變壓器鐵芯概述

　　鐵芯是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵芯和繞在其上的線圈組成完整的電磁感應系統。電源變壓器傳輸功率的大小，取決于鐵芯的材料和橫截面積。

　　變壓器鐵芯的分類

　　殼式和芯式鐵芯

　　鐵芯中套繞組的部分稱為“心柱變壓器鐵芯不套繞組只起磁路作用的部分稱為“鐵軛”。凡鐵芯包圍了繞組就稱為殼式；凡繞組包圍心柱的稱為芯式。殼式和芯式各有特色，但是由鐵芯就夠所決定的變壓器制造工藝卻大有區別，一旦選用了某種結構就很難轉而產生一種結構。我國大多變壓器鐵芯采用疊積芯式。

　　單相和三相鐵芯

　　單相鐵芯有單項兩柱式疊鐵芯。單相單柱旁軛式四柱鐵芯、單相雙柱式疊鐵芯、單相輻射式疊鐵芯共五種；三相鐵芯有三相柱式疊鐵芯、三相旁軛式五柱鐵芯、三相雙框式疊鐵芯、三相電抗器疊鐵芯共四種。

　　立體式和平面式

　　立體式的心柱和鐵軛不在一個平面內，有輻射式、漸開線式、對稱式，因磁通分布比較均勻，可降低損耗；平面式的心柱和鐵軛在同一平面內，機械強度高，工藝性好。

　　疊鐵芯和卷鐵芯

　　一般均為疊鐵芯，由鐵芯疊裝而成。卷鐵芯的形式較多。漸開線鐵芯的心柱與鐵軛之間氣隙較大，影響空載電流，所以容量不能做的太小；但因漏磁通垂直進入鐵芯片平面，影響附加損耗，所以片寬不宜過大，即容量不能太大。

　　鐵心主要由鐵芯本體、緊固件和絕緣件組成：

　　①鐵芯本體、磁導體、由電工鋼片制成。

　?、诰o固件、夾件、螺桿、玻璃綁扎帶、剛綁扎帶和墊塊等。

　　③絕緣件、夾件絕緣、絕緣管和絕緣墊、接地片和墊腳等。

　　變壓器鐵芯的作用

　　實際的變壓器總是在交流狀態下工作，功率損耗不僅在線圈的電阻上，也產生在交變電流磁化下的鐵芯中。通常把鐵芯中的功率損耗叫“鐵損”，鐵損由兩個原因造成，一個是“磁滯損耗”，一個是“渦流損耗”。

　　磁滯損耗是鐵芯在磁化過程中，由于存在磁滯現象而產生的鐵損，這種損耗的大小與材料的磁滯回線所包圍的面積大小成正比。硅鋼的磁滯回線狹小，用它做變壓器的鐵芯磁滯損耗較小，可使其發熱程度大大減小。

　　既然硅鋼有上述優點，為什么不用整塊的硅鋼做鐵芯，還要把它加工成片狀呢？

　　這是因為片狀鐵芯可以減小另外一種鐵損——“渦流損耗”。變壓器工作時，線圈中有交變電流，它產生的磁通當然是交變的。這個變化的磁通在鐵芯中產生感應電流。鐵芯中產生的感應電流，在垂直于磁通方向的平面內環流著，所以叫渦流。渦流損耗同樣使鐵芯發熱。為了減小渦流損耗，變壓器的鐵芯用彼此絕緣的硅鋼片疊成，使渦流在狹長形的回路中，通過較小的截面，以增大渦流通路上的電阻；同時，硅鋼中的硅使材料的電阻率增大，也起到減小渦流的作用。

　　用做變壓器的鐵芯，一般選用0.35mm厚的冷軋硅鋼片，按所需鐵芯的尺寸，將它裁成長形片，然后交疊成“日”字形或“口”字形。從道理上講，若為減小渦流，硅鋼片厚度越薄，拼接的片條越狹窄，效果越好。這不但減小了渦流損耗，降低了溫升，還能節省硅鋼片的用料。但實際上制作硅鋼片鐵芯時。并不單從上述的一面有利因素出發，因為那樣制作鐵芯，要大大增加工時，還減小了鐵芯的有效截面。所以，用硅鋼片制作變壓器鐵芯時，要從具體情況出發，權衡利弊，選擇最佳尺寸。

　　變壓器是根據電磁感應的原理制成的。在在閉合的鐵芯柱上面繞有兩個繞組，一個原繞組，和一個副繞組。當原繞組加上交流電源電壓時。原饒組流有交變電流，而建立磁勢，在磁勢的作用下鐵芯中便產生交變主磁通，主磁通在鐵芯中同時穿過，］一、二次繞組而閉合由于電磁感應作用分別在一、二次繞組產生感應電動勢，至于為什么它可以升壓和降壓呢？那就需要用楞次定律來解釋了，感應電流產生的磁通，總阻礙原磁通的變化，當原磁通增加時感應電流的產生的磁通與與原磁通相反， 就是說二次繞組所產生 的感應磁通與原繞組所產生的主磁通相反，所以二次繞組就出現了低等級的交變電壓所以鐵芯是變壓器的磁路部，繞組是變壓器的電路部分。

　　變壓器鐵芯故障判斷及排除

　　變壓器的繞組和鐵芯是傳遞、變換電磁能量的主要部件。保證它們的可靠運行是人們所關注的問題。統計資料表明因鐵芯問題造成故障，占變壓器總事故中的第三位。制造部門對變壓器鐵芯缺陷已引起重視，并在鐵芯可*接地、鐵芯接地監視，以及保證一點接地方面都進行了技術改進。運行部門也把檢測和發現鐵芯故障提到相當高度。然而，變壓器鐵芯故障仍屢有發生，其原因主要是由于鐵芯多點接地和鐵芯接地不良造成?，F對兩種故障情況的判定及處理方法作一介紹。

　　1、鐵芯正常時需要一點接地的原因

　　變壓器正常運行時，帶電的繞組與油箱之間存在電場，而鐵芯和其他金屬構件處于該電場中。由于電容分布不均，場強各異，假如鐵芯不可*接地，則將產生充放電現象，破壞固體絕緣和油的絕緣強度，所以鐵芯必須有一點可靠接地。

　　鐵芯由硅鋼片組成，為減小渦流，片間有一定的絕緣電阻（一般僅幾歐姆至幾十歐姆），由于片間電容極大，在交變電場中可視為通路，因而鐵芯中只需一點接地即可將整疊的鐵芯疊片電位箝制在地電位。

　　當鐵芯或其金屬構件如有兩點或兩點以上（多點）接地時，則接地點間就會造成閉合回路，它鍵鏈部分磁通，感生電動勢，并形成環路，產生局部過熱，甚至燒毀鐵芯。

　　變壓器鐵芯只有一點接地，才是可*的正常接地。即鐵芯必須接地，且必須是一點接地。

　　鐵芯故障主要由兩個方面原因引起，一是施工工藝不良造成短路，二是由于附件和外界因素引起多點接地。

　　2、鐵芯多點接地類型

　?。?）安裝變壓器竣工后，未將油箱頂蓋上運輸的定位銷翻轉過來或去除掉，構成多點接地。

　　（2）由于鐵芯夾件肢板距芯柱太近、鐵芯疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點接地。

　?。?）鐵軛螺桿的襯套過長，與鐵軛疊片相碰，構成了新的接地點。

　?。?）鐵芯下夾件墊腳與鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損，使墊腳鐵軛處疊片相碰造成接地。

　　（5）具有潛油泵裝置的大中型變壓器，由于潛油泵軸承磨損，金屬粉末進入油箱中，淤積油箱底部，在電磁力作用下形成橋路，將下鐵軛與墊腳或箱底接通，形成多點接地。

　?。?）油浸變壓器油箱蓋上的溫度計座套過長，與上夾件或鐵軛、旁柱邊沿相碰，構成新的接地點。

　?。?）油浸變壓器油箱中落入了金屬異物，這類金屬異物使鐵芯疊片和箱體構通，形成接地。

　?。?）下夾件與鐵軛階梯間的木墊塊受潮或表面不清潔，附有較多的油泥，使其絕緣電阻值降為零時，構成了多點接地。

　　3、多點接地時出現的異?，F象

　　（1）在鐵芯中產生渦流，鐵損增加，鐵芯局部過熱。

　?。?）多點接地嚴重時，又較長時間未處理，變壓器連續運行將導致油及繞組也過熱，使油紙絕緣逐漸老化。會引起鐵芯疊片兩片絕緣層老化而脫落，將引起更大的鐵芯過熱，鐵芯將燒毀。

　?。?）較長時間多點接地，使油浸變壓器油劣化而產生可燃性氣體，使氣體繼電器動作。

　?。?）因鐵芯過熱使器身中木質墊塊及夾件碳化。

　?。?）嚴重的多點接地會使接地線燒斷，使變壓器失去了正常的一點接地，后果不堪設想。

　　（6）多點接地也會引起放電現象。

　　4、多點接地故障的檢測

　　鐵芯多點接地故障判定方法通常從兩方面檢測：

　　（1）進行氣相色譜分析。色譜分析中如氣體中的甲烷及烯烴組分含量較高，而一氧化碳和二氧化碳氣體含量和已往相比變化不大，或含量正常，則說明鐵芯過熱，鐵芯過熱可能是由于多點接地所致。

　　（2）測量接地線有無電流?？稍谧儔浩麒F芯外引接地套管的接地引線上，用鉗形表測量引線上是否有電流。變壓器鐵芯正常接地時，因無電流回路形成。接地線上電流很小，為毫安級（一般小于0.3A）。當存在多點接地時，鐵芯主磁通四周相當于有短路匝存在，匝內流過環流，其值決定于故障點與正常接地點的相對位置，即短路匝中包圍磁通的多少。一般可達幾十安培。利用測量接地引線中有無電流，很準確地判定出鐵芯有無多點接地故障。

　　5、多點接地故障的排除

　?。?）變壓器不能停運時的臨時排除方法：

　　有外引接地線，假如故障電流較大時，可臨時打開地線運行。但必須加強監視，以防故障點消失后使鐵芯出現懸浮電位。

　　假如多點接地故障屬于不穩定型，可在工作接地線中串入一個滑線電阻，使電流限制在1A以下?；€電阻的選擇，是將正常工作接地線打開測得的電壓除以地線上的電流。

　　要用色譜分析監視故障點的產氣速率。

　　通過測量找到確切的故障點后，假如無法處理，則可將鐵芯的正常工作接地片移至故障點同一位置，用以較大幅度地減少環流。

　　（2）徹底檢修措施。監測發現變壓器存在多點接地故障后，對于可停運的變壓器，應及時停運，退出后徹底消除多點接地故障。排除此類故障的方法，根據多點接地類型及原因，應采取相應的檢修措施。但也有某些情況，停電吊芯后找不到故障點，為了能確切找到接地點，現場可采用如下方法。

　　直流法。將鐵芯與夾件的連接片打開，在軛兩側的硅鋼片上通入6V的直流，然后用直流電壓表依次測量各級硅鋼片間的電壓，當電壓等于零或者表指示反向時，則可認為該處是故障接地點。

　　交流法。將變壓器低壓繞組接入交流電壓220～380V，此時鐵芯中有磁通存在。假如有多點接地故障時，用毫安表測量會出現電流（鐵芯和夾件的連接片應打開）。用毫安表沿鐵軛各級逐點測量，當毫安表中電流為零時，則該處為故障點。

　　變壓器鐵芯截面積計算

　　小型單相變壓器多采用殼式鐵芯，變壓器鐵芯截面積與變壓器的容量有關，一般按下列經驗公式計算。

　　A=k√s（cm2）

　　式中，s為變壓器的容量；k為系數。硅鋼片的k值見表。

　　表鐵芯凈截面系數的經驗數據

　　根據計算得到的A值，可再借助A=a×b和b=（1~2）a的關系確定鐵芯寬a和鐵芯凈疊厚b。