及变压器总损耗，计算变压器重量。
产品型号：SCB10-1000/10
额定容量：1000kVA
电压比：(10±5%)/0.4kV
频率：50Hz
联结方法：Dyn11
额定电压电流：高压侧 1000V/57.74A 低压侧 400V/1441.38A
短路阻抗：6％
空载损耗：2200W
负载损耗：8180W
硅钢片牌号：Q120-30
执行标准： GB/T10228，GB6450
1.3.2 铁心计算铁心直径：Pt为三相变压器每相容量，故 Pt=Pn/3=1000/3kVA
K为经验系数， 取K=57
根据经验公式： D=K
=57
=241.5mm
由于铁心直径的位数取0或者是5，所以变压器的铁心直径为：D=245mm。
铁心净横截面积：根据公式
， 计算可得：
=471.196cm2。
1.3.3绕组计算初选磁密：
=1.50 T
初算匝电压: f=50Hz 铁心净横截面积经查表得出：At=436.306cm2
由公式
, 计算可得
=14.5435V
低压匝数：因为低压侧是Y接，故
, 计算可得
=15.883 ，
由公式
，取整得W=16
重算匝电压：
V
重算磁密：
高压匝数：高压绕组一般均设有分接线匝，这样就应根据各分接的相电压求出各分接匝数
高压侧D接 故
=10000V
高压绕组为
调压，共3级
则
=
=10500V
=
=10000V
=
=9500V
由公式
, 计算可得
取整：W1=727 W2=693 W3=658
电流：a、高压侧 D接
，
,
计算可得
b、低压侧 Y 接
=
,
,
计算可得
⑧低压绕组计算：
从浇注干式变压器的设计、工艺和生产现状来看，低压绕组一般采用箔式绕组结构。箔式绕组，一层就是一匝，也就是只有一段，每段的长度即为导线宽度795mm。同时，根据实际需要，我们选低压侧端绝缘为10mm，空气距离为45mm，层间绝缘为0.18mm
表面绝缘0.36mm.前面已经计算出总匝数为16，我们可以分为三层（5 5 6=16），相临两层之间加气道，气道厚度分别为8mm 和10mm。
具体计算如下：
-1初选电流密度：
=2.0 A/mm2
-2 算导线截面积：
，
根据计算得出的导线截面积，查表找出最接近的导线规格。
-3选线规：1.01
795∥802.95 ,导线截面积
=802.95 mm2
-4重算电流密度： 由公式 ：
， 计算可得
-5 低压绕组轴向尺寸计算：
795 ——箔式导线高度，即轴向长度，mm
10×2 ——端绝缘高度,mm
815 ——绕组轴向总高度,mm
45×2 ——绕组到上下铁轭距离,mm
- ——铁心窗高,mm
-6 低压绕组辐向尺寸计算：
辐向有16层，被两个气道隔开，分为：5层、5层、6层
1.01 1.01 ——箔式导线厚度，mm
× 5 × 6 ——总层数
5.05 6.06
0.18×4×1.1 0.18×5×1.1 ——绝缘总厚度（
=(
-1）×层绝缘缘),mm
5.842 7.05
×（1 2%） × （1 2%） ——辐向裕度取2%
5.95884 7.191
0.36 0.36×2 ——表面绝缘厚度,mm
6..31884(6.31) 7.911（7.91）
低压绕组辐向总厚度： 6.31 8 6.31 10 7.91=38.5 mm
低压绕组辐向总厚度=5层辐向厚度 气道1厚度 5层辐向厚度 气道2厚度 6层辐向厚度 单位 mm
高压绕组采用分段层式绕组，前面已经计算出高压绕组的匝数为727-693-658，计算时，用最大的匝数727来计算。高压绕组可分为4段，每段182匝，，分7层，每层26匝，中间夹一个气道（3 4 0=7）。另外其余参考数据如下：表面绝缘1.00mm,段间距离20mm,端间距20mm,空气距离45mm，气道厚度为16mm。
具体计算如下：
-1初选电流密度：
=2.0 A/mm2 I=
-2 算导线截面积：
，
-3 选线规：1.00×6.30∥0.16 ,导线截面积
=1×18.35=18.35 mm2
-4 重算电流密度：
，
-5 高压绕组轴向尺寸计算
|
高压线圈轴向电气长度=带绝缘高压线圈导线宽度×（每层匝数 起末宽度）×轴向裕度×段数 （段数-1）×段间距 单位 mm |
|
高压线圈轴向几何长度=高压线圈轴向电气长度 2×端绝缘 高压线圈窗高=高压线圈轴向几何长度 2×空气距离=高压线圈轴向电气长度 2×端绝缘 2×空气距离 单位mm; |
6.30
0.16
6.46 ——带绝缘导线宽度，mm
×(26 1) ——每层匝数加上起末头高度,mm
174.42
× 1.02 ——轴向裕度，单根导线取2%
177.91（178） ——每段长度（取整数），mm
× 4 ——总共有4段
712
20×3 ——3个段间距
772（775） ——轴向长度，mm
45×2 ——空气距离,mm
865
20×2 ——端间距,mm
905 ——铁心窗高，mm
-6 高压绕组辐向尺寸计算
辐向有7层，被一个气道隔开，分为：3层、4层
1.00 1.00 ——箔式导线厚度，mm
× 3 × 4 ——总层数
9.00 12.00
0.56×2×1.1 0.56×3×1.1 ——绝缘总厚度（
=(
-1）×层绝缘缘),mm
10.232 11.848
×（1 2%） × （1 2%） ——辐向裕度取2%
10.4366 14.125
0.56×3×1.1 1.00 0.56×3×1.1 1.00 ——表面绝缘厚度,mm
- 18.97
高压绕组辐向总厚度： 15.28 16 18.97=50.3 mm
1.3.4绕组绝缘半径及平均匝长的计算:前面已经计算出，铁心直径D =245mm，则铁心外接圆半径R0=245/2=122.5 mm
其余相关数据如下：
低压-铁心：10mm 高压-低压：40mm 相间距离：41mm
具体计算如下：
122．5 ——铁心外接圆半径R0,mm
10 ——低压绕组至铁心距C,mm
132．5 ——低压绕组内半径R2,mm
38．5 ——低压绕组辐向厚度B2,mm
171 ——低压绕组外半径R3,mm
40 ——高低压绕组间主绝缘距a12,mm
（211-3-0.5）207.5 ——高压绕组内半径R4,mm
50．0 ——高压绕组辐向尺寸B3,mm
257.5（258） ——高压绕组外半径R5,mm
× 2
516 ——高压绕组外径D,mm
41 ——相间距离（干变取40左右）A，mm 557
- 1.00×2 ——高压线圈表面绝缘，mm
551（550） ——铁心柱中心距离（为10或5的倍数）M0，mm
铁心柱中心距离=高压绕组外径 相间距离-2*高压绕组表面绝缘;
故：
低压线圈内径：265 外径：342
高压线圈内径：415 外径：516
中心距： 550 （单位mm）
绕组平均匝长l的计算：
高压绕组
;
低压绕组
;
平均匝长Lm=(Lm1 Lm2)/2;
=1462mm（取整）
=953mm（取整）
1.3.5参考温度（120）下绕组每相电阻及导线重量的计算——
高压绕组电阻（120℃） ：
；
;
高压绕组铜导线重：
所以 Cu11=207 kg Cu12=316 kg Cu13=0
高压绕组导线重：
Cu1=207 316=523kg
高压绕组电阻损耗（120℃）:
低压绕组电阻（120℃） ：
；
;
低压绕组导线重：
Cu2=91 99 132=322kg
低压绕组电阻损耗（120℃）:
导线总重：
523 322=845kg
1.3.6负载损耗的计算// H0:窗高
// 低压额定电流
D=245mm // 铁心直径
B0=D-5=245-5=240mm// B0:最大片宽; 为省去查表麻烦,近似等
; // Sb:铜排截面积;
高压绕组电阻损耗（120℃）:
低压绕组电阻损耗（120℃）:
杂散损耗、引线损耗及附加损耗分别如下：
低压绕组为箔绕，所以连接及附加损耗百分比K PsupPercent=0.006×I2=8.66。
总负载损耗
。
1.3.7树脂、玻璃纤维重的计算如果低压为箔式：
纤维重
树脂重
1.3.8空载损耗// P0 空载损耗
1.3.9短路阻抗计算(箔绕需再×0.95)
1.3.10铁心温升的计算由计算可得：
铁心柱中心距
=550mm, 低压绕组的内径
=265mm，电抗高度
=795mm, 空载损耗
=1662W,铁心窗高
=905mm。
由查表可得：
迭片系数
=0.97，迭片总厚度b=238mm，最大迭片厚度
=235mm，最小迭片厚度
=60mm，净横截面积
=436.306
。
散热面积的计算
有效散热系数为
=2.8
总的散热面积为
铁心的单位热负荷为
铁心温升为
1.3.11高压绕组温升的计算由计算可得
高压绕组内径
=415mm,高压绕组外径
=516mm,高压绕组轴向长度
=775mm，轴向厚度为
=15.28mm,
=19.06mm,电抗高度
=765mm ，高压绕组的铜损
由查表可得
撑条根数
=8，净横截面积
=436.306
，气道宽度为
=16mm, 高低压绕组间的距离L=40mm
散热面积计算
有效散热系数
总的散热面积为
高压绕组的单位热负荷为
高压绕组温升
K
1.3.12低压绕组温升的计算由计算可得
低压绕组内径
=265mm,低压绕组外径
=342mm,低压绕组轴向长度
=795mm，轴向厚度为
=6.34mm,
=7.96mm,，电抗高度
=795mm ，低压绕组的铜损
由查表可得
撑条根数
=8，净横截面积
=436.306
，气道宽度为
=8mm,
=10mm, 高低压绕组间的距离L=40mm
散热面积计算
有效散热系数为
总的散热面积为
低压绕组的单位热负荷为
低压绕组温升
K
以上为树脂浇注干式变压器SCB10-1000/10的具体设计计算过程。由此过程可得变压器的性能数据为：
高压铜耗：4512W 低压铜耗：2859W
引线、附加损耗：747W 空载损耗：1662W
硅钢片重：1808kg 树脂重：83kg
玻璃纤维重：90kg 高压导线重：523kg
低压导线重：322kg 导线总重：845kg
高压线圈温升:70.7K 低压线圈温升：87.8K
以上数据满足执行标准 GB/T10228，GB6450，同时又考虑的经济性。由此所设计的变压器电气性能好，节省材料，能给企业带来较高的收益，同时还满足用户的要求。
