2015-03-22
903
Потери. Классификация потерь трансформатора приведена ниже, см. также гл. 3.
Потери холостого хода, или потери в железе. Эти потери энергии возникают в магнитной системе трансформатора, они связаны с намагничиванием сердечника, не зависят от нагрузки и остаются постоянными все время, пока трансформатор включен в сеть.
Потери короткого замыкания (нагрузочные), или потери в меди. Это энергия, потребляемая в обмотке трансформатора и зависящая от тока нагрузки.
Величина потерь каждого типа изменяется в зависимости от того, как используется трансформатор. Например, распределительные трансформаторы, рассчитанные на низкие нагрузки (бытовые), имеют очень маленькие (из-за своих размеров) потери холостого хода, но потери в меди несколько выше средних. В годы второй мировой войны появилась сталь с улучшенными магнитными свойствами. Трансформаторы большой мощности, изготовленные до этого времени, имели потери холостого хода существенно большие, чем изготовленные позже. Потери холостого хода, как и нагрузочные потери, примерно на 50 % выше у сухих трансформаторов с воздушным охлаждением по сравнению с масляными (иммерсионными) трансформаторами или трансформаторами, заполненными жидким диэлектриком.
Данные о потерях холостого хода и нагрузочных потерях для различных типов трансформаторов, изготовленных в США, см. табл. 6.1.
Таблица 6.1
Потери в трансформаторах
| Тип и номинал | Потери | ||||
| холостого хода, отн. ед. | короткого замыкания (в меди), отн. ед | общие, отн. ед. | |||
| Масляные трансформаторы, изготовленные в 1948 г. и позднее | |||||
| 500 кВ∙А | 0,25 | 0,75 | 1,00 | ||
| 1000кВ∙А | 0,23 | 0,70 | 0,93 | ||
| 2000 кВ∙А | 0,21 | 0,68 | 0,89 | ||
| 3000 кВ∙А | 0,19 | 0,67 | 0,85 | ||
| 10000кВ∙А | 0,14 | 0,61 | 0,75 | ||
| 20000 кВ∙А | 0,12 | 0,59 | 0,71 | ||
| Изготовленные до 1948 г. | |||||
| 500 кВ∙А | 0,70 | 0,75 | 1,45 | ||
| 1000кВ∙А | 0,65 | 0,70 | 1,35 | ||
| 2000 кВ∙А | 0,63 | 0,68 | 1,31 | ||
| 3000 кВ∙А | 0,62 | 0,67 | 1,29 | ||
| Столбовые (распределительные) трансформаторы | |||||
| 30 кВ∙А | 0,71 | 1,3 | 2,0 | ||
| 75 кВ∙А | 0,45 | 1,4 | 1,85 | ||
| 150кВ∙А | 0,38 | 1,25 | 1,6 | ||
| 225 кВ∙А | 0,27 | 1,11 | 1,4 | ||
| 300 кВ∙А | 0,26 | 0,86 | 1,12 | ||
| 500 кВ∙А | 0,22 | 0,85 | 1,07 | ||
| Сухие трансформаторы | |||||
| 15кВ∙А | 1,5 | 2,0 | 3,5 | ||
| 45 кВ∙А | 1,2 | 1,8 | 3,0 | ||
| 500 кВ∙А | 0,4 | 1,2 | 1,6 | ||
| 1000 кВ∙А | 0,35 | 1,1 | 1,45 | ||
| 2000 кВ∙А | 0,32 | 1,05 | 1,37 | ||
| 3000 кВ∙А | 0,3 | 1,0 | 1,3 | ||
Избыточная мощность. Трансформаторы настолько надежны в работе, что создается видимость их абсолютной эффективности. Но это не так. Потери в трансформаторах существуют, их можно оценить и убедиться, что часто имеют место существенные потери энергии из-за того, что завышена мощность трансформатора или суммарная мощность нескольких трансформаторов, работающих на общую нагрузку.
В промышленности или в коммерческих предприятиях часто встречается ситуация, когда трансформаторы работают с существенно более низкими нагрузками по сравнению с номинальными. Обычно это происходит потому, что данный трансформатор, имеющий избыточную мощность, оказался «под рукой». Поскольку ненагруженные трансформаторы, как и ненагруженные моторы, потребляют энергию постоянно, – при этом потери холостого хода определяются паспортной полной нагрузкой, а не реальной нагрузкой – потери энергии в результате этого могут быть большими, особенно для трансформаторов старого образца. По этой причине на трансформаторы, работающие с нагрузками, меньшими расчетных, следует обратить особое внимание с точки зрения перераспределения нагрузок. (Это относится прежде всего в США к трансформаторам образца до 1948 г., если их нагрузка менее 75 % от номинала.) Обычно в таких ситуациях производят переключение нагрузки и отключение одного или нескольких трансформаторов. Стоимость монтажа кабелей или шин для перекоммутации нагрузок между близко расположенными трансформаторами нужно сравнить с возможной экономией из-за уменьшения потерь холостого хода. Нужно учесть некоторое увеличение потерь в меди при увеличении нагрузки на трансформатор. Нагрузочные потери пропорциональны квадрату нагрузки, т. е. для трансформатора, загруженного на 50 %, составляют 25 % от потерь при полной нагрузке.
Когда речь идет о коэффициенте мощности, стоит обратить внимание еще на одну величину – это реактивная составляющая тока трансформатора. Обычно этот ток сдвинут по фазе, не зависит от нагрузки и составляет 5 % от номинального тока полной нагрузки. Этот ток определяет реактивную мощность, измеряемую в киловольт-амперах, составляющую примерно 5 % от номинальной мощности трансформатора. Таким образом, если используется трансформатор, рассчитанный на большую нагрузку, то реактивные потери энергии уменьшат коэффициент мощности трансформатора по сравнению с тем, который мог бы быть при правильно выбранном трансформаторе.
