Определение потерь в трансформаторе
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:
- Магнитные.
- 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).
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.
| 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
Как рассчитать потери электроэнергии
Как рассчитать потери электроэнергии
О потерях энергии в процессе ее передачи собственники электрифицированных объектов стали задумываться сравнительно недавно. В то же время это достаточно важный параметр, который обязательно следует учитывать владельцам частных домов, сельскохозяйственных и других предприятий.
На вопрос, как рассчитать потери электроэнергии, есть один простой ответ – обратиться к специалистам. Проведение подобных расчетов считается достаточно трудоемкой и сложной задачей, для выполнения которой требуются профессионалы, знакомые с необходимыми формулами и умеющие такими формулами пользоваться.
Условия расчета потери электроэнергии
Проще всего проводить расчеты потерь в электрической сети, где используется только один тип провода с одним сечением, к примеру, если на объекте применяется только алюминиевые кабели с сечением в 35 мм. На практике системы с одним типом кабеля практически не встречаются, обычно для электроснабжения зданий и сооружений используются различные провода. В этом случае для получения точных результатов, следует отдельно проводить расчеты для отдельных участков и линий электрической системы с различными кабелями.
Потери в электрической сети на трансформаторе и до него обычно не учитываются, так как индивидуальные приборы учета потребляемой энергии устанавливаются в цепь уже после такого оборудования. Тем не менее если вам требуется высчитать потери на силовом трансформаторе все-таки необходимо, сделать это достаточно просто. Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе осуществляется на основе технической документации такого устройства, где будут указаны все необходимые вам параметры.
Следует помнить, что любые расчеты проводятся для определения величины максимальных потерь в ходе передачи электричества.
При проведении вычислений стоит учитывать, что мощность сети электроснабжения склада, производственного предприятия или другого объекта достаточна для обеспечения всех подключенных к ней потребителей, то есть, система сможет работать без перенапряжения даже в моменты максимальной нагрузки на каждом подключенном объекте.
Пример проекта электроснабжения дома
Величину выделенной электрической мощности можно узнать из договора с эксплуатирующей организацией на предоставление таких услуг.
Сумма потерь всегда зависит от потребляемой мощности сети. Чем больше напряжения потребляется объектами, тем больше будут потери.
В качестве примера можно рассматривать небольшое садоводческое объединение, в состав которого входит 60 объектов недвижимости, подключенных через алюминиевый кабель к центральной линии электропередач. Общая протяженность линии – 2 км.
Как рассчитывают потери электроэнергии по длине линии
На основе описанных выше параметров, можно воспользоваться формулой для вычисления потерь электроэнергии по время ее передачи.
В данной формуле:
ΔW – общее количество потерь электрической энергии при передаче,
W – объем электрической энергии, потраченной на обеспечение работы линии в течение определенного промежутка времени,
КL – коэффициент, предназначенный для учета распределительной нагрузки на линию потребления, в рассматриваемом примере вся сеть разбита на три отдельных линии, к каждой из которых подключено по 20 объектов потребления,
Кф – коэффициент из графика нагрузки на линию,
L – длина сети электроснабжения,
tgφ – реактивная мощность сети,
F – диаметр сечения провода на участке сети,
Д – отрезок времени, в течение которого осуществляется потребление энергии и, как следствие, потери,
Кф² — коэффициент заполнения графика.
Кф² можно рассчитать по простой формуле:
Кз в данной формуле – это коэффициент заполнения графика потребления. Если отсутствуют точные данные по такому графику, за коэффициент принимают величину 0,3. В этом случае по формуле высчитывается Кф², которое будет равняться 1,78.
Рассчитывать потери следует отдельно для каждой линии фидера, которых всего в сети установлено 3 штуки на 2 километра протяженности сети. В такой ситуации нагрузка на сеть будет равномерно распределена на три линии.
Если за основу расчетов принять годовую мощность сети в 63 тысячи кВт, тогда для каждой отдельной линии на один фидер будет приходиться электроэнергии на 21 тысячу кВт. Для формулы лучше применять величину в Вт, а не в кВт, то есть, 21*106 Вт/ч.
Когда все необходимые параметры для расчета установлены, их следует подставить в основную формулу, которая в нашем случае будет иметь следующий вид:
Проводим расчеты и получаем величину потерь электроэнергии для одной из трех линий, равную 573,67 кВт/ч. Общие потери в год будут в три раза больше, то есть — 1721 кВт/ч. Именно так должен проводиться расчет потерь электроэнергии на разных объектах.
Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для рассчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:
07.11.2014
Источник: https://energy-systems.ru/main-articles/proektirovanie-elektriki/2030-kak-rasschitat-poteri-elektroenergii