Po空載損耗,即指當以額定頻率的額定電壓施加于變壓器一個繞組的端子上,其餘各繞組開路時,變壓器所吸收的有功功率,又稱為鐵損(忽略空載運行狀态下的施壓繞組的電阻損耗)。
其數值反映變壓器空載時所消耗的能量,包括磁滞損耗和渦流損耗,磁滞損耗與頻率成正比,與最大磁通密度的磁滞系數的次方成正比;渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。變壓器鐵芯用矽鋼片材料特性、厚度及疊片方式、工藝等直接影響Po數值的大小,Po與參考溫度無關。
Io空載電流,指當向變壓器的一個繞組施加額定頻率的額定電壓時,其它繞組開路,流經該繞組線路端子的電流,是變壓器不帶負載時從電網吸收的電流。對于三相變壓器,是流經三相端子電流的算術平均值。其中,較小的有功分量Io(r)用以補償鐵心的損耗,即空載損耗Po,其較大的無功分量Io(x)用于勵磁,以平衡鐵芯的磁壓降。
通常Io以額定電流的百分數表示:Io%=(Io/IN) *100= 0.1~3%
空載損耗的大小和空載電流的大小沒有固定的必然聯系。對于同規格的同一批次生産的兩台變壓器空載損耗可以基本相等,而空載電流可以相差很大,從變壓器的較度來講,空載電流對變壓器的可靠性基本沒有影響,對運行成本稍有增加,但非常小,但是空載電流大的變壓器往往噪音比較大,因為變壓器鐵心的接縫比較大,空載電流的大小主要取決于接縫的大小和變壓器的材質好壞。空載損耗主要取決于材質和設計時的磁通密度。
Pk短路損耗,又稱額定負載損耗,指當變壓器二次繞組短路,一次繞組施加電壓使其電流達到額定值時,變壓器從電源吸收的有功功率稱為短路損耗,短路損耗也叫銅損。
Uk短路電壓,又稱阻抗電壓、短路阻抗,指當變壓器二次繞組短路,一次繞組流通額定電流而需施加的電壓。通常Uk以額定電壓的百分比表示,即Uk=(Uk/Un)×100% 。
阻抗電壓表示變壓器内阻抗的大小,是變壓器在運行中繞組通過額定電流時,本身阻抗所産生的電壓降。
變壓器的阻抗電壓百分比是一個很重要的數值,是計算短路電流的依據。他表明變壓器在滿載(額定負荷)運行時變壓器本身的阻抗壓降大小,對于變壓器二次測發生突然短路時,将會産生多大的短路電流有決定性的意義,對于變壓器并聯運行也有重要的意義。
一般來說,當變壓器容量小時,阻抗電壓百分比數也小;變壓器容量大時,阻抗電壓百分比數應較大。我國生産的電力變壓器,阻抗電壓百分比一般在4~24%的範圍内。
阻抗電壓是涉及變壓器成本、效率及運行的重要經濟技術指标。同容量的變壓器,阻抗電壓小的成本低,效率高,價格便宜(正常的變壓器,很小時例外),另外運行時的壓降及電壓變化率也小,電壓質量容易得到控制和保證。從變壓器運行條件出發,希望阻抗電壓小一點好。
從限制變壓器短路電流條件出發,希望阻抗電壓大一些好,以免電氣設備如斷路器、隔離開關、電纜等在運行中經受不住短路電流的作用而損壞,所以在制造變壓器時,必須根據滿足設備運行條件來設計阻抗電壓,且應盡量小一些。
下面簡單介紹一下電力變壓器的損耗組成及計算方法。
電力變壓器損耗分為鐵損、銅損及附加損耗。鐵損又可以叫空載損耗(忽略空載電流引起的電阻損耗),是不變損耗,實際是鐵芯所産生的損耗,而銅損也叫負載損耗(忽略勵磁電流在勵磁電阻上産生的鐵損耗),是可變損耗,指變壓器初、次級線圈中電流在電阻上産生的銅損耗。附加損耗包括附加鐵損及附加銅損,由于這兩種損耗數量很小,又難以測定,可以不計。
1、電力變壓器損耗計算公式
(1)有功損耗:ΔP=Po+KT β2 Pk
(2)無功損耗:ΔQ=Qo+KT β2 Qk
(3)綜合功率損耗:ΔPz=ΔP+KQΔQ
Qo≈Io%SN,Qk≈Uk%Sn
式中:Qo——空載無功損耗(kvar)
Po——空載損耗(kW)
Pk——額定負載損耗(kW)
Sn——變壓器額定容量(kVA)
Uk%——短路電壓百分比
β ——負載系數,為負載電流與額定電流之比。
KT——負載波動損耗系數
Qk——額定負載漏磁功率(kvar)
KQ——無功經濟當量(kW/kvar)
上式計算時各參數的選擇條件:
(1)取KT=1.05;
(2)對城市電網和工業企業電網的6kV~10kV降壓變壓器取系統最小負荷時,其無功當量KQ=0.1kW/kvar;
(3)變壓器平均負載系數,對于農用變壓器可取β=20%;對于工業企業,實行三班制,可取β=75%;
(4)變壓器運行小時數T=8760h,最大負載損耗小時數:t=5500h;
(5)變壓器空載損耗Po、額定負載損耗Pk、Io%、Uk%,見産品出廠資料所示。
2、電力變壓器損耗的特征
Po——空載損耗,主要是鐵損,包括磁滞損耗和渦流損耗;
磁滞損耗與頻率成正比;與最大磁通密度的磁滞系數的次方成正比。
渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。
Pc——負載損耗,主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗,一般稱銅損。其大小随負載電流而變化,與負載電流的平方成正比;(并用标準線圈溫度換算值來表示)。
負載損耗還受變壓器溫度的影響,同時負載電流引起的漏磁通會在繞組内産生渦流損耗,并在繞組外的金屬部分産生雜散損耗。
變壓器的全損耗ΔP=Po Pc
變壓器的損耗比=Pc /Po
變壓器的效率=Pz/(Pz ΔP),以百分比表示;其中Pz為變壓器二次側輸出功率。
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