1. Въведение
За избор, търг и дългосрочна оперативна оценка на 11kVмаслени разпределителни трансформатори, загубите на празен ход и загубите при натоварване са два основни технически параметъра. Те директно определят потреблението на енергия през жизнения цикъл на трансформатора, повишаването на температурата, разхода на електроенергия и класа на енергийна ефективност. Много инженери по доставки и персонал по поддръжката на дистрибуцията са склонни да объркват физическия произход, подходите за изчисление и стандартните граници на тези две категории загуби. Загубите на празен ход са постоянни загуби, генерирани непрекъснато, след като трансформаторът е захранван. Загубите при натоварване са променливи загуби, нарастващи с изходното натоварване. Тази статия систематично обяснява механизма за генериране, формулите за изчисление и процедурите за изпитване за загуби на празен ход и натоварване на 11kV маслени трансформатори. Той също така интерпретира гранични стойности, условия на изпитване и допустими отклонения съгласно основните IEC и GB стандарти, подпомагайки инженерните професионалисти при изчисляване на потреблението на енергия, сравнение на решения и приемане на оборудване.
2. Определение и принцип на загуба на празен ход (загуба в сърцевината)
Загубата на празен ход, известна също като загуба на сърцевина, се отнася до загуба на активна мощност, измерена, когато номиналната честота и номиналното напрежение се прилагат към една намотка, докато другата намотка се поддържа отворена без товар. След като трансформаторът е свързан към мрежата и е магнетизиран, загубите на празен ход непрекъснато консумират енергия 24 часа на ден, независимо от тока на натоварване.
Загубата на празен ход се състои от загуба на хистерезис и загуба на вихров ток. Променливото напрежение периодично магнетизира и демагнетизира желязното ядро. Магнитните домени вътре в листовете от силициева стомана се обръщат многократно и създават топлина от триене, което води до загуба на хистерезис. Променливият магнитен поток индуцира циркулиращи токове вътре в стоманените ламинации, генерирайки загуба на вихров ток. Модерен 11kVмаслени трансформаторишироко приемат студено валцована зърнесто-ориентирана (CRGO) силициева стомана. По-тънките ламинации и оптимизираното отгряване намаляват специфичните загуби в сърцевината. Незначителна загуба на мед във възбудителната намотка по време на изпитване на празен ход е незначителна за инженерните изчисления.
Инженерна формула за загуба на празен ход:
Загубата на празен ход се състои от загуба на хистерезис и загуба на вихров ток. Променливото напрежение периодично магнетизира и демагнетизира желязното ядро. Магнитните домени вътре в листовете от силициева стомана се обръщат многократно и създават топлина от триене, което води до загуба на хистерезис. Променливият магнитен поток индуцира циркулиращи токове вътре в стоманените ламинации, генерирайки загуба на вихров ток. Модерен 11kVмаслени трансформаторишироко приемат студено валцована зърнесто-ориентирана (CRGO) силициева стомана. По-тънките ламинации и оптимизираното отгряване намаляват специфичните загуби в сърцевината. Незначителна загуба на мед във възбудителната намотка по време на изпитване на празен ход е незначителна за инженерните изчисления.
Инженерна формула за загуба на празен ход:
- P0=K0×p0×Gcore
- P0: Загуба на празен ход във ватове
- K0: Коефициент на производство на сърцевината (1,1~1,3, повлиян от ламиниране на фуги и напрежение при обработка)
- p0: Специфична загуба на сърцевина от силициева стомана (W/kg, фабрична стойност на материала)
- Gcore: Общо тегло на ядрото в кг
3. Определение и принцип на загуба на натоварване (загуба на мед)
Загубата на натоварване, обикновено наричана загуба на мед, е променлива загуба, генерирана, когато токът протича през намотките на трансформатора. При стандартни тестове намотката с ниско напрежение е съединена накъсо, докато номиналният ток се инжектира в страната с високо напрежение; загубата на активна мощност се измерва при референтна температура от 75 градуса. Загубата на натоварване включва главно загуба на съпротивление на намотката \\(I^2R\\) и допълнителни загуби на разсейване. Допълнителните загуби включват загуба на вихрови токове в проводници и загуби на бездомни потоци в метални структурни компоненти като резервоари, скоби и рамки на сърцевината.
Загубата на натоварване е пропорционална на квадрата на тока на натоварване. При частично натоварване загубата на натоварване намалява бързо. При пълно натоварване или условия на претоварване, загубата на натоварване нараства рязко и води до значително повишаване на температурата.
4. Спецификации на теста за загуба и стандартна интерпретация
Измерване на загуби за 11kVмаслени трансформаториследва стандартите от серия IEC 60076 за международни проекти. Вътрешните пазари приемат GB1094, GB/T6451 и GB20052 Минимално допустими стойности на енергийна ефективност и степени на енергийна ефективност за силови трансформатори, които са задължителни за рутинни тестове във фабриката и приемане на място.
4.1 IEC 60076 Условия за изпитване
За изпитване на празен ход: приложете номинално напрежение и номинална честота, вторична намотка е отворена. За тест за загуба на натоварване: късо съединение на намотките, инжектиране на номинален ток, преобразуване на измерените резултати в референтна температура от 75 градуса. IEC 60076-19 определя правила за оценка на несигурността при измерване на загуби за фабрична проверка.
4,2 GB гранични стойности и толеранс за приемане
GB/T6451 предоставя еталонни стойности на празен ход и загуба на натоварване за 11kVмаслени разпределителни трансформаторипри различни номинални мощности. GB20052 определя класове на енергийна ефективност клас 1, клас 2 и клас 3. Сериите S11, S13 и S22 показват прогресивни подобрения на ефективността. Моделите S22 с изключително ниски загуби използват висококачествена CRGO стомана за забележително намаляване на загубите на празен ход.
Толеранс на приемане: измерената загуба на празен ход не трябва да надвишава +5% от стандартната стойност; измерената загуба на натоварване не трябва да надвишава +10% от стандартната стойност. Резултатите от изпитването, надвишаващи тези допустими отклонения, се считат за несъответстващи.
4.1 IEC 60076 Условия за изпитване
За изпитване на празен ход: приложете номинално напрежение и номинална честота, вторична намотка е отворена. За тест за загуба на натоварване: късо съединение на намотките, инжектиране на номинален ток, преобразуване на измерените резултати в референтна температура от 75 градуса. IEC 60076-19 определя правила за оценка на несигурността при измерване на загуби за фабрична проверка.
4,2 GB гранични стойности и толеранс за приемане
GB/T6451 предоставя еталонни стойности на празен ход и загуба на натоварване за 11kVмаслени разпределителни трансформаторипри различни номинални мощности. GB20052 определя класове на енергийна ефективност клас 1, клас 2 и клас 3. Сериите S11, S13 и S22 показват прогресивни подобрения на ефективността. Моделите S22 с изключително ниски загуби използват висококачествена CRGO стомана за забележително намаляване на загубите на празен ход.
Толеранс на приемане: измерената загуба на празен ход не трябва да надвишава +5% от стандартната стойност; измерената загуба на натоварване не трябва да надвишава +10% от стандартната стойност. Резултатите от изпитването, надвишаващи тези допустими отклонения, се считат за несъответстващи.
5. Ключови параметри, влияещи върху стойностите на загубите
Загубите на празен ход зависят основно от материала на сърцевината, плътността на магнитния поток и майсторството на подреждане. По-високата плътност на потока увеличава загубата в сърцевината. Висококачествената силиконова стомана намалява специфичните загуби. Неравностите и механичното напрежение по време на рязане и сглобяване на сърцевината увеличават производствения коефициент и увеличават загубите на празен ход.
Загубата на натоварване се определя от материала на намотката, напречното сечение на проводника и контрола на разсеяния поток. Медните намотки имат по-ниско съпротивление от алуминиевите намотки за еднакъв капацитет. По-голямото напречно сечение на проводника намалява съпротивлението, но увеличава материалните разходи и общите размери на трансформатора. Разсеяните допълнителни загуби са критични контролни елементи за по-големи 11kV трансформатори. Дизайнерите прилагат магнитно екраниране и оптимизирано разположение на намотките, за да потиснат разсеяния поток.
Загубата на натоварване се определя от материала на намотката, напречното сечение на проводника и контрола на разсеяния поток. Медните намотки имат по-ниско съпротивление от алуминиевите намотки за еднакъв капацитет. По-голямото напречно сечение на проводника намалява съпротивлението, но увеличава материалните разходи и общите размери на трансформатора. Разсеяните допълнителни загуби са критични контролни елементи за по-големи 11kV трансформатори. Дизайнерите прилагат магнитно екраниране и оптимизирано разположение на намотките, за да потиснат разсеяния поток.
6. Практическо инженерно приложение за параметри на загубите
По време на оценката на търга за 11kVтрансформатори, купувачите трябва не само да сравняват първоначалната покупна цена, но и да извършват анализ на разходите през жизнения цикъл (LCC). Загубите на празен ход продължават 24 часа, което е критично за постоянно захранвани обекти с ниско средно натоварване. Загубите на натоварване варират в зависимост от условията на натоварване и имат голямо значение за разпределителните зони с голямо натоварване през деня и леко натоварване през нощта.
Икономична точка на натоварване възниква, когато загубата на празен ход е равна на загубата на натоварване, като се постига максимална ефективност на трансформатора. Въз основа на параметрите на загубите, инженерите по поддръжката могат да изчислят оптималния работен обхват на натоварване, да координират стратегията за превключване на множество паралелни разпределителни трансформатори и да намалят общото разхищаване на електроенергия от мрежата.
Икономична точка на натоварване възниква, когато загубата на празен ход е равна на загубата на натоварване, като се постига максимална ефективност на трансформатора. Въз основа на параметрите на загубите, инженерите по поддръжката могат да изчислят оптималния работен обхват на натоварване, да координират стратегията за превключване на множество паралелни разпределителни трансформатори и да намалят общото разхищаване на електроенергия от мрежата.
7. Заключение
Загубите на празен ход и загубите на натоварване са основни показатели за оценка на енергийната ефективност и икономичната работа на 11 kVмаслени трансформатори. Загубите на празен ход са постоянни и се определят от основния материал и производствения процес. Загубата на натоварване е променлива, пропорционална на квадрата на тока на натоварване и се определя от съпротивлението на намотката и разсеяния поток. Стандартните формули позволяват бърза оценка на потреблението на енергия. IEC 60076 и GB20052 определят унифицирани тестови среди, гранични стойности и толеранси за приемане. При провеждането на търгове, избора на оборудване и поддръжката на разпределителната мрежа, точното разбиране на тези две категории загуби помага на енергийните инженери да контролират дългосрочните разходи за електроенергия, да избират степени на енергийна ефективност, съответстващи на работните условия и да минимизират оперативните загуби на електроенергийната мрежа.
