漏磁通

电力设备

漏磁通，一般指变压器中的漏磁通。在变压器中，凡不按铁芯所规定的磁路流动的一切其他磁通，称为漏磁通。

简介

主磁通与漏磁通都是封闭回线，都是矢量，但不在同一相位上。主磁通在闭合磁路的铁芯中成封闭回路，但在饱和后会溢出铁芯成回路，漏磁通在开磁路结构件包括通过部分芯柱或磁屏蔽成回路，主漏通与漏磁通在芯柱内为矢量相加或相减，主磁通在铁芯内产生空载损耗，漏磁通在绕组内与结构件内产生附加负载损耗。主磁通与漏磁通在数量上有下列关系：

式中： uk%—— 变压器阻抗电压百分数

——主磁通

——漏磁通

分布

(1) 同心式排列时

双同心式排列时漏磁通一般比同心式排列要小，多同心式排列则更小些，现以双绕组单同心式排列为例，说明漏磁通是怎样分布的。双绕组中电流方向是相反的，如果低压绕组电流方向向外(用O表示)，高压绕组电流方向向里(用O表示)，根据右手定则，它们的漏磁通(图1中用虚线表示)在两绕组间必然向上，如图1所示。

为方便起见，漏磁通可以分为两个分量：轴向(纵向)漏磁通和辐向(横向)漏磁通。轴向漏磁通是垂直向上的；辐向漏磁通是由于绕组上端漏磁通向外发散，而下端向绕组内侧收拢所产生的水平分量。由右手定则可知：轴向漏磁通产生辐向电磁力，辐向漏磁通产生轴向电磁力，如图37所示。

轴向漏磁通使外侧高压绕组产生向外的辐向张力，即高压绕组的直径要增大，圆周方向受拉伸应力，绕组导线必须承受住这个力；反之，轴向漏磁通使内侧低压绕组产生向内的辐向压力，即低压绕组的圆周方向被压缩，设计与制造时要防止该绕组失稳而变形。

辐向漏磁通使高、低压绕组均产生向内的轴向压力。该力作为绕组的压缩力，两端导线承受的作用力为最大，对垫块的压缩力是导线上作用力的合力，因此在绕组中部最大。由这些力在导线和垫块中产生的应力，必须限制在允许范围内。用油浸层压纸板制作的垫块的允许压缩应力在39.2MPa以下。另外，由于绕组的高度不同、安匝的不平衡和分接线段切除等所产生的轴向压力和张力类似于交错式排列时的轴向力。

(2)交错式排列时

绕组为交错式排列时的漏磁通与上述同心式排列不一样，它所产生的漏磁通主要是辐向漏磁通，如图38中(a)所示，而所产生的则主要是轴向力，如图38(b)中所示。

由于高、低压绕组辐向尺寸很接近，安匝分布基本上是匀称的，因此，不但可以忽略轴向漏磁通，而且在正常运行时辐向漏磁通也不大，其所产生的轴向力也不大。图38中所示的为两个磁势平衡组的情况。这里所谓的“磁势平衡组”是指磁势大小相等而方向相反的一对或一部分绕组。

硅钢片中的漏磁通

在硅钢片内部，由于平行于叠片平面的工作磁通的交变，在硅钢片横截面内会引起涡流。但大型电力变压器中常采用的硅钢片的厚度只有0.27～0.35mm，片间有绝缘，该部分涡流被限制在很窄的区域内，引起的涡流损耗是很小的。

通常在用有限元软件计算分析电力变压器涡流问题时，受计算机容量和计算时问的限制，不分析每一个叠片内的涡流，而是将变压器铁心或磁屏蔽的叠片建成一个实体块(bulk)，对于叠片材料的电导率设为零或给定电导率各向异性。对于变压器铁心和屏蔽叠片内该部分涡流损耗的计算，是待解得场后，用获得的磁通密度查比总损耗(specific total loss)曲线得到，或用斯坦梅兹公式计算得到，计算得到的损耗已经将该部分涡流损耗连同磁滞损耗计及在内。另一方面，在电力变压器、电抗器铁心硅钢片的一部分区域涡流损耗是不能忽略的。比如在变压器的线圈端部高度，将有一部分漏磁通垂直于叠片平面穿入铁心和油箱磁屏蔽，如图2中（a）所示。在铁心式电抗器中，每个铁心饼之间存在一个气隙，在铁心靠近气隙的边缘部分会产生磁通的边缘效应，边缘磁通(fringing flux)将部分垂直进入铁心，如图2中（b）所示。垂直于叠片平面进入铁心和磁屏蔽的磁通引起的涡流在叠片平面内自由流动，涡流损耗是很可观的，会引起硅钢片局部过热，极端情况下会烧毁绝缘。

该类问题在实际工程中已被经验丰富的设计者找到了解决措施：对于铁心式电抗器，为避免铁心局部过热而将铁心辐射状叠积，而对于某些大容量变压器、电抗器和壳式变压器油箱磁屏蔽有采用垂直于油箱平面叠积的方式(立式)，铁心的末级铁则采用高度方向开槽的方式。虽然设计者知道了采取措施的方式，但对采取的措施没有量化的目标，比如多大产品容量需要怎样的屏蔽型式，对铁心开槽的数量、高度和深度，对油箱磁屏蔽漏磁通透入的深度和屏蔽内的磁通密度分布也不是很清楚，加上垂直于油箱敷设的磁屏蔽切铁和制造工艺复杂，采取的措施都带有盲目性，需要对叠片做“单片级”(最小测量单位达到1片)的测量和分析。

影响

变压器及电抗器的磁通按是否与绕组全部匝数交链分为主磁通和漏磁通，其量值及分布与结构、电流、匝数、介质有关。通电空心螺线管插入铁心后，其电感、电抗便增大。图3表示单相双绕组变压器。

如果去掉一个绕组并将铁心柱分段使之有气隙，就成为实际的单相铁心电抗器。铁心电抗器中的磁通在铁心硅钢片所规定路径流通，即沿铁心柱（包括铁心饼之间的气隙）—上铁轭—旁轭—下铁轭—铁心柱闭合的是主磁通。与之对应的电抗称主电抗，在绕组中激励起主磁通的电流及其在主电抗上的压降称为主磁通激磁电流和主电抗压降。总磁通中的其它部分称为漏磁通，激励起漏磁通的电流和电压称为漏磁通激磁电流和漏电抗电压。图4中并未画油箱及夹件和铁心结构件，实际上大部分漏磁通将在油箱，夹件等金属结构件中流通。主、漏磁通均在绕组中产生感应电势。主磁通只在铁心中产生损耗；而漏磁通则在绕组中和油箱、夹件等金属结构件中产生漏磁损耗，另外漏磁通的一部分也要进入铁心，在铁心中产生损耗。

对变压器而言，若无漏电抗，则二次绕组短路时，其一次绕组也相当于工作在短路状态，因此变压器必须有一定的阻抗电压百分数；对电抗器而言，漏磁通则没有好作用，而且其负面作用还很严重。

各种电抗器中漏磁通的不利影响是：

（1）当漏感电势不平衡而结构上又不能有效遏制环流时（多根导线并绕而又不完全换位，各根导线在漏磁场中出现的机率不同），产生环流和环流损耗；

（2）在绕组中产生涡损；

（3）在金属结构件中产生漏磁损耗；

（4）漏磁使铁心硅钢片之外的其它铁磁物体变成磁铁，而在交变的漏磁场的交变电磁力作用下这些磁铁必然产生磁分子和整块磁体的机械振动，发出电磁噪声和机械噪声。

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