Как рассчитать потери холостого хода трансформатора?

Определение потерь в трансформаторе

Как рассчитать потери холостого хода трансформатора?

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:

  1. Магнитные.
  2. Электрические.

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.

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).
Читайте также  Рассчитать максимальную нагрузку на кабель

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.

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:

П = ХХ * ОЧ * ПКЗ * К² * НЧ.

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.

ОбозначениеРасшифровкаЗначение
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:

К² = 4,3338

П = 0,38 кВТ*ч

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

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: https://protransformatory.ru/raschety/poteri-v-transformatore

Потери холостого хода трансформатора и их последствия

Как рассчитать потери холостого хода трансформатора?

Энергопотери всегда приводят к перерасходу средств и материалов. Они являются главным источником удорожания энергии. Соответственно, борьба с ними основана на своевременном выявлении неполадок и профилактике возможных сбоев работоспособности в целом. Основной, самый распространенной  проблемой принято считать  потери холостого хода трансформатора.

Читайте также  Как рассчитать коэффициент использования оборудования?

Составляющие потерь холостого хода

Холостой ход — это один из режимов работы всех трансформаторных устройств, который основан на выделенном питании какой-то одной обмотки в то время, как состояние всех остальных разомкнутое. При таком типе работы  все утечки, которые неизбежно возникают при номинальных значениях уровня напряжения и частоты, принято называть потерями холостого хода.

Утрата мощностных показателей холостого хода трансформирующего устройства включают в себя несколько обязательных составляющих:

  • магнитные потери мощности холостого хода, наблюдающиеся в стальных частях;
  • потери в первичной обмотке из-за тока холостого хода;
  • диэлектрические — в изоляционном слое.

Стоит отметить, что диэлектрические «утечки» актуальны только для приборов, работающих при повышенных частотах. Для силовых же трансформаторов, которые рассчитаны на определенную среднюю частоту в 50 Гц, такие потери несущественны и, как правило, не берутся в расчет при комплексном анализе причин.

Меньше одного процента от потери холостого хода в том числе и в силовых устройствах составляют и утечки в первичной обмотке.

Основная, самая существенная  доля «утечки» приходится на магнитные потери. Этот вид обсуждаемого явления также можно разделить на два типа: от гистерезиса и от вихревых токов. В современных устройствах, где используется холоднокатаная электротехническая сталь на первую причину приходится чуть менее трети всех объемов. А вот вихревые токи вытягивают до 75 процентов.

Значение качества электротехнической стали ↑

Для правильных исчислений, а при частоте 50 Гц, соотношение частей в магнитных потерях вычисляется математическим путем, используются эмпирически полученные данные характеристик различных видов стали.

Кроме того, большое значение играет конфигурация магнитной системы, ее массой, а также технологией производства пластик.

Совокупность всех факторов условно стоит разделить на конструктивные и технологические:

  • К первым следует отнести способ и форму стыковки пластин, тип сечения ярма и  метод прессовки и обработки стержней.
  • Ко вторым относятся способы резки стали на пластины, тщательность и методы удаления заусенцев, качество отжига пластин, лакировка, а также прессовка всей магнитной системы. Кстати, резка стали из рулонов производится с совпадением  условно видимой продольной оси пластин с направлением прокатки стального листа.

Кстати, еще одной из существенных причин увеличения потерь в уже эксплуатируемом трансформаторе могут являться нестабильные качественные характеристики используемой стали, а также небрежная сборка с допущением механических повреждений.

При этом, правильно рассчитанный и собранный трансформатор имеет отклонение фактических потерь от расчетных всего около пяти процентов. Это значение следует учитывать, контролируя предельные показатели ПХХ в рамках определенных технической документацией норм, которые соответствуют ГОСТ с прибавлением половины допуска. Кстати, по ГОСТу допуск потерь холостого хода в трансформаторных устройствах обозначен на уровне 15 процентов. То есть, нужно контролировать потери холостого хода в рамках половины этого значения, то есть 7,5 процентов.

На что влияют потери холостого хода трансформатора? ↑

На данный момент общий процент потерь от генерирующих мощностей до потребителя составляет порядка 18 процентов. Большая часть энергии теряется именно на этапе работы трансформаторных систем. На что влияют данные потерь и где применяются полученные в результате расчетов результаты?

Читайте также  Как рассчитать мощность стабилизатора для газового котла?

Прежде всего такого рода информация учитывается при расчетах потери электроэнергии, а также при планировании модернизации оборудования и уровне затрат на обновление и ремонт.

От чего зависят потери холостого хода трансформатора? ↑

В середине прошлого столетия сталь горячей прокатки, используемую для производства основных трансформаторных узлов, заменили на холоднокатаный материал с ориентированной структурой зерен. Плюс новинки состоял в том, что она отличалась высокой магнитной проницаемостью и большей эффективностью. К началу XXI века характеристики используемой холоднокатаной стали в значительной мере улучшились. Причиной такого технологического роста стала очевидность соотнесения затрат с конечной стоимостью энергии.

В общем же снижению потерь в холостом режиме поспособствовали три важных причины:

  • применение стали с более совершенными свойствами;
  • совершенствование конструкции магнитной системы в целом, а кроме того новые принципы раскроя рулонов;
  • модернизация конструкции основного элемента — сердечников.
  • Что же касается самой стали, то производители работали сразу в трех направлениях:
  • постоянно улучшали ориентацию доменов;
  • стремились к максимальному уменьшению толщины исходных листов;
  • опробовали и внедрили новый способ очищения доменов — лазерную обработку стальных пластин.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения диагностики трансформаторов, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать диагностику трансформаторов или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

Причины потери холостого хода трансформатора ↑

Используемые сегодня трансформаторы можно разделить на сухие и масляные. Масляные до недавнего времени довольно активно использовались практически во всех сферах. Но так как они имеют некоторые ограничения по размещению и нюансы обслуживания, а также низкую пожаробезопасность, в последнее время все большей популярностью стали пользоваться модели сухих трансформаторов, не использующих в системе охлаждения масляные составы.

  • Активные потери холостого хода трансформатора есть и в тех, и в других устройствах. Основными их причинами являются:
  • Коррозия металла, которая происходит из-за нарушения целостности лакового слоя. В результате это значительно увеличивает вихревые токи и усиливает  нагрев стали, используемой в трансформаторе.
  • Витковое замыкание, происходящее в обмотках и приводящее к резкому скачку напряжения.
  • Недостаточная или некачественная изоляция стягивающих шпилек, приводящая к замкнутому накоротко контуру.
  • Магнитные зазоры или некачественная шихтовка.
  • Недостаточное или избыточное число витков на вольт, которое зависит от целого ряда характеристик. Числом витков можно не только увеличить потери холостого хода, но и значительно уменьшить их при правильном расчете.
  • Перегрев стальных узлов и элементов трансформатора неизбежно снижает качество работы трансформатора, все зависит только от скорости и прогрессии этих ухудшений. Чем выше температура, тем быстрее прибор выйдет из строя.

Это далеко не все возможные причины потери холостого хода силового трансформатора, многое также зависит и от условий эксплуатации, и от уровня обслуживания устройства. Но это частные случаи, причины в которых следует искать индивидуально.

Источник: https://energiatrend.ru/news/poteri-holostogo-hoda-transformatora