[科普中国]-填充系数

填充系数，即线芯导体实际截面与线芯轮廓截面之比。线芯绞合后，虽经紧压，单线间必定还有空隙，故引入填充系数的概念。在大多数情况下，电力电缆的线芯都采用中心为一根导线的规则绞合结构。从提高填充系数和稳定性考虑，中心为一根导线的规则绞合的结构最佳。1

简介填充系数就是铁心在圆面积中填充程度，即铁心柱的净截面积S1(除去绝缘层和间隙)与铁心柱外接圆截面积S0之比，称为填充系数Kc。用公式表示为Kc=S1/S0。

铁心填充系数又称铁心圆面积利用系数(圆截面利用系数)。它与硅钢片厚度、铁心形式及绝缘种类等有关。一般填充系数为0.63～1(接近1)，常见为0.87，从节能角度考虑越大越好。另外，铁心窗口填充系数也是指窗口的填充程度。2

提高填充系数的方法1．新型螺旋式绕组

配电变压器的绕组扩大了高压层式绕组的应用范围：50～1600kVA的高压绕组全部采用层式；50～500kVA的低压绕组采用630～1600kVA的低压绕组采用新型螺旋式，从而提高了铁心窗口的填充系数，使高低压绕组的有效体积明显减小。主变压器的高低压绕组均采用轴向油道新型连续式绕组，有效地降低了绕组体积。

这些新型连续式或螺旋式绕组是采用饼问的横向油道冷却而无纵向油道，所以平尾垫块垫在导线饼问以构成横向冷却油道。而新型螺旋式绕组取消了横向冷却油道，新增加了纵向油道，用垫块垫在纵向油道上支撑导线。从而缩小了绕组的几何尺寸。为保证绕组轴向机械强度，在部分段间采用u形垫块结构。考虑到绕组的弹性，沿轴向要增加一段临时纸筒，以便于绕制。

2．多采用层式或分段筒式绕组

采用层式或分段筒式段间油道尺寸电场计算采用有限元法时可分为三维场和二维场。三维场计算一般接近于实际情况，但三维剖分复杂，所需的运算时间长。因此，工程上希望用二维计算求解电场，两者的对比计算结果如图1所示。

采用分段绕组可以减少层间绝缘。为了保证绕组质量，不用薄绝缘而采用半油道结构，层间用网点上胶纸，铁轭间加角环，增加绕组填充系数，使绕组间、相间、主绝缘对铁轭尺寸相应减小，减小辐向尺寸。图2是三段筒式绕组的结构图和绕线图。用于110kV，2000kVA，静电屏放在绕组外侧。由于首端A层间冲击电压高，冲击梯度达13.5%，其余各层均小于10%，故首端层绝缘要加强。段间距离较大。

3．改变铁心与绕组压紧结构

在漏磁集中的部位采用非金属和非磁性材料，根本上改进压紧结构和其他笨重元件，采用电磁屏蔽使漏磁通槽路化，使负载损耗降低3%～8%。

主要应用增加绝缘隔板进而提高填充系数

变压器绝缘是介电系数高的绝缘纸和介电系数低的油的复合绝缘。在油和绝缘纸都无异常的情况下，绝缘击穿是从油隙部分产生的。确定油隙及绝缘件的形状和尺寸，不仅考虑绝缘，而且还考虑冷却，机械强度、油流带电、引线引出等因素。因此，由于变压器规格、部位不同，其形状和尺寸也各不相同。为提高填充系数，改善绝缘结构，首先要对这些部位进行局部放电或击穿的试验分析，并进行电压，电场的理论分析。现将日立制作所这一方面的技术介绍如下：

(1)进行了多绕组系列变压器的雷击电位振荡计算，能求出绕组任意部位、时间的电位值。

(2)发展了差分法、有限元法等电场计算方法，能求出绕组任意部位的电场。

(3)对工频局部放电和雷击局部放电都研制了测量方法，明确了雷击局部放电的有害性的界线。

(4)根据多数模型，对所有部位明确了包括局部放电在内的击穿现象、有害性、不规则现象的原因等。

(5)由于提高了与局部放电、不规则的原因有关的质量管理技术，所以减少了局部放电及其击穿的分散性。

对各部位的特性进行综合分析的基础上，把用绝缘隔板将油隙分割成细小油隙的方式和用绝缘体填充油隙的方式结合起来，靠这两种方式的最佳配合使绝缘结构合理化，并提高填充系数。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所