Методе израчунавања различитих губитака и напона импедансе трансформатора

Формула за израчунавање губитака трансформатора

(1) Губитак активне снаге: ΔP=Po+KT β2 Pk

(2) Губитак реактивне снаге: ΔQ=Qo+KT β2 Qk

(3) Свеобухватни губитак снаге: ΔPz=ΔP+KQΔQ

Qo≈Io%Sn, Qk≈Uk%Sn

Где је: Qo - губитак реактивне снаге без оптерећења (kvar)

Po——губитак без оптерећења (kW)

Pk——Називни губитак оптерећења (kW)

Sn - номинална снага трансформатора (kVA)

Uk%——проценат напона кратког споја

β——фактор оптерећења, који је однос струје оптерећења и називне струје.

KT——коефицијент губитка услед флуктуације оптерећења

Qk——Називна снага цурења флукса оптерећења (kvar)

KQ——реактивни економски еквивалент (kW/kvar)

Услови избора сваког параметра у израчунавању горње формуле:

(1) Узмите KT=1,05;

(2) Када се узме минимално оптерећење система за трансформатор са спуштањем од 6kV~10kV градске електроенергетске мреже и електроенергетске мреже индустријских предузећа, његов еквивалент реактивне снаге KQ=0,1kW/kvar;

(3) Просечан фактор оптерећења трансформатора је β=20% за пољопривредне трансформаторе; за индустријска предузећа се примењују три смене, а пожељно је β=75%;

(4) Радни сати трансформатора T = 8760h, сати максималног губитка оптерећења: t = 5500h;

(5) Губитак празног хода трансформатора Po, номинални губитак оптерећења Pk, Io%, Uk%, видети фабричке информације о производу.

Карактеристике губитака трансформатора

Po - губитак без оптерећења, углавном губитак гвожђа, укључујући губитак хистерезе и губитак вртложних струја;

Губитак хистерезиса је пропорционалан фреквенцији; пропорционалан је снази коефицијента хистерезиса максималне густине магнетног флукса.

Губитак вртложних струја је пропорционалан производу фреквенције, максималне густине магнетног флукса и дебљине лима силицијумског челика.

Pc——Губитак оптерећења, углавном губитак на отпору када струја оптерећења пролази кроз намотај, генерално се назива губитак бакра. Његова величина варира са струјом оптерећења и пропорционална је квадрату струје оптерећења; (и изражава се конверзијском вредношћу стандардне температуре калема).

На губитак оптерећења утиче и температура трансформатора. Истовремено, флукс цурења изазван струјом оптерећења генерисаће губитак вртложних струја у намотају и губитак расејања у металном делу изван намотаја.

Укупни губитак трансформатора ΔP=Po+Pc

Однос губитака трансформатора = Pc /Po

Коефицијент корисне снаге трансформатора = Pz/(Pz+ΔP), изражен у процентима; где је Pz излазна снага секундарне стране трансформатора.

Израчунавање променљивих губитака електричне енергије

Губитак снаге трансформатора састоји се од два дела: губитка у гвожђу и губитка у бакру. Губитак у гвожђу је повезан са временом рада, а губитак у бакру је повезан са оптерећењем. Стога, губитак снаге треба израчунати одвојено.

1. Израчунавање електричне енергије због губитка гвожђа: Губитак електричне енергије због губитка гвожђа различитих модела и капацитета, формула за израчунавање је: губитак електричне енергије због губитка гвожђа (kWh) = губитак без оптерећења (kW) × време напајања (сати)

Губитак у празном ходу (губитак у гвожђу) дистрибутивног трансформатора може се проверити из приложене табеле, а време напајања је стварно време рада трансформатора, које се одређује према следећим принципима:

(1) За кориснике са непрекидним напајањем, цео месец се рачуна као 720 сати.

(2) Због разлога везаних за електроенергетску мрежу, повременог напајања или ограниченог напајања, прорачун се заснива на стварним сатима напајања корисника из трафостанице и не сматра се тешким за израчунавање, већ се и даље израчунава на основу рада током целог месеца. Време треба одузети при израчунавању губитака у гвожђу.

(3) Корисници који су опремљени интегрисаним сатовима на страни ниског напона трансформатора обрачунавају се према акумулираном времену напајања интегрисаних сатова.

2. Израчунавање губитака електричне енергије бакра: када је стопа оптерећења 40% и мање, наплаћује се као 2% од месечне потрошње електричне енергије (на основу очитавања бројила електричне енергије). Формула за израчунавање је: губитак електричне енергије бакра (kWh) = месечна потрошња електричне енергије Количина (kWh) × 2%

Пошто је губитак бакра повезан са струјом оптерећења (електричном енергијом), када просечна месечна стопа оптерећења дистрибутивног трансформатора прелази 40%, губитак снаге бакра треба наплаћивати по цени од 3% од месечне потрошње енергије. Месечна потрошња енергије када је стопа оптерећења 40% може се проверити у приложеној табели. Формула за израчунавање стопе оптерећења је: стопа оптерећења = копирана снага/S. T．Cos Δ

У формули: S - номинални капацитет дистрибутивног трансформатора (kVA); T - календарско време целог месеца, узети 720 сати; COS￠ - фактор снаге, узети 0,80.

Променљиви губици снаге трансформатора могу се поделити на губитке бакра и губитке гвожђа. Губитак бакра је генерално 0,5%. Губитак гвожђа је генерално 5~7%. Губитак промене код сувог типа трансформатора је мањи него код типа са продором уља. Укупни губици: 0,5+6=6,5. Метод прорачуна: 1000KVA×6,5%=65KVA.

65KVA × 24 сата × 365 дана = 569400KWT (степени)

Називна плочица на трансформатору има специфичне податке.

Губитак празног хода трансформатора

Губитак у празном ходу односи се на снагу коју трансформатор апсорбује када је секундарна страна трансформатора отвореног кола и синусни напон примарне стране је једнак номиналном напону. Генерално, обраћа се пажња само на номиналну фреквенцију и номинални напон, али понекад се не обраћа пажња на напон одвода и облик таласа напона, тачност мерног система, испитне инструменте и испитну опрему. Израчуната вредност, стандардна вредност, измерена вредност и гарантована вредност губитка се поново мешају.

Ако се напон дода на примарну страну и постоји одвод, ако трансформатор има константну регулацију напона магнетног флукса, примењени напон треба да буде напон одвода положаја одвода који одговара напајању. У случају регулације напона променљивог магнетног флукса, пошто је губитак у празном ходу различит за сваки положај одвода, мора се одабрати исправан положај одвода у складу са техничким захтевима и мора се применити наведени номинални напон, јер током регулације напона променљивог магнетног флукса, примарна страна увек примењује напон на сваки положај одвода.

Генерално се захтева да облик таласа примењеног напона буде приближно синусоидалан. Стога је једно коришћење хармонијског анализатора за мерење хармонијских компоненти садржаних у облику таласа напона, а друго је коришћење једноставног метода за мерење напона просечним волтметром, али скала је волтметар ефективне вредности, и упоређивање са очитавањем волтметра ефективне вредности. Када је разлика између њих већа од 3%, то значи да облик таласа напона није синусни талас и измерени губитак у празном ходу треба да буде неважећи према захтевима новог стандарда.

За систем мерења, потребно је одабрати одговарајућу тест линију, одабрати одговарајућу тест опрему и инструменте. Због развоја магнетно пропустљивих материјала, губитак снаге по килограму је знатно смањен. Произвођачи користе висококвалитетне лимове од силицијумског челика оријентисаног зрна или чак аморфне легуре као магнетно пропустљиве материјале. Нема рупа у шаву и пуном нагибу, а у процесу се усваја технологија несложивања гвозденог јарма. Произвођачи развијају трансформаторе са малим губицима, посебно су губици у празном ходу знатно смањени. Стога се на систем мерења постављају нови захтеви. Капацитет остаје исти, а смањење губитака у празном ходу значи да се фактор снаге трансформатора смањује у празном ходу. Мали фактор снаге захтева од произвођача да промени и трансформише систем мерења. Препоручљиво је користити методу мерења са три ватметра, одабрати трансформатор класе 0,05-0,1 и одабрати ватметар са ниским фактором снаге. Само на тај начин може се гарантовати тачност мерења. Када је фактор снаге 0,01, фазна разлика трансформатора ће изазвати грешку снаге од 2,9% када је фазна разлика 1 минут. Стога је неопходно правилно одабрати однос струје и напона струјног трансформатора и трансформатора напона током стварног мерења. Када је стварна струја много мања од струје повезане на струјни трансформатор, што је већа фазна разлика и грешка струје струјног трансформатора, то ће довести до веће грешке у стварним резултатима мерења. Стога, струја коју трансформатор повлачи треба да буде блиска номиналној вредности струје струјног трансформатора.

Поред тога, у пројектовању, према прописаним процедурама, губитак празног хода израчунат позивањем на јединични губитак и коефицијент процеса одабраног лима силицијумског челика генерално се назива израчуната вредност. Ову вредност треба упоредити са стандардном вредношћу наведеном у стандарду или са стандардном вредношћу или гарантованом вредношћу наведеном у уговору. Израчуната вредност мора бити мања од стандардне вредности или гарантоване вредности и нема простора за израчунавање, посебно за трансформаторе произведене у серијама. Поред тога, израчуната вредност важи само за пројектанта или пројектно одељење и нема правну снагу. Израчуната вредност не може се користити за процену нивоа губитака производа. Стандардна вредност наведена у стандарду или гарантована вредност наведена у уговору је правно снажанa. Производи који прелазе стандардну вредност плус дозвољено одступање или гарантовану вредност (гарантована вредност је једнака стандардној вредности плус дозвољено одступање) сматрају се неквалификованим производима. Ако постоји систем за процену губитака, то ће генерално бити истакнуто у уговору, посебно за извозне производе, ако вредност губитака прелази наведену вредност, биће изречена новчана казна, а казна за губитак празног хода је највиша. За вредности процене губитака у европским земљама, погледајте 11. број часописа „Трансформер“ из 1994. године. Хиљаде долара казни по киловату. Ово је правна последица и директно је повезана са економским користима.

Концепт измерене вредности такође мора бити правилно схваћен, или очитавање међусобног мерача (или очитавање претварача снаге) или измерена вредност морају бити конвертоване у номинално стање, и мора постојати довољна тачност. За измерену вредност губитка без оптерећења, углавном је важно да облик таласа напона напајања буде синусни талас, а разлика између просечног очитавања волтметра и очитавања напона ефективне вредности буде мања од 3%.

Израчунавање губитака у празном ходу, губитака у оптерећењу и напона импедансе

Губитак у празном ходу: Када је секундарни намотај трансформатора отворен, а на примарни намотај се примењује напон синусоидног таласног облика номиналне фреквенције, потрошена активна снага се назива губитак у празном ходу. Алгоритам је следећи: губитак у празном ходу = коефицијент процеса губитака у празном ходу × губитак јединице × језгро

Губитак оптерећења: Када је секундарни намотај трансформатора кратко спојен (стационарно стање), активна снага која се троши када примарни намотај тече кроз номиналну струју назива се губитак оптерећења.

Алгоритам је следећи: губитак оптерећења = губитак отпора највећег пара намотаја + додатни губитак

Додатни губитак = губитак вртложних струја намотаја + губитак циркулације паралелне жице + губитак расејања + губитак извода

Напон импедансе: Када је секундарни намотај трансформатора кратко спојен (стационарно стање), напон који примењује номинална струја која тече кроз примарни намотај назива се напон импедансе Uz. Uz се обично изражава као проценат номиналног напона, односно uz=(Uz/U1n)*100%

Потенцијал преокрета: u=4,44*f*B*At,V

Међу њима: B — магнетна густина у гвозденом језгру, TAt — ефективна површина попречног пресека гвозденог језгра, квадратни метар

Може се трансформисати у уобичајено коришћену формулу за прорачун дизајна трансформатора:

Када је f=50Hz: u=B*At/450*10^5, V

Када је f=60Hz: u=B*At/375*10^5, V

Ако већ знате фазне напоне и број намотаја, потенцијал намотаја се израчунава дељењем фазног напона са бројем намотаја.

Губитак у празном ходу укључује губитак хистерезе и вртложних струја у гвозденом језгру и губитак струје празног хода на отпорности примарног калема. Прво се назива губитак у гвожђу, а друго губитак у бакру. Пошто је струја празног хода веома мала, ово друго се може занемарити, тако да је губитак у празном ходу у основи губитак у гвожђу.

Постоји много фактора који утичу на губитке у празном ходу и губитке у гвожђу трансформатора, који су изражени математичким формулама. У формули, Pn и Pw представљају губитке услед хистерезиса и губитке услед вртложних струја kn, kw - константе

f - фреквенција херца примењеног напона трансформатора

Bm——Максимална густина магнетног флукса Wei/m2 у гвозденом језгру

n——Штајнмецова константа. За уобичајено коришћене лимове од силицијумског челика, када је Bm=(1,0～1,6) Wei/m2, n≈2. За тренутно коришћене лимове од усмереног силицијумског челика, узмите 2,5～3,5.

Према теоријској анализи трансформатора, под претпоставком да је примарни индуковани потенцијал E1 (волти), онда: E1=KfBm (2)

К је пропорционална константа, која је одређена бројем примарних намотаја и површином попречног пресека гвозденог језгра, тако да је губитак гвожђа:

Пошто је пад напона примарне импедансе цурења веома мали, ако се занемаре,

E1=U1(4)

Може се видети да губитак у гвожђу трансформатора без оптерећења има одличан однос са примењеним напоном. Ако је напон V одређене вредности, губитак у гвожђу трансформатора без оптерећења се неће променити (јер се f не мења), а пошто је U1=U1N у нормалном раду, губитак у гвожђу без оптерећења се назива и константним губитком. Ако напон флуктуира, губитак у гвожђу без оптерећења варира. Губитак у гвожђу трансформатора је повезан са материјалом језгра и процесом производње и нема никакве везе са оптерећењем.