Основные эксплатуционные параметры

ТРАНСФОРМАТОРА И ИХ РАСЧЕТ

Для силовых трансформаторов, работающих в системах электроснабжения, нормируются стандартом следующие величины:

- потери холостого хода Р Х и короткого замыкания Р К;

- ток холостого хода, i 0,%

- напряжение короткого замыкания u K,%.

 Рассмотрим технико-экономическое значение этих параметров и методику их расчета.

 

Потери мощности и коэффициент полезного действия

Трансформатора

Потери мощности определяют коэффициент полезного действия (КПД):

,

где, Р1-активная мощность первичной цепи или потребляемая;

   -активная мощность вторичной цепи или мощность приемников, включенных во вторичную цепь;

   ∆ Р - потери мощности, которые преобразуются в тепло и нагревают трансформатор.

Основными видами потерь являются потери в магнитопроводе или потери холостого хода при номинальном напряжении Р х и потери в обмотках , где -потери короткого замыкания при номинальном токе,  -коэффициент нагрузки.

Следовательно:  где .

Ввиду того, что практически вся электроэнергия на пути от электростанции к потребителю проходит до 4-5 трансформаций, к КПД предъявляются жесткие требования и он достаточно высок, до 99% и выше.

Определение КПД через мощности  и  неточно, так как эти значения близки друг к другу. Поэтому КПД определяется через потери и нормируется стандартом не сам КПД, а отдельно потери холостого хода и короткого замыкания.

При установлении нормируемых потерь решается компромиссная задача: с одной стороны, при увеличении электромагнитных нагрузок В· J   уменьшается расход активных материалов и стоимость трансформатора, с другой стороны из-за роста потерь мощности увеличивается стоимость потерь электроэнергии за время эксплуатации трансформатора.

Важным является также соотношение потерь при их неизменной сумме. Потери холостого хода  относятся к постоянным, одинаковым при любой нагрузке, а потери в обмотках зависят от квадрата тока нагрузки и относятся к переменным. Максимальное значение КПД достигается, когда переменные и постоянные потери равны

.

Нагрузка трансформатора в течении суток изменяется, так как оборудование цеха включается и отключается по мере необходимости, диктуемой производственным циклом. На рис.2 представлен один из возможных графиков суточной нагрузки.                                  

 

Рис.2 Суточный график нагрузки трансформатора

 

Среднее значение коэффициента нагрузки, соответствующее этому графику, равно 0,69. В большинстве случаев К нг= 0,45-0,55. Чтобы сохранить при недогрузке высокий КПД требуется, чтобы максимальный КПД был при коэффициенте нагрузки 0,45-0,55. В этом случае соотношение потерь

           

 

то есть потери короткого замыкания должны быть в 3,5-5 раз больше потерь холостого хода.

 При определении потерь холостого хода пользуются справочными данными о величине удельных потерь в 1кг стали , Вт/кг:

                                  Р Х = Р уд  · G ст ,

где G ст - масса стали магнитопровода. Величина Р уд зависит от марки стали, толщины листов, частоты тока и величины магнитной индукции B (табл.28). 

Потери короткого замыкания

где - номинальные первичный и вторичный фазные токи, -фазные активные сопротивления обмоток.

Активное сопротивление фазы

                                  ,

где l в-средняя длина витка обмотки, w - ее число витков, П в - поперечное сечение провода. Удельное сопротивление  берется при температуре 75 С. Для меди , для алюминия

Потери в одной обмотке  можно выразить через ее объем:

Произведение , где  - объем провода трех фаз данной обмотки.

 Поэтому потери:

Объем можно заменить массой, ввода величину плотности металла обмотки :

.

Для меди  кг/ , для алюминия  кг/ .

При определении активного сопротивления и потерь мощности необходимо также учитывать увеличение сопротивления и потерь, обусловленное добавочными потерями от вихревых токов в проводнике, созданных переменным магнитным полем (поверхностный эффект). Размеры проводников и их расположение должны быть такими, чтобы добавочные потери не превышали 5% от основных потерь.