Потери мощности и энергии в силовых трансформаторах

 

Энергия, подводимая к трансформатору, расходуется на создание и проведение магнитного потока по сердечнику, а также на потери в обмотках трансформатора. Для выполнения расчетов параметров трансформатора используют схемы замещения трансформаторов. На рис. 2.38 представлена Г-образная схема замещения трансформатора. На ней показаны сопротивления обмоток r _ТР и x _ТР, а также активная g _ТР и реактивная b _ТР проводимости цепи намагничивания.

Потери мощности холостого хода Δ S _ХХ являются суммой активных потерь Δ Р _ХХ (преимущественно в магнитопроводе и незначительно в первичной обмотке трансформатора) и реактивных потерь Δ Q _ХХ на создание магнитного потока в сердечнике трансформатора:

.                                         (2.15)

Активные потери холостого хода пропорциональны активной составляющей тока холостого хода I _А._ХХ и падению напряжения на первичной обмотке трансформатора.

.                      (2.16)

Обычно активные потери холостого хода указываются в паспорте трансформатора.

Полные потери холостого хода определяются током холостого хода и могут быть найдены по формуле

.        (2.17)

Реактивные потери холостого хода могут быть найдены из полных и активных потерь холостого хода:

.

Потери мощности в обмотках трансформатора определяются активным и реактивным сопротивлением обмоток r _ТР и x _ТР. Они могут быть найдены из параметров короткого замыкания трансформатора Δ P _КЗ и U _КЗ%. Активные потери пропорциональны номинальному току и потере напряжения на первичной обмотке трансформатора:

.           (2.18)

Обычно потери короткого замыкания указываются в паспорте трансформатора.

Подобно активным потерям реактивные потери короткого замыкания пропорциональны квадрату номинального тока и реактивному сопротивлению трансформатора: . Реактивное сопротивление трансформатора также может быть вычислено из полного и активного сопротивления трансформатора, так как полное сопротивление трансформатора является его паспортной характеристикой. .

Реактивные потери короткого замыкания также могут быть вычислены как разность между полными и активными потерями короткого замыкания (нагрузочными потерями).

Полные потери короткого замыкания определяются по формуле:

.          (2.19)

Отсюда реактивные потери короткого замыкания потери короткого замыкания

,                                  (2.20)

а полные потери трансформатора определяются как сумма потерь холостого хода и короткого замыкания:

.     (2.21)

Потери электрической энергии в трансформаторе зависят от продолжительности включения трансформатора в сеть и времени его работы под нагрузкой. При круглогодичной работе трансформатора потери энергии составят

.                (2.22)

где: Δ P _ХХ – активные потери мощности холостого хода, кВт;

P _КЗ – потери мощности короткого замыкания, кВт;

S _Н – номинальная мощность трансформатора, кВА;

  S _max – максимальная полная мощность потребителя, кВА;

Т _m – число часов использования максимума нагрузки.

При работе на ТП двух одинаковых трансформаторов потери холостого хода возрастут вдвое, а нагрузочные потери снизятся в два раза. Потери электроэнергии в этом случае определяются по формуле:

.                        (2.23)

Для определения потерь электроэнергии за любой период времени работы одного трансформатора используется следующая формула:

                        (2.24)

где Т _ВКЛ – время подключения трансформатора к сети;

Т _Р – время работы трансформатора под нагрузкой.

Иногда на двухтрансформаторных подстанциях в целях экономии электроэнергии бывает целесообразно отключить один из трансформаторов. Это экономически целесообразно если

 .                                 (2.25)