 |
Коэффициент полезного действия трансформатора
|
|
|
|
Трансформатор
Определения
В учебном пособии использованы, применяемые в науке, технике и производстве, следующие термины и определения основных понятий.
Нормативный документ (далее НД) – документ, устанавливающий правила, общие принципы или характеристики, касающиеся трансформаторов, и включающий в себя понятия: стандарт, технические условия, техническое задание, техническая спецификация и другие документы на поставку продукции (ГОСТ Р 52719).
Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ 16110).
Нагрузочная способность трансформатора – совокупность допустимых нагрузок и перегрузок трансформатора. Нагрузочная способность, как способность трансформатора нести нагрузку с учетом условий эксплуатации (предшествующей нагрузки трансформатора и температуры охлаждающей среды), должна быть определена по отношению к номинальному току, причем для обмотки с ответвлениями - к номинальному току ответвления (ГОСТ 16110).
Аварийный режим трансформатора – режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной продолжительности это угрожает повреждением или разрушением частей трансформатора (ГОСТ 16110).
Коэффициент полезного действия трансформатора
У трансформатора или в соответствии с определением статического электромагнитного устройства при номинальных значениях напряжения и тока первичной обмотки и коэффициенте мощности нагрузки cos φ ≥ 0,8 коэффициент полезного действия (КПД) превышает 90 %.
|
|
|
КПД трансформатора зависит от значений коэффициента мощности нагрузки, cosφ и коэффициента нагрузки Кн:
, (1)
где Р – активная мощность трансформатора;
Рхх – потери мощности в трансформаторе в режиме холостого хода (по
данным заводских испытаний);
Ркз – потери мощности в трансформаторе в режиме короткого замыкания
(по 
данным заводских испытаний);
ΔР – активная мощность потерь в трансформаторе;
Sном – номинальная мощность трансформатора (по паспорту
изготовителя);
– коэффициент нагрузки. Значения коэффициента нагрузки нужно определять в интервале 30 минут или 60 минут. Система автоматического контроля и учета электроэнергии фиксирует эти значения. Усредненный коэффициент нагрузки, определенный в интервале сутки, месяц и т. д., дает абстрактное представление о режиме энергетической системы.
В учебной и технической литературе часто встречается термин коэффициент загрузки и обозначается символом β. Смысл и значение тот же, что и коэффициент нагрузки, но выражение не нормативное и применять его не рекомендуется.
При постоянном значении коэффициента мощности приемника, приравняв нулю производную от h по К н найдем, что наибольший КПД можно получить при равенстве мощностей потерь в магнитопроводе, Р хх и потерь в обмотке, Р кз при соответствующей нагрузке трансформатора (2).
(2)
На рисунке 1 изображен график зависимости относительных потерь, Δ Р / Р от коэффициента нагрузки, К н трансформатора, построенный по значениям таблицы 1. Расчет относительных потерь выполнен для масляного трансформатора ТМЗ-1000/10, напряжением 10 кВ, номинальной мощностью 1000 кВ×А. Значения Р кз, Р хх приняты по ГОСТ 16555. Потери активной мощности в трансформаторе рассчитаны по формуле:
(2.3)
По таблице 2.1 находим коэффициент нагрузки, при котором условие формулы (2.2) выполняется. Наибольший КПД достигается при коэффициенте нагрузки К н 
0,42 (42 %), относительные потери составят 0,974 %.
|
|
|
На рисунке 2 изображены графики относительных потерь трансформаторов разной мощности и напряжения в зависимости от коэффициента нагрузки. У всех трансформаторов наивысший КПД достигается при К н 0,42 ÷ 0,55.
В практических расчетах при выборе мощности трансформатора необходимо учитывать, что нагрузка в течение длительного времени может изменяться от 0,35 (ночные нагрузки) до 1,0 (дневные нагрузки). По этой причине рассчитывают так, чтобы высшее значение КПД соответствовало среднему значению коэффициента нагрузки в интервале от 0,35 до 1,0.Коэффициент нагрузки в этом интервале равен К н ≈ 0,7. Относительные потери составят 1,105 % (таблица 1).
Нагрузка 70 % является оптимальной как в отношении потерь энергии (мощности) в трансформаторе так и в отношении прибыли от передачи (продаже) электрической энергии. На рисунке 1 представлен график зависимости относительных потерь трансформатора ТМЗ-1000/10 от коэффициента нагрузки, построенный по значениям таблицы 1.
На рисунке 2.2 график относительных потерь трансформаторов разной мощности и напряжения в зависимости от коэффициента нагрузки.
Рисунок 1 – График зависимости относительных потерь Δ Р / Р
трансформатора ТМЗ-1000/10 от коэффициента нагрузки
Таблица 1 – Расчетные значения Δ Р / Р трансформатора ТМЗ-1000/10
| Тип, мощность трансформатора | К Н | Р кз, кВт | Δ Р кз, кВт | Р хх, кВт | Δ Р, кВт | S, кВ·А | Р,кВт (tg φ = 0,4) | Δ Р / Р, % |
| ТМЗ-1000/10 ГОСТ-16555-75 (2006 г.) | 0,25 | 10,8 | 0,68 | 1,90 | 2,58 | 232,50 | 1,108 | |
| 0,30 | 10,8 | 0,97 | 1,90 | 2,87 | 279,00 | 1,029 | ||
| 0,35 | 10,8 | 1,32 | 1,90 | 3,22 | 325,50 | 0,990 | ||
| 0,40 | 10,8 | 1,73 | 1,90 | 3,63 | 372,00 | 0,975 | ||
| 0,42 | 10,8 | 1,90 | 1,90 | 3,81 | 390,60 | 0,974 | ||
| 0,45 | 10,8 | 2,19 | 1,90 | 4,09 | 418,50 | 0,977 | ||
| 0,50 | 10,8 | 2,70 | 1,90 | 4,60 | 465,00 | 0,989 | ||
| 0,55 | 10,8 | 3,27 | 1,90 | 5,17 | 511,50 | 1,010 | ||
| 0,60 | 10,8 | 3,89 | 1,90 | 5,79 | 558,00 | 1,037 | ||
| 0,70 | 10,8 | 5,29 | 1,90 | 7,19 | 651,00 | 1,105 | ||
| 0,80 | 10,8 | 6,91 | 1,90 | 8,81 | 744,00 | 1,184 | ||
| 0,90 | 10,8 | 8,75 | 1,90 | 10,65 | 837,00 | 1,272 | ||
| 1,00 | 10,8 | 10,80 | 1,90 | 12,70 | 930,00 | 1,366 | ||
| 1,10 | 10,8 | 13,07 | 1,90 | 14,97 | 1023,00 | 1,463 | ||
| 1,20 | 10,8 | 15,55 | 1,90 | 17,45 | 1116,00 | 1,564 | ||
| 1,30 | 10,8 | 18,25 | 1,90 | 20,15 | 1209,00 | 1,667 | ||
| 1,45 | 10,8 | 22,71 | 1,90 | 24,61 | 1348,50 | 1,825 |
|
|
|
Рисунок 2.2 – График относительных потерь трансформаторов разной мощности и напряжения в зависимости от коэффициента нагрузки
Относительные потери трансформатора с увеличением его мощности уменьшаются. Можно прийти к ошибочному мнению, что трансформатор будет меньше греться с увеличением его мощности.
Потери мощности пропорциональны мощности трансформатора в степени ¾, а поверхность охлаждения пропорциональна мощности в степени ½.
Следовательно, по мере увеличения мощности потери электрической энергии увеличиваются быстрее, чем увеличивается поверхность охлаждения. Требуется принятие специальных мер по повышению эффективности системы охлаждения.
|
|
|
