變壓器空載損耗、負載損耗以及阻抗電壓的計算還沒搞懂嗎？

導 讀

變壓器的損失電量分為鐵損和銅損，鐵損又叫空載損耗，就是其固定損耗，實是鐵芯所產生的損耗(也稱鐵芯損耗，而銅損也叫負荷損耗）。

 

一、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%，見產品出廠資料所示。

 

二、變壓器損耗的特征

Po——空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；

磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。

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。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比；(并用標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內產生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產生雜散損耗。

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。

 

三、變損電量的計算

變壓器的損失電量有鐵損和銅損兩部分組成。鐵損與運行時間有關，銅損與負荷大小有關。因此，應分別計算損失電量。

1、鐵損電量的計算：不同型號和容量的鐵損電量，計算公式是：鐵損電量（千瓦時）=空載損耗（千瓦）×供電時間（小時）

配變的空載損耗（鐵損），由附表查得，供電時間為變壓器的實際運行時間，按以下原則確定：

（1）對連續供電的用戶，全月按720小時計算。

（2）由于電網原因間斷供電或限電拉路，按變電站向用戶實際供電小時數計算，不得以難計算為由，仍按全月運行計算，變壓器停電后，自墜熔絲管交供電站的時間，在計算鐵損時應予扣除。

（3）變壓器低壓側裝有積時鐘的用戶，按積時鐘累計的供電時間計算。

2、銅損電量的計算：當負載率為40%及以下時，按全月用電量（以電能表讀數）的2%計收，計算公式：銅損電量（千瓦時）=月用電量（千瓦時）×2%

因為銅損與負荷電流（電量）大小有關，當配變的月平均負載率超過40%時，銅損電量應按月用電量的3%計收。負載率為40%時的月用電量，由附表查的。負載率的計算公式為：負載率=抄見電量/S．Ｔ．Cos￠

式中：S——配變的額定容量（千伏安）；T——全月日歷時間、取720小時；COS￠——功率因數，取0.80。

電力變壓器的變損可分為銅損和鐵損。銅損一般在０.５％。鐵損一般在5~7％。干式變壓器的變損比油侵式要小。合計變損：０.５+6=６.５計算方法：1000KVA×６.５％=６５KVA

６５KVA×２４小時×３６５天＝５６９４００ＫＷＴ（度）

變壓器上的標牌都有具體的數據。

 

四、變壓器空載損耗

空載損耗指變壓器二次側開路，一次側加額率與額定電壓的正弦波電壓時變壓器所吸取的功率。一般只注意額定頻率與額定電壓，有時對分接電壓與電壓波形、測量系統的精度、測試儀表與測試設備卻不予注意。對損耗的計算值、標準值、實測值、保證值又混淆了。

如將電壓加在一次側，且有分接時，如變壓器是恒磁通調壓，所加電壓應是相應接電源的分接位臵的分接電壓。如是變磁通調壓，因每個分接位臵時空載損耗都不相同，必須根據技術條件要求，選取正確的分接位臵，施加規定的額定電壓，因為在變磁通調壓時，一次側始終加一個電壓于各個分接位置。

一般要求施加電壓的波形必須為近似正弦波形。所以，一是用諧波分析儀測電壓波形中所含諧波分量，二是用簡便辦法，用平均值電壓表，但刻度為有效值的電壓表測電壓，并與有效值電壓表讀數對比，二者差別大于3%時，說明電壓波形不是正弦波，測出的空載損耗，根據新標準要求應是無效了。

對測量系統而言，必須選合適的測試線路，選合適的測試設備與儀表。因為導磁材料的發展，每公斤損耗的瓦數在大幅度下降，制造廠都選用優質高導磁晶粒取向硅鋼片或甚至選用非晶合金作為導磁材料，結構上又發展了諸如階梯接縫與全斜無孔，工藝上采用不疊上鐵軛工藝，制造廠都在發展低損耗變壓器，尤其空載損耗已在大幅度地下降。因此對測量系統提出新的要求。容量不變，空載損耗下降是意味著空載時變壓器功率因數的下降，功率因數小就要求制造廠改變和改造測量系統。宜用三瓦特表法測，選用0.05-0.1級互感器，選用犄低功率因數的瓦特表，只有這樣，才能保證測量精度。在功率因數為0.01時，互感器的相位差為1分時會引起功率誤差2.9%。所以，在實際測量時還要正確選擇電流互感器與電壓互感器的電流比與電壓比。實際電流遠小于電流互感器所接的電流時，電流互感器的相位差與電流誤差越大，這會導致實測結果有較大的誤差，所以，變壓器吸取的電流應接近于電流互感器的額定電流。

另外，在設計中根據規定程序，參照所選用硅鋼片的單位損耗與工藝系數所算得的空載損耗，一般叫計算值。這個值要與標準中規定的標準值或與合同中規定的標準值或保證值對比。計算值必須小于標準值或保證值，不能在計算上吃寬裕度，尤其批量生的變壓器。另外計算值只對設計員或設計科內有效，沒有法律效應，不能用計算值來判斷產品的損耗水平。而標準上規定的標準值或合同上規定的保證值是法律效應的。超過標準值加允許偏差，或者叫保證值(保證值等于標準值加允許偏差)的產品即為不合格產品。如有損耗評價制度時，一般在合同上會指出，尤其出口產品，超過規定損耗值要罰款，空載損耗的罰款最高，歐洲各國的損耗評價值可參見《變壓器》雜志1994年第11期。每千瓦要罰幾千美元。這就是法律效應，并與經濟效益直接掛鉤。

對實測值的概念也要正確理解，不是互特表的讀數(或叫功率轉換器的讀數)就是實測值要換算到額定條件，并要有足夠的精度。對空載損耗的實測值而言，主要是電源的電壓波形要正弦波，平均值電壓表讀數與有效值電壓讀數之差小于3%。

 

五、空載損耗、負載損耗、阻抗電壓的計算

空載損耗：當變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時，所消耗的有功功率稱空載損耗。

算法如下：

空載損耗=空載損耗工藝系數×單位損耗×鐵心

負載損耗：當變壓器二次繞組短路(穩態)，一次繞組流通額定電流時所消耗的有功功率稱為負載損耗。

算法如下：

負載損耗=最大的一對繞組的電阻損耗+附加損耗

附加損耗=繞組渦流損耗+并繞導線的環流損耗+雜散損耗+引線損耗

阻抗電壓：當變壓器二次繞組短路(穩態)，一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz。通常Uz以額定電壓的百分數表示，即uz=(Uz/U1n)*100%

匝電勢：u=4.44*f*B*At,V

其中：B—鐵心中的磁密，TAt—鐵心有效截面積，平方米

可以轉化為變壓器設計計算常用的公式：

當f=50Hz時：u=B*At/450*10^5,V

當f=60Hz時：u=B*At/375*10^5,V

如果你已知道相電壓和匝數，匝電勢等于相電壓除以匝數變壓器空載損耗計算-變壓器的空載損耗組成。

空載損耗包括鐵芯中磁滯和渦流損耗及空載電流在初級線圈電阻上的損耗，前者稱為鐵損后者稱為銅損。由于空載電流很小，后者可以略去不計，因此，空載損耗基本上就是鐵損。

影響變壓器空載損耗鐵損的因素很多，以數學式表示，則式中

Pn、Pw——表示磁滯損耗和渦流損耗kn、kw——常數

f——變壓器外施電壓的頻率赫

Bm——鐵芯中最大磁通密度韋/米2

n——什捷因麥茲常數，對常用的硅鋼片，當Bm=(1.0～1.6)韋/米2時，n≈2，對目前使用的方向性硅鋼片，取2．5～3．5。

根據變壓器的理論分析，假定初級感應電勢為E1（伏），則：E1=KfBm（2）

K為比例常數，由初級匝數及鐵芯截面積而定，則鐵損為：  

由于初級漏阻抗壓降很小，若忽略不計，  

E1=U1（4）  

可見，變壓器空載損耗鐵損與外施電壓有很大關系如果電壓V為一定值，則變壓器空載損耗鐵損不變，（因為f不變），又因為正常運行時U1=U1N，故空載損耗又稱不變損耗。如果電壓波動，則空載損耗即變化。變壓器的鐵損與鐵芯材料及制造工藝有關，與負荷大小無關。

 

六、干式變壓器重量及參數