Библиографическое описание:

Васильева Т. Н., Аронов Л. В. Дополнительные потери мощности в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 79-81. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/55/2998/ (дата обращения: 15.12.2017).

В статье проанализированы дополнительные потери в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений. Даны формулы для расчета дополнительных потерь мощности. Представлены зависимости потерь от мощности трансформатора при различных значениях несинусоидальности.

Ключевые слова: несинусоидальность, несимметрия, потери, математическая модель.


В последние годы у населения появилось значительное количество различных однофазных бытовых электроприемников с большим числом и мощностью электродвигателей, электронной техники, компьютеров с преобразовательными устройствами, энергосберегающих люминесцентных ламп и т.д. Они приводят к появлению высших гармонических составляющих токов и напряжений. На современных предприятиях, нагрузки, вольтамперные характеристики которых нелинейны, также получили значительное распространение. К таким нагрузкам относятся, например: тиристорные установки, электросварочные аппараты, электродуговые печи, термические установки сушки продукции, газоразрядные лампы, трансформаторы и т.д. Одновременно с этим, широко используются однофазные потребители: кондиционеры, нагревательные устройства, вентиляторы, ионизаторы воздуха и т.п. Такие электроприемники предъявляют высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. В тоже время они сами оказывают существенное влияние на изменение его показателей и значительно ухудшают их, что приводит к дополнительным потерям мощности.

Трансформаторы также как и конденсаторы, являются статическими устройствами, т.е. сопротивление прямой и обратной последовательности равны между собой. Дополнительные потери мощности оценим по формуле, [1]:

(1)

где K2U – коэффициент несимметрии,

KUn – коэффициент n-й гармоники.

ΔP2ТР – потери короткого замыкания, кВт;

ΔPТР40 – потери короткого замыкания, кВт;

ΔPКЗ – потери короткого замыкания, кВт;

uКЗ – напряжение короткого замыкания, %.

Рассмотрим влияние гармоник на силовые трансформаторы. Из формулы (1), путем исключения из расчета коэффициента несимметрии получаем, что дополнительные потери мощности, обусловленные несинусоидальностью, определяются по формуле:

(2)

а собственные потери мощности, обусловленные конструкцией трансформатора, [2]:

(3)

где ΔPХХ – потери короткого замык холостого хода, кВт.

STном – номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Для удобства и наглядности представления рассчитаем увеличение потерь трансформатора относительно номинальной мощности STном:

На рис. 1. показаны графики потерь рассчитанные для трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА. Потери показаны в процентах от номинальной мощности.

Рис. 1. Дополнительные потери трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА


Согласно ГОСТ 13109-97, нормально допустимое значение искажения кривой напряжения для сетей 6-20 кВ составляет 5% и предельное 8%. При этих искажениях получены значения:


Таблица 1

Дополнительные потери трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА при различном уровне коэффициента гармоник

Трансформатор

Дополнительные потери, % от номинальной мощности

Ku=5%

Ku=8%

ТМ 25-10/0,4

10,43

27,13

ТМ 40-10/0,4

9,44

24,57

ТМ 63-10/0,4

8,81

22,93

ТМ 100-10/0,4

8,57

22,3

ТМ 160-10/0,4

6,82

17,76

ТМ 250-10/0,4

6,34

16,51

ТМ 400-10/0,4

5,67

14,74

ТМ 630-10/0,4

3,32

8,86


Собственные потери трансформаторов из табл. 1., при номинальной нагрузке и cosφ=0,95 составляют около 5% от номинальной мощности. Из этого следует, что потери, обусловленные несинусоидальностью, существенны и могут значительно превышать собственные потери трансформатора. Например для трансформатора марки ТМ 25-10/0,4 дополнительные потери превышаю собственные в 2 раза при Ku=5% и почти в 6 раз при Ku=8%. Для трансформаторов большей мощности эти потери уменьшаются. Из рисунков 2, 3 видно что по мере увеличения номинальной мощности трансформаторов, увеличивается мощность дополнительных потерь, однако в процентном отношении к номинальной мощности дополнительные потери уменьшаются.


Рис. 2. Зависимость дополнительных потерь от мощности трансформатора,
в процентах от номинальной


Рис. 3. Зависимость дополнительных потерь от мощности трансформатора,
в абсолютном исчислении, кВт


При увеличении коэффициента искажения синусоидальности с 5 до 8%, дополнительные потери мощности в трансформаторе 10/0,4 кВ, потери возрастают в 2,6 раза, эта величина не зависит от мощности трансформатора.


Литература:

  1. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях [ Текст ] / А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов. –, Киев, Наукова думка, 1985. – 268 с.
  2. Ежков В.В. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях: Учеб. Пособие для электроэнерг. спец. [ Текст ] / В.В. Ежков, Г.К. Зарудский, Э.Н. Зуев и д.р.; под ред. В.А. Строева. М.: – Высш. шк., 199 – 352 с.
  3. Кузнецов В. Г. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения [ Текст ] / В. Г. Кузнецов, Э. Г. Куренный, А. П. Лютый. – Донецк, Донбасс, 2005 – 248 с.
  4. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. [ Текст ] – М. : Стандартинформ – 2006 – 31 с.

  5. Папаика Ю.А. Определение уровня дополнительных потерь в электрооборудовании промышленных предприятий при несимметрии и несинусоидальности напряжения [ Текст ] / Ю.А. Папаика // Гірнича електромеханіка та автоматика Збірник наукових праць. – 2005. – №75


Основные термины (генерируются автоматически): потери мощности, дополнительные потери, номинальной мощности, потери короткого замыкания, Дополнительные потери мощности, дополнительные потери мощности, кВ номинальной мощностью, потери трансформаторов, мощности трансформатора, дополнительных потерь, мощности дополнительные потери, Дополнительные потери трансформаторов, формировании оптимальных портфелей, номинальной мощности трансформаторов, дополнительных потерь мощности, Собственные потери трансформаторов, собственные потери трансформатора, трансформаторов большей мощности, потери котельного агрегата, дополнительным потерям мощности.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос