Metode de calcul ale diferitelor pierderi și tensiuni de impedanță ale transformatoarelor

Formula de calcul a pierderilor transformatorului

(1) Pierdere de putere activă: ΔP=Po+KT β2 Pk

(2) Pierdere de putere reactivă: ΔQ = Qo + KT β2 Qk

(3) Pierdere de putere totală: ΔPz = ΔP + KQ ΔQ

Qo≈Io%Sn, Qk≈Uk%Sn

Unde: Qo - pierderea de putere reactivă în gol (kvar)

Pierdere în gol Po (kW)

Pk——Pierdere nominală de sarcină (kW)

Sn - capacitatea nominală a transformatorului (kVA)

Uk%——procentul tensiunii de scurtcircuit

β——factorul de sarcină, care este raportul dintre curentul de sarcină și curentul nominal.

KT——coeficientul de pierdere la fluctuația sarcinii

Qk ——Putere nominală de scurgere a fluxului de sarcină (kvar)

KQ——echivalent economic reactiv (kW/kvar)

Condițiile de selecție pentru fiecare parametru în calculul formulei de mai sus:

(1) Luați KT = 1,05;

(2) Când sarcina minimă a sistemului este luată în considerare pentru transformatorul descendent de 6kV~10kV al rețelei electrice urbane și al rețelei electrice a întreprinderilor industriale, echivalentul său în putere reactivă KQ = 0,1 kW/kvar;

(3) Factorul mediu de sarcină al transformatorului este β=20% pentru transformatoarele agricole; pentru întreprinderile industriale se implementează trei schimburi, fiind de dorit β=75%;

(4) Ore de funcționare a transformatorului T = 8760h, ore maxime de pierdere de sarcină: t = 5500h;

(5) Pierderea în gol a transformatorului Po, pierderea nominală în sarcină Pk, Io%, Uk%, consultați informațiile din fabrică ale produsului.

Caracteristicile pierderilor transformatoarelor

Po - pierderi în gol, în principal pierderi de fier, inclusiv pierderi prin histerezis și pierderi prin curenți turbionari;

Pierderea prin histerezis este proporțională cu frecvența; este proporțională cu puterea coeficientului de histerezis al densității fluxului magnetic maxim.

Pierderea prin curenți turbionari este proporțională cu produsul dintre frecvență, densitatea maximă a fluxului magnetic și grosimea tablei de oțel siliconic.

Pc —— Pierderea de sarcină, în principal pierderea pe rezistență atunci când curentul de sarcină trece prin înfășurare, numită în general pierdere în cupru. Mărimea acesteia variază în funcție de curentul de sarcină și este proporțională cu pătratul curentului de sarcină; (și exprimată prin valoarea de conversie a temperaturii standard a bobinei).

Pierderea de sarcină este, de asemenea, afectată de temperatura transformatorului. În același timp, fluxul de scurgere cauzat de curentul de sarcină va genera pierderi de curenți turbionari în înfășurare și pierderi de dispersie în partea metalică din afara înfășurării.

Pierderea totală a transformatorului ΔP=Po+Pc

Raportul de pierdere al transformatorului = Pc /Po

Randamentul transformatorului = Pz/(Pz+ΔP), exprimat procentual; unde Pz este puterea de ieșire a secundarului transformatorului.

Calculul pierderilor variabile de energie electrică

Pierderea de putere a transformatorului este alcătuită din două părți: pierderea în fier și pierderea în cupru. Pierderea în fier este legată de timpul de funcționare, iar pierderea în cupru este legată de sarcină. Prin urmare, pierderea de putere trebuie calculată separat.

1. Calculul pierderii de energie electrică în funcție de fier: Pierderea de energie electrică în funcție de fier pentru diferite modele și capacități, formula de calcul este: pierderea de energie electrică în funcție de fier (kWh) = pierdere în gol (kW) × timpul de alimentare (ore)

Pierderea în gol (pierderea în fier) ​​a transformatorului de distribuție poate fi verificată din tabelul atașat, iar timpul de alimentare este timpul real de funcționare al transformatorului, care se determină conform următoarelor principii:

(1) Pentru utilizatorii cu alimentare continuă, întreaga lună este calculată ca fiind 720 de ore.

(2) Din motive legate de rețeaua electrică, alimentare intermitentă cu energie electrică sau alimentare limitată cu energie electrică, calculul se va baza pe orele efective de alimentare cu energie electrică a stației către utilizator și nu va fi considerat dificil de calculat, ci se va calcula în continuare pe baza funcționării pe o lună întreagă. Timpul trebuie scăzut la calcularea pierderii de fier.

(3) Utilizatorii care sunt echipați cu ceasuri integrate pe partea de joasă tensiune a transformatorului sunt calculați în funcție de timpul de alimentare acumulat al ceasurilor integrate.

2. Calculul pierderilor de energie electrică din cupru: când rata de încărcare este de 40% sau mai mică, aceasta se facturează ca 2% din consumul lunar de energie electrică (pe baza citirii contorului de energie electrică). Formula de calcul este: pierderi de energie electrică din cupru (kWh) = consum lunar de energie electrică Cantitate (kWh) × 2%

Deoarece pierderea de cupru este legată de curentul de sarcină (electricitate), atunci când rata medie lunară de sarcină a transformatorului de distribuție depășește 40%, puterea cu pierderi de cupru trebuie facturată la 3% din consumul lunar de energie. Consumul lunar de energie atunci când rata de sarcină este de 40% poate fi verificat din tabelul atașat. Formula pentru calcularea ratei de sarcină este: rata de sarcină = putere de copiere/S. T. Cos ￠

În formulă: S - capacitatea nominală a transformatorului de distribuție (kVA); T - timpul calendaristic al întregii luni, se ia 720 de ore; COS￠ - factorul de putere, se ia 0,80.

Pierderile variabile ale transformatoarelor de putere pot fi împărțite în pierderi de cupru și pierderi de fier. Pierderile de cupru sunt în general de 0,5%. Pierderile de fier sunt în general de 5~7%. Pierderile variabile la transformatoarele de tip uscat sunt mai mici decât cele la cele cu infiltrație de ulei. Pierderile totale: 0,5 + 6 = 6,5. Metoda de calcul: 1000 KVA × 6,5% = 65 KVA.

65 KVA × 24 ore × 365 zile = 569400 KWT (grade)

Plăcuța de identificare de pe transformator are date specifice.

Pierderea transformatorului în gol

Pierderea în gol se referă la puterea absorbită de transformator atunci când partea secundară a transformatorului este în circuit deschis, iar tensiunea sinusoidală a părții primare este egală cu tensiunea nominală. În general, se acordă atenție doar frecvenței nominale și tensiunii nominale, dar uneori nu se acordă atenție tensiunii de conectare și formei de undă a tensiunii, preciziei sistemului de măsurare, instrumentelor de testare și echipamentelor de testare. Valoarea calculată, valoarea standard, valoarea măsurată și valoarea garantată a pierderii sunt din nou confundate.

Dacă tensiunea este adăugată la priză și există o priză, dacă transformatorul are reglare a tensiunii cu flux magnetic constant, tensiunea aplicată ar trebui să fie tensiunea prizei poziției prizei corespunzătoare sursei de alimentare. În cazul reglării tensiunii cu flux magnetic variabil, deoarece pierderea în gol este diferită pentru fiecare poziție a prizei, trebuie selectată poziția corectă a prizei în funcție de cerințele tehnice și trebuie aplicată tensiunea nominală specificată, deoarece în timpul reglării tensiunii cu flux magnetic variabil, partea primară aplică întotdeauna o tensiune fiecărei poziții a prizei.

În general, este necesar ca forma de undă a tensiunii aplicate să fie aproximativ sinusoidală. Prin urmare, se utilizează un analizor de armonice pentru a măsura componentele armonice conținute în forma de undă a tensiunii, iar cealaltă este utilizarea unei metode simple pentru a măsura tensiunea cu un voltmetru mediu, dar scala fiind un voltmetru cu valoare efectivă, și compararea acesteia cu citirea valorii efective a voltmetrului. Când diferența dintre cele două este mai mare de 3%, înseamnă că forma de undă a tensiunii nu este o undă sinusoidală, iar pierderea măsurată fără sarcină ar trebui să fie invalidă conform cerințelor noului standard.

Pentru sistemul de măsurare, este necesar să se selecteze linia de testare adecvată, să se selecteze echipamentul și instrumentele de testare adecvate. Datorită dezvoltării materialelor magnetic permeabile, pierderea de putere pe kilogram a fost redusă considerabil. Producătorii utilizează foi de oțel siliconic de înaltă calitate, cu granule orientate, cu permeabilitate ridicată, sau chiar aliaje amorfe ca materiale magnetic permeabile. Nu există găuri în îmbinare și pantă completă, iar în acest proces se adoptă tehnologia de a nu suprapune jugul de fier. Producătorii dezvoltă transformatoare cu pierderi reduse, în special pierderea la gol a fost redusă considerabil. Prin urmare, sunt impuse noi cerințe pentru sistemul de măsurare. Capacitatea rămâne aceeași, iar scăderea pierderii la gol înseamnă că factorul de putere al transformatorului scade la gol. Factorul de putere mic necesită ca producătorul să modifice și să transforme sistemul de măsurare. Este recomandabil să se utilizeze metoda cu trei wattmetri pentru măsurare, să se aleagă un transformator de clasa 0,05-0,1 și un wattmetru cu un factor de putere scăzut. Numai în acest fel se poate garanta precizia măsurării. Când factorul de putere este de 0,01, diferența de fază a transformatorului va cauza o eroare de putere de 2,9% atunci când diferența de fază este de 1 minut. Prin urmare, este necesar să se selecteze corect raportul de curent și raportul de tensiune dintre transformatorul de curent și transformatorul de tensiune în timpul măsurătorii efective. Atunci când curentul efectiv este mult mai mic decât curentul conectat la transformatorul de curent, cu cât diferența de fază și eroarea de curent a transformatorului de curent sunt mai mari, acest lucru va duce la o eroare mai mare în rezultatele măsurătorii efective. Prin urmare, curentul consumat de transformator ar trebui să fie apropiat de valoarea nominală a curentului transformatorului de curent.

În plus, în proiectare, conform procedurilor prescrise, pierderea fără sarcină calculată prin referire la pierderea unitară și coeficientul de proces al tablei de oțel siliconic selectate se numește în general valoare calculată. Această valoare trebuie comparată cu valoarea standard specificată în standard sau cu valoarea standard sau valoarea garantată specificată în contract. Valoarea calculată trebuie să fie mai mică decât valoarea standard sau valoarea garantată și nu există loc pentru calcul, în special pentru transformatoarele produse în serie. În plus, valoarea calculată este valabilă doar pentru proiectant sau departamentul de proiectare și nu are efect juridic. Valoarea calculată nu poate fi utilizată pentru a evalua nivelul pierderilor produsului. Valoarea standard stipulată în standard sau valoarea garantată stipulată în contract are efect juridic. Produsele care depășesc valoarea standard plus abaterea admisibilă sau valoarea garantată (valoarea garantată este egală cu valoarea standard plus abaterea admisibilă) sunt produse necalificate. Dacă există un sistem de evaluare a pierderilor, acesta va fi, în general, menționat în contract, în special pentru produsele de export; dacă valoarea pierderilor depășește valoarea specificată, se va aplica o amendă, iar penalitatea pentru pierderea fără sarcină este cea mai mare. Pentru valorile de evaluare a pierderilor din țările europene, vă rugăm să consultați numărul 11 ​​al revistei „Transformer” din 1994. Amenzi de mii de dolari pe kilowatt. Acesta este efectul juridic și este direct legat de beneficiile economice.

Conceptul de valoare măsurată trebuie, de asemenea, înțeles corect, fie citirea voltmetrului (sau citirea convertorului de putere), fie valoarea măsurată trebuie convertită la starea nominală și trebuie să existe o precizie suficientă. Pentru valoarea măsurată a pierderilor în gol, este esențial ca forma de undă a tensiunii sursei de alimentare să fie sinusoidală, iar diferența dintre citirea medie a voltmetrului și valoarea efectivă a tensiunii să fie mai mică de 3%.

Calculul pierderilor în gol, al pierderilor în sarcină și al tensiunii de impedanță

Pierdere în gol: Când înfășurarea secundară a transformatorului este deschisă și înfășurarea primară este supusă unei tensiuni nominale de undă sinusoidală cu frecvență nominală, puterea activă consumată se numește pierdere în gol. Algoritmul este următorul: pierdere în gol = coeficientul de proces al pierderii în gol × pierdere unitară × miez

Pierdere de sarcină: Când înfășurarea secundară a transformatorului este scurtcircuitată (regim staționar), puterea activă consumată atunci când înfășurarea primară trece prin curentul nominal se numește pierdere de sarcină.

Algoritmul este următorul: pierdere de sarcină = pierderea de rezistență a celei mai mari perechi de înfășurări + pierdere suplimentară

Pierdere suplimentară = pierdere prin curenți turbionari la înfășurare + pierdere prin circulația firului paralel + pierdere parazită + pierdere prin cablu

Tensiunea de impedanță: Când înfășurarea secundară a transformatorului este scurtcircuitată (stare staționară), tensiunea aplicată de curentul nominal care trece prin înfășurarea primară se numește tensiunea de impedanță Uz. Uz este de obicei exprimată ca procent din tensiunea nominală, adică uz=(Uz/U1n)*100%

Potențial de viraj: u=4,44*f*B*At,V

Printre acestea: B—densitatea magnetică în miezul de fier, TAt—aria secțiunii transversale efective a miezului de fier, metru pătrat

Aceasta poate fi transformată în formula utilizată în mod obișnuit pentru calculul de proiectare a transformatoarelor:

Când f=50Hz: u=B*At/450*10^5, V

Când f=60Hz: u=B*At/375*10^5, V

Dacă cunoașteți deja tensiunile de fază și numărul de spire, potențialul spirei se calculează împărțind tensiunea de fază la numărul de spire.

Pierderea în gol include pierderea prin histerezis și curenți turbionari în miezul de fier și pierderea curentului în gol pe rezistența bobinei primare. Prima se numește pierdere în fier, iar cea de-a doua se numește pierdere în cupru. Deoarece curentul în gol este foarte mic, cea de-a doua poate fi neglijată, deci pierderea în gol este practic pierderea în fier.

Există mulți factori care afectează pierderile în gol și pierderile în fier ale transformatorului, care sunt exprimați în formule matematice. În formulă, Pn și Pw reprezintă pierderile prin histerezis, iar pierderile prin curenți turbionari kn, kw reprezintă constante.

f - frecvența în Hertz a tensiunii aplicate a transformatorului

Bm — Densitatea maximă a fluxului magnetic Wei/m2 în miezul de fier

n——Constanta Steinmetz. Pentru tablele de oțel siliconic utilizate în mod obișnuit, când Bm=(1,0～1,6) Wei/m2, n≈2. Pentru tablele de oțel siliconic direcționale utilizate în prezent, se ia 2,5～3,5.

Conform analizei teoretice a transformatorului, presupunând că potențialul indus primar este E1 (volți), atunci: E1 = KfBm (2)

K este o constantă proporțională, determinată de numărul de spire primare și de aria secțiunii transversale a miezului de fier, deci pierderea de fier este:

Deoarece căderea de tensiune a impedanței de scurgere primare este foarte mică, dacă este neglijată,

E1=U1(4)

Se poate observa că pierderea în fier la transformator în gol are o relație strânsă cu tensiunea aplicată. Dacă tensiunea V are o anumită valoare, pierderea în fier la transformator în gol nu se va modifica (deoarece f nu se modifică), iar deoarece U1 = U1N în funcționare normală, pierderea în gol se numește și pierdere constantă. Dacă tensiunea fluctuează, pierderea în gol variază. Pierderea în fier a transformatorului este legată de materialul miezului și de procesul de fabricație și nu are nicio legătură cu sarcina.