Расчет потерь мощности в трансформаторе. Герасимов А.И., Кузьмин С.В. Электроснабжение предприятий - файл n1.doc. Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе пример

Расчет потерь электроэнергии в трансформаторах. Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе пример

Расчет потерь - Документы - Каталог файлов

Расчет потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах в счетчиках электроэнергии.

Фролов В.А. к.т.н. Нач. отдела энергоаудита ООО НПК « Спецэлектромаш» Современные счетчики электроэнергии имеют возможности не только выполнить учет электроэнергии, но и выполнить ряд дополнительных функций. Одной из них является учет потерь электрической энергии и линиях и трансформаторах. Одни из вариантов выполнения такой функции приведен в [1]. В целом работа [1] актуальна и представляет несомненный интерес, однако имеются некоторые дополнения к ней. Во-первых, существует официальные директивные и рекомендательные материалы по указанной проблеме, например, приведенные в [2,3]. Поэтому в условиях рыночной экономики и при наличии разногласий между поставщиком и потребителем электроэнергии любой арбитражный суд в первую очередь будет руководствоваться утвержденными официальными материалами. Во-вторых, имеются и технические проблемы. Например. 1. Значительная часть линий электропередач (ЛЭП) имеют отпайки. Значит потери в этих линиях, по указанным в [1] методам, можно рассчитать только до первой отпайки. А дальше ток в линии неизвестен. 2. Сопротивление проводов ЛЭП зависит от их температуры. В соответствующих ГОСТах и в справочниках оно указано для температуры провода в +20 0С. Реальная температура проводов, конечно же, отличается от +20 0С. Поправку на рабочие температуры проводов ЛЭП можно выполнить по [4]. Активное сопротивление проводов ЛЭП определяется по формуле

Rл = R20 (1+ а tп)/1.08 * lл , (1)

где R20 – сопротивление 1км провода при 200 С, Ом; а – температурный коэффициент сопротивления для алюминия, равный 0,004 , 1/0С; tп - температура провода, 0С, определяемая по формуле

tп = Δt + tв, 0С, (2)

где Δt – превышение температуры провода над температурой окружающей средой, 0С. tв – температура окружающего воздуха, 0С.

Значение Δt в формуле (2) вычисляется в зависимости от средней плотности тока в проводе j за расчетный период, которую определяют по формуле

j = I/F, (3)

где I - значение среднего тока в линии, А; F – площадь поперечного сечения провода,мм2 . Если плотность тока согласно [4] j ≤ 1 а/мм2, то Δt = 5 0С Если же плотность тока j более 1 а/мм2, то температура провода определяется достаточно сложным итерационным расчетом, с учетом не только температуры воздуха, но и с учетом скорости и направления ветра [4]. Понятно, что измерять скорость и направление ветра по всем пролетам ЛЭП в оперативном режиме практически невозможно. Однако, плотность тока в большинстве случаев менее 1 а/мм2 . Для климата Красноярского края температурная поправка составляет несколько процентов, т.е. намного больше требуемой погрешности расчета. Длина провода, как правило, редко известна с необходимой точностью, но эта проблема решаема. Прибором типа Р-5-5 ( Р-5-10 и т.д. ) [5] длину проводов ЛЭП можно измерить с допустимой погрешностью в 1%. Необходимо также учитывать, тот факт, что в линиях электропередач напряжением 220 кВ и выше в каждой фазе может быть более одного провода в линии (2 провода в фазе в линиях напряжением 220 кВ, 3 провода в фазе в линиях 599 кВ и т.д.) и линия может быть многоцепной. Так что полученное значение сопротивления проводов по (1) и плотность тока по (3) необходимо пересчитать на общее число параллельных проводов по которым передается ЭЭ. 3. Учет температуры трансформаторов 1. Поправки на испытательные и рабочие температуры трансформаторов [6]. Для правильного учета измеренных сопротивлений последние должны быть приведены к рабочей температуре трансформаторов. Для трансформаторов и реакторов с медными обмотками это приведение выполняется по следующей формуле:

235 + t2 R2=R1 --------------, (4) 235 + t1

где R1 и t1 – соответственно сопротивление и температура трансформатора при его заводских испытаниях; R2 и t2 – соответственно сопротивление и температура трансформатора в условиях текущей эксплуатации; Для трансформаторов с алюминиевыми обмотками

245 + t2 R2=R1 --------------. (5) 235 + t1

где обозначения R и t аналогичны приведенным выше. 4. Особенности учета потерь электроэнергии при несовпадении точки учета электроэнергии с границами балансовой принадлежности. Особенности учета потерь в трансформаторе состоят в необходимости учета места его отключения. Если учет (трансформатор тока) стоит на стороне низшего напряжения силового трансформатора и силовой трансформатор отключается с низкой стороны, а граница балансовой принадлежности проходит со стороны высокого напряжения, то потери в трансформаторе должны учитываться, как дополнительное потребление ЭЭ для потребителя и это должно быть отмечено в договоре на электроснабжение. Если он отключается с высокой стороны, то потери ЭЭ для потребителя не учитываются. Если он может отключаться с любой стороны, то необходим оперативный учет места его отключения для правильного учета потерь. Если трансформатор трехобмоточный, то и это должно быть учтено. Но об этом в [2] ничего не сказано. 5. Фактор времени. В статье говорится о расчете потерь электроэнергии, но учет времени в явном виде не описан, т.е. по существу происходит расчет потерь мощности. Эта проблема в [2] решается с помощью коэффициентов загрузки, коэффициента форма графика нагрузки, учета сменности работ потребителя. Если авторы [1], предполагают рассчитывать потери раз в сутки, то необходимо учитывать указанные коэффициенты. Если нет, то об этом должно быть прямо сказано в методике расчета. 6. В [1] говорится о возможности прибавления или вычитания найденного значения потерь. Необходимо дополнительно указать, как это будет реально происходить при оперативном изменении направления перетока электроэнергии в энергосистеме. Нужно ли оперативному персоналу вводить в счетчик дополнительное указание об изменении расчета при текущем изменении режима работы или это каким-то образом учтено в программе и будет производится автоматически. В данном предложении особо важно подчеркнуть о необходимости соответствующих записей в 4 договоре на электроснабжению. Все технические доработки коммерческих показателей обязательно должны быть включены в договор 7. О проценте потерь и вводе их в виде констант. История данного вопроса такова. В предыдущем издании Инструкции [2] в 1970 г, потери так и считались – по величине процента потерь в зависимости от паспортной - номинальной мощности трансформаторов. В издании 1986 г. проценты потерь полностью отменили. Совершенно не рекомендуется вводить в счетчик константы по потерям электроэнергии в виде процентов, так как реальные режимы передачи электроэнергии имеют колебания намного выше допустимой точности их расчетов. 8. Применение микрометра для определения сечения провода с метрологической точки зрения не совсем некорректно. Например, в [7 ] приведены выписки из ГОСТ 839-59 по маркам проводов и их сечениям: АСО - 185 радиус 0,920 см;

xn--90adflmiialse2m.xn--p1ai

Электротехнический завод / 6.6 расчет потерь двухобмоточных трансформаторов. Онлайн расчет потерь в трансформаторе

Потери в трансформаторе: определение, расчет и формула

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.

ОбозначениеРасшифровкаЗначение

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.

protransformatory.ru

Расчет потерь электроэнергии в силовом трансформаторе

Полный текст статьи

Аннотация. Статья посвящена анализу расчета потерь в двухобмоточном силовом трансформаторе. Авторы предлагают также практическую реализацию методики расчета потерь трансформатора в MSExcel.Ключевые слова: силовой двухобмоточный трансфо

xn--90adflmiialse2m.xn--p1ai

Лабораторная рбота №7 «Расчет потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе»

Владимир 2014

Цель работы: подробно рассмотреть и научиться выполнять расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе.

Краткая теоретическая справка:

Передача электрической энергии от источников питания к потребителям связана с потерей части мощности и энергии в системе электроснабжения (трансформаторах, линиях, реакторах). Эти потери определяются током, протекающим по линии, и величиной передаваемого напряжения. Применение повышенного напряжения в электрических сетях, например 10 кВ (вместо 6 кВ), а также глубокого ввода напряжения 35 кВ и выше значительно снижает потери мощности и электроэнергии. Этому также способствует повышение коэффициента мощности.

Следует подчеркнуть, что потери в трансформаторах определяются также числом часов их работы, поэтому одним из условий, обеспечивающих экономию электроэнергии в трансформаторах, является отключение их при малых загрузках. Это возможно осуществить, если в ночное (не рабочее) время питать электроустановки, предназначенные для ремонтных работ, дежурного освещения и пр., от одного трансформатора. Питание указанных потребителей при этом обеспечивается наличием перемычек на низшем напряжении между цеховыми подстанциями.

Другим условием экономии электроэнергии в трансформаторах является установление рационального режима работы включенных трансформаторов, что обеспечивается установлением оптимального коэффициента загрузки, зависящего от соотношения между активными и реактивными составляющими потерь.

Следовательно, умение правильно рассчитать потери во всех звеньях системы электроснабжения, выявить определяющие их составляющие и установить основные направления по снижению потерь и экономии электроэнергии - основное условие правильного проектирования и эксплуатации электрической сети.

Задание:

Выполнить расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе для нескольких (не менее 3-х) трансформаторов из таблицы приложения;
Проанализировать полученные результаты по итогам расчета;
На основании данных анализа выбрать один с наименьшими потерями мощности, наименьшими потерями электроэнергии и с наименьшей стоимостью потерь, сделав соответствующий вывод о целесообразности использования выбранного трансформатора.

Типы трансформаторов по вариантам:

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Трансформаторы	1,3,5	2,4,6	3,5,7	4,6,8	5,7,9	6,8,10	1,4,7	2,5,8	3,6,9	4,7,10

Пример выполнения расчета потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе, выполненный аналитическим методом:

*. Расчет потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе

Общую величину потерь активной мощности в трансформаторе определяют по формуле

, (*.1)

где – паспортные потери холостого хода трансформатора, кВт;

–паспортные потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

–коэффициент загрузки силового трансформатора.

По формуле (*.1)

кВт.

Общую величину потерь реактивной мощности в трансформаторе определяют по формуле

, (*.2)

где – паспортный ток холостого хода трансформатора, %;

–паспортное напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

–номинальная мощность трансформатора, кВ∙А.

По формуле (*.2)

= кВт.

Полные потери мощности в трансформаторе определяются по формуле:

(*.3)

кВ∙А.

Потери активной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

, (*.4)

где – число часов работы трансформатора в году, час;

–время максимальных потерь, условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий непрерывно, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии за год:

(*.5)

где ТМ – время использования максимума нагрузки, условное число часов, в течение которых работа с максимальной нагрузкой передает за год столько энергии, сколько при работе по действительному графику, час.

С учетом известного ТМ:

час.

По формуле (*.4):

кВт·час.

Потери реактивной энергии в трансформаторе определяются по формуле:

. (*.6)

квар·час.

Полные потери элеткроэнергии в трансформаторе определяются по формуле:

(*.7)

кВ∙А.

Стоимость потерь С активной электроэнергии в трансформаторе определяется по формуле:

, (*.8)

где C0 – средняя стоимость 1 кВт∙часа электроэнергии, руб/кВт∙час.

руб/кВт∙час.

Результаты расчета сведены в табл. *.1.

Таблица *.1

Результаты расчета потерь мощности и электроэнергии в силовом трансформаторе:

Параметр	Размерность	Значение
Номинальная мощность трансформатора (Sном)	кВА	400
Активные потери холостого хода трансформатора (Pхх)	кВт	0,9
Активные потери короткого замыкания трансформатора (Pкз)	кВт	5,5
Ток холостого хода трансформатора (Iхх)	%	1,8
Напряжение короткого замыкания (Uкз)	%	4,5
Коэффициент загрузки трансформатора (Kз)	-	0,8
Временя максимума нагрузки (Тм)	час	4500
Число часов работы трансформатора в году (Tг)	час	8760
Средний тариф на активную электроэнергию (Co)	руб/кВт·час	1,96
Значение потерь активной мощности в трансформаторе (Pт)	кВт	4,42
Значение потерь реактивной мощности в трансформаторе (Qт)	кВар	25,20
Значение полных потерь мощности в трансформаторе (Sт)	кВА	25,58
Значение времени максимальных потерь ()- условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий непрерывно, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии за год.	час	2886,21
Годовое значение потерь активной энергии в трансформаторе (Waт)	кВт·час	18043,46
Годовое значение потерь реактивной энергии в трансформаторе (Wрт)	кВар·час	115023,78
Годовое значение полных потерь энергии в трансформаторе (Wт)	кВ∙А·час	116430,39
Годовая стоимость потерь активной энергии в трансформаторе (С)	руб/год	225446,60

Контрольные вопросы:

С каким негативным фактом может быть связана передача электрической энергии от источников питания к потребителям?
Чем определяются потери части мощности и энергии в системе электроснабжения?
Что способствует снижению потерь мощности и электроэнергии?
Какие существуют условия экономии электроэнергии в трансформаторах?
Назовите основные условия правильного проектирования и эксплуатации электрической сети?

Литература:

Конюхова Е.А. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. М., Издательство МЭИ, 2000.- 36с.
Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М., Энергоатомиздат, 1989.- 608с.
Гольстрем Б.А., Иваненко А.С. Справочник энергетика промышленных предприятий. Киев, Издательство “Техника”, 1977.- 464с.
Рожкова Л.Д, Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. М., Энергоатомиздат, 1987.- 648с.

Приложение

Тип трансформатора	Мощность, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Схема соединения	Pхх, кВт	Pк вн-нн, кВт	Iхх, %	Uк вн-нн, %
ТСЗА-400/10/0.4	400	10	0.4	Д/Ун-11	1. 3	5.4	1.8	5.5
ТНЭЗ-400/10/0.4	400	10	0.4	Д/Ун-11	0.97	4.5	0.7	4.3
ТМГ-400/10/0.4	400	10	0.4	У/УН -0	0.83	5.4	1.1	4.5
ТМ-400/10/0,4	400	10	0.4	Y/Yн-0	0.95	5.5	2.1	4.5
ТМ-400/10/0,4	400	10	0.4	Y/Yн-0	0.9	5.5	1.5	4.5
ТМЗ-400/10/0,4	400	10	0.4	Y/Yн-0	0.95	5.5	2.1	4.5
ТСЗ-400/10/0,4	400	10	0.4	Y/Yн-0	1.3	5.4	1.8	5.5
ТМ-400	400	10	0.4	У/Ун-0	0.83	5.5	-	-
ТМ-400	400	10	0.4	Д/Ун-11	0.83	5.5	-	-
ТМ-400	400	10	0.4	Ун/Д-11	0.83	5.5	-	-
Тип трансформатора	Мощность, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Схема соединения	Pхх, кВт	Pк вн-нн, кВт	Iхх, %	Uк вн-нн, %

«Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра электротехники и электроэнергетики

studfiles.net