Сколько процентов потерь может быть в трансформаторе

Потери в трансформаторе. Потери холостого хода. Потери при коротком замыкании.

Трансформатор является прибором, который призван преобразовывать электроэнергию сети. Эта установка имеет две или больше обмоток. В процессе своей работы трансформаторы могут преобразовать частоту и напряжение тока, а также количество фаз сети.

В ходе выполнения заданных функций наблюдаются потери мощности в трансформаторе. Они влияют на исходную величину электричества, которую выдает на выходе прибор. Что собой представляют потери и КПД трансформатора, будет рассмотрено далее.

Устройство

Трансформатор представляет собой статический прибор. Он работает от электричества. В конструкции при этом отсутствуют подвижные детали. Поэтому рост затрат электроэнергии вследствие механических причин исключены.

При функционировании силовой аппаратуры затраты электроэнергии увеличиваются в нерабочее время. Это связано с ростом активных потерь холостого хода в стали. При этом наблюдается снижение нагрузки номинальной при увеличении энергии реактивного типа. Потери энергии, которые определяются в трансформаторе, относятся к активной мощности. Они появляются в магнитоприводе, на обмотках и прочих составляющих агрегата.

Понятие потерь

При работе установки часть мощности поступает на первичный контур. Она рассеивается в системе. Поэтому поступающая мощность в нагрузку определяется на меньшем уровне. Разница составляет суммарное снижение мощности в трансформаторе.

Существует два вида причин, из-за которых происходит рост потребление энергии оборудованием. На них влияют различные факторы. Их делят на такие виды:

Их следует понимать, дабы иметь возможность снизить электрические потери в силовом трансформаторе.

Магнитные потери

В первом случае потери в стали магнитопривода состоят из вихревых токов и гистериза. Они прямо пропорциональны массе сердечника и его магнитной индукции. Само железо, из которого выполнен магнитопривод, влияет на эту характеристику. Поэтому сердечник изготавливают из электротехнической стали. Пластины делают тонкими. Между ними пролегает слой изоляции.

Также на снижение мощности трансформаторного устройства влияет частота тока. С ее повышением растут и магнитные потери. На этот показатель не влияет изменение нагрузки устройства.

Электрические потери

Снижение мощности может определяться в обмотках при их нагреве током. В сетях на такие затраты приходится 4-7% от общего количества потребляемой энергии. Они зависят от нескольких факторов. К ним относятся:

• Электрическая нагрузка системы.
• Конфигурация внутренних сетей, их длина и размер сечения.
• Режим работы.
• Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
• Расположение компенсационных устройств.

Потери мощности в трансформаторах являются величиной переменной. На нее влияет показатель квадрата тока в контурах.

Потери и КПД трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электриче­ского тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в пер­вичной и во вторичной обмотках:

– число фаз трансформатора (для однофазного трансфор­матора
m
= 1, для трехфазного
m
= 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформато­ра эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. при номинальных токах в обмотках :

где – коэффициент нагрузки.

Электрические потери называют переменными, так как их ве­личина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 44).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнито­проводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнит­ных потерь: потери от гистерезиса , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материа­ле магнитопровода, и потери от вихревых токов , наводимых пере­менным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод транс­форматора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного мате­риала – тонколистовой электротехнической стали. При этом магни­топровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Магнитные потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте перемагничивания магнитопровода, т. е. частоте перемен­ного тока , а магнитные потери от вихревых токов про­порциональны квадрату этой частоты . Суммарные маг­нитные потери принято считать пропорциональными частоте тока в степени 1,3, т. е. . Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индук­ции в стержнях и ярмах маг­нитопровода . При неизменном первичном напря­жении магнитные потери постоянны, т. е. не за­висят от нагрузки трансфор­матора (рис. 44, а

Рис. 44. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а

и энергетическая диаграмма (б

Рис. 45. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

При проектировании транс­форматора магнитные потери определяют по значению удельных магнитных потерь , происходящих в 1 кг тонколистовой электротехнической стали при значениях магнитной индукции 1,0; 1,5 или 1,7 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц:

где – фактическое значение магнитной индукции в стержне или ярме магнитопровода трансформатора, Тл; – магнитная индук­ция, соответствующая принятому значению удельных магнитных потерь, например = 1,0 или 1,5 Тл; – масса стержня или ярма магнитопровода, кг.

Значения удельных магнитных потерь указаны в ГОСТе на тонколистовую электротехническую сталь. Например, для стали марки 3411 толщиной 0,5 мм при = 1,5 Тл и = 50 Гц удельные магнитные потери = 2,45 Вт/кг.

Для изготовленного трансформатора магнитные потери опре­деляют опытным путем, измерив мощность х.х. при номинальном первичном напряжении .

Таким образом, активная мощность , поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Переменный магнитный поток вызывает в магнитопроводе трансформатора магнитные потери . Оставшаяся после этого мощность, называемая электромагнитной мощностью

, передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Активная мощность, поступающая в нагрузку трансформатора, , где – суммар­ные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 44,
б
).

Коэффициент полезного действия

трансформатора определя­ется как отношение активной мощности на выходе вторичной об­мотки (полезная мощность) к активной мощности на входе пер­вичной обмотки (подводимая мощность):

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазно­го трансформатора (Вт)

где – номинальная мощность трансформато­ра, В·А; и – линейные значения тока, А, и напряжения В.

Учитывая, что , получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформато­ра зависит как от величины , так и от характера на­грузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 45). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: , отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимально­му КПД,

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при = 0,45÷0,65. Подставив в (1.79) вместо значение по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:

Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуют­ся понятием КПД по энергии, который представляет собой отно­шение количества энергии, отданной трансформатором потреби­телю (кВт·ч) в течение года, к энергии , полученной им от питающей электросети за это же время:

КПД трансформатора по энергии характеризует эффектив­ность эксплуатации трансформации.

Дата добавления: 2016-10-18; просмотров: 14434; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Узнать еще:

Методика расчета

Потери в трансформаторах можно рассчитать по определенной методике. Для этого потребуется получить ряд исходных характеристик работы трансформатора. Представленная далее методика применяется для двухобмоточных разновидностей. Для измерений потребуется получить следующие данные:

• Номинальный показатель мощности системы (НМ).
• Потери, определяемые при холостом ходе (ХХ) и номинальной нагрузке.
• Потери короткого замыкания (ПКЗ).
• Количество потребленной энергии за определенное количество времени (ПЭ).
• Полное количество отработанных часов за месяц (квартал) (ОЧ).
• Число отработанных часов при номинальном уровне нагрузки (НЧ).

Получив эти данные, измеряют коэффициент мощности (угол cos φ). Если же в системе отсутствует счетчик реактивной мощности, в расчет берется ее компенсация tg φ. Для этого происходит измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Это значение переводят в коэффициент мощности.

Особенности силового трансформатора 100 кВА

• В режиме холостого хода ТМ 1000 имеет потери порядка 1900 Вт, ток холостого хода составляет 1,4%, потери короткого замыкания составляют 10800 Вт.
• Сфера применения ТМ — невзрывоопасная окружающая среда без содержания пыли в снижающих параметры изделий концентрациях. Не допускаются при использовании ТМ вибрации, удары, тряска. ТМ не предназначены для работы в химически активной среде и устанавливаются на высоте не более 1000 м над уровнем моря.
• Основное отличие трансформатора 1000 кВА — наличие расширительного бака. В него поступает излишнее масло при температурных изменениях. Обычно в бак устанавливают воздухоосушитель с отстойником, заполняющимся силикагелем. Кроме того, в нем имеется маслоуказатель, с помощью которого можно следить за уровнем масла и состоянием маслобензостойких прокладок и корпуса — они могут дать течь в процессе эксплуатации.
• При необходимости масляные или сухие трансформаторы 1000 кВА могут комплектоваться манометрическим сигнализирующим термодатчиком и газовым реле, а также транспортными роликами в продольном и поперечном направлениях для удобства перемещения.

Формула расчета

Коэффициент нагрузки в представленной методике будет определяться по следующей формуле:

К = Эа/НМ*ОЧ*cos φ, где Эа – количество активной электроэнергии.

Какие потери происходят в трансформаторе в период загрузки, можно просчитать по установленной методике. Для этого применяется формула:

Расчет для трехобмоточных трансформаторов

Представленная выше методика применяется для оценки работы двухобмоточных трансформаторов. Для аппаратуры с тремя контурами необходимо учесть еще ряд данных. Они указываются производителем в паспорте.

В расчет включают номинальную мощность каждого контура, а также их потери короткого замыкания. При этом расчет будет производиться по следующей формуле:

Э = ЭСН + ЭНН, где Э – фактическое количество электричества, которое прошло через все контуры; ЭСН – электроэнергия контура среднего напряжения; ЭНН – электроэнергия низкого напряжения.

Пример расчета

Чтобы было проще понять представленную методику, следует рассмотреть расчет на конкретном примере. Например, необходимо определить увеличение потребления энергии в силовом трансформаторе 630 кВА. Исходные данные проще представить в виде таблицы.

Обозначение	Расшифровка	Значение
НН	Номинальное напряжение, кВ	6
Эа	Активная электроэнергия, потребляемая за месяц, кВи*ч	37106
НМ	Номинальная мощность, кВА	630
ПКЗ	Потери короткого замыкания трансформатора, кВт	7,6
ХХ	Потери холостого хода, кВт	1,31
ОЧ	Число отработанных часов под нагрузкой, ч	720
cos φ	Коэффициент мощности	0,9

На основе полученных данных можно произвести расчет. Результат измерения будет следующий:

% потерь составляет 0,001. Их общее число равняется 0,492%.

Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе тока формула

При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя около 12-18% всей вырабатываемой электроэнергии теряется в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках силовых трансформаторов.

При проектировании нужно стремиться к уменьшению потерь электроэнергии на всех участках энергосистемы, поскольку потери электроэнергии ведут к увеличению мощности электростанций, что в свою очередь влияет на стоимость электроэнергии.

В сетях до 10кВ потери мощности в основном обусловлены нагревом проводов от действия тока.

Потери мощности в линии.

Потери активной мощности (кВт) и потери реактивной мощности (кВАр) можно найти по следующим формулам:

Формулы для расчета потери мощности в линии

где Iрасч – расчетный ток данного участка линии, А;

Rл – активное сопротивление линии, Ом.

Потери мощности в трансформаторах.

Потери мощности в силовых трансформаторах состоят из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери активной мощности (кВт) в трансформаторе можно определить по следующей формуле:

Потери активной мощности в трансформаторе

где ?Рст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении. Зависят только от мощности трансформатора и приложенного к первичной обмотке трансформатора напряжения. ?Рст приравнивают ?Рх;

?Рх— потери холостого хода трансформатора;

?Роб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт; ?Роб приравнивают ?Рк.

?Рк– потери короткого замыкания;

Измерение полезного действия

При расчете потерь определяется также показатель полезного действия. Он показывает соотношение мощности активного типа на входе и выходе. Этот показатель рассчитывают для замкнутой системы по следующей формуле:

КПД = М1/М2, где М1 и М2 – активная мощность трансформатора, определяемая измерением на входном и исходящем контуре.

Выходной показатель рассчитывается путем умножения номинальной мощности установки на коэффициент мощности (косинус угла j в квадрате). Его учитывают в приведенной выше формуле.

В трансформаторах 630 кВА, 1000 кВА и прочих мощных устройствах показатель КПД может составлять 0,98 или даже 0,99. Он показывает, насколько эффективно работает агрегат. Чем выше КПД, тем экономичнее расходуется электроэнергия. В этом случае затраты электроэнергии при работе оборудования будут минимальными.

Рассмотрев методику расчета потерь мощности трансформатора, короткого замыкания и холостого хода, можно определить экономичность работы аппаратуры, а также ее КПД. Методика расчета предполагает применять особый калькулятор или производить расчет в специальной компьютерной программе.

Источник