變壓器損耗計(jì)算
簡(jiǎn)介： 負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)越高，為達(dá)到損耗電能越小，要選用損耗比越小的變壓器；負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)越低，為達(dá)到損耗電能越小，要選用損耗比越大的變壓器。 將負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)乘以一個(gè)大于1的倍數(shù)，通?？扇?-1.3，作為獲得最佳效率的負(fù)載系數(shù)，然后按βb＝（1/R）1/2計(jì)算變壓器應(yīng)具備的損耗比。
關(guān)鍵字：變壓器
1、 變壓器損耗計(jì)算公式
（１）有功損耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１）
（２）無功損耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２）
（３）綜合功率損耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）
Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ
式中：Ｑ０——空載無功損耗（ｋｖａｒ）
?。校啊蛰d損耗（ｋＷ）
ＰＫ——額定負(fù)載損耗（ｋＷ）
ＳＮ——變壓器額定容量（ｋＶＡ）
Ｉ０％——變壓器空載電流百分比。
ＵＫ％——短路電壓百分比
β ——平均負(fù)載系數(shù)
ＫＴ——負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)
ＱＫ——額定負(fù)載漏磁功率（ｋｖａｒ）
ＫＱ——無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（ｋＷ／ｋｖａｒ）
上式計(jì)算時(shí)各參數(shù)的選擇條件：
（１）取ＫＴ＝１.０５；
（２）對(duì)城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的６ｋＶ～１０ｋＶ降壓變壓器取系統(tǒng)最小負(fù)荷時(shí)，其無功當(dāng)量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；
（３）變壓器平均負(fù)載系數(shù)，對(duì)于農(nóng)用變壓器可取β＝２０％；對(duì)于工業(yè)企業(yè)，實(shí)行三班制，可取β＝７５％；
（４）變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)Ｔ＝８７６０ｈ，最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)：ｔ＝５５００ｈ；
（５）變壓器空載損耗Ｐ０、額定負(fù)載損耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，見產(chǎn)品資料所示。
2、變壓器損耗的特征
Ｐ０——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(shù)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(fù)載損耗，主要是負(fù)載電流通過繞組時(shí)在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負(fù)載電流而變化，與負(fù)載電流的平方成正比；（并用標(biāo)準(zhǔn)線圈溫度換算值來表示）。
負(fù)載損耗還受變壓器溫度的影響，同時(shí)負(fù)載電流引起的漏磁通會(huì)在繞組內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產(chǎn)生雜散損耗。
變壓器的全損耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC
變壓器的損耗比=ＰC /Ｐ０
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(cè)輸出功率。
3、變壓器節(jié)能技術(shù)推廣
1） 推廣使用低損耗變壓器；
（１）鐵芯損耗的控制
變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi)，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來的損耗。
最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產(chǎn)生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產(chǎn)生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構(gòu)成。
１９００年左右，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導(dǎo)磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經(jīng)多次改進(jìn)，用０．３５ｍｍ厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。
近年來世界各國(guó)都在積極研究生產(chǎn)節(jié)能材料，變壓器的鐵芯材料已發(fā)展到現(xiàn)在最新的節(jié)能材料——非晶態(tài)磁性材料如２６０５Ｓ２，非晶合金鐵芯變壓器便應(yīng)運(yùn)而生。使用２６０５Ｓ２制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的１／５，鐵損大幅度降低。
（2）變壓器系列的節(jié)能效果
上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點(diǎn)，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的１／５，且全密封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。
我國(guó)Ｓ７系列變壓器是１９８０年后推出的變壓器，其效率較ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ、ＳＬ１系列的變壓器高，其負(fù)載損耗也較高。
８０年代中期又設(shè)計(jì)生產(chǎn)出Ｓ９系列變壓器，其價(jià)格較Ｓ７系列平均高出２０％，空載損耗較Ｓ７系列平均降低８％，負(fù)載損耗平均降低２４％，并且國(guó)家已明令在１９９８年底前淘汰Ｓ７、ＳＬ７系列，推廣應(yīng)用Ｓ９系列。
S11是目前推廣應(yīng)用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結(jié)構(gòu)。硅鋼片連續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。 連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。運(yùn)行時(shí)的噪音水平降低到30～45dB，保護(hù)了環(huán)境。
非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器系列的空載損耗較Ｓ９系列降低７５％左右，但其價(jià)格僅比Ｓ９系列平均高出３０％，其負(fù)載損耗與Ｓ９系列變壓器相等。
2） 選擇與負(fù)載曲線相匹配的變壓器
案例分析：配電變壓器的容量選擇
A、按變壓器效率最高時(shí)的負(fù)荷率βM來選擇容量
當(dāng)建筑物的計(jì)算負(fù)荷確定后，配電變壓器的總裝機(jī)容量為：
S＝Pjs/βb×cosφ2(KVA) (1)
式中Pjs——建筑物的有功計(jì)算負(fù)荷KW；
cosφ2——補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)，不小于0.9；
βb——變壓器的負(fù)荷率。
因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負(fù)荷率βb。
我們知道，當(dāng)變壓器的負(fù)荷率為：
βb＝βm＝（1/R）1/2時(shí)效率最高。 (2)
R = PKH / Po （即變壓器損耗比）
式中 Po——變壓器的空載損耗；
PKH ——變壓器的額定負(fù)載損耗，或稱銅損、短路損耗。
以國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器為例，其最佳負(fù)荷率計(jì)算如下：
表 國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器最佳負(fù)荷率βm
容量(千伏安)
500
630
800
1000
1250
1600
空載損耗(瓦)
1850
2100
2400
2800
3350
3950
負(fù)載損耗(瓦)
4850
5650
7500
9200
11000
13300
損耗比R
2.62
2.69
3.13
3.20
3.28
3.37
最佳負(fù)荷率βm%
61.8
61.0
56.6
55.2
55.2
54.5
由表可見，如果以βm來計(jì)算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負(fù)荷P30的統(tǒng)計(jì)值，例如民用建筑的用電大部分時(shí)間實(shí)際負(fù)荷均小于計(jì)算負(fù)荷Pjs，如果按βm計(jì)算變壓器容量則不可能使變壓器運(yùn)行在最高效率βm上，這樣不僅不能節(jié)約電能且運(yùn)行在低β值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負(fù)荷率βm來計(jì)算變壓器的容量是不合理的。
B、按變壓器的年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率βj計(jì)算容量
由于實(shí)際負(fù)荷總在變化，無法精確計(jì)算出變壓器的電能損耗。然而對(duì)于某類電力用戶，它的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)可依據(jù)同類用戶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來近似計(jì)算。
變壓器的年有功電能損耗可按下式估算
△Wb＝PoTb+PKH(Sjs/S2e)² τ＝PoTb+ PKHβ² τ (3)
式中 β——計(jì)算負(fù)荷率，等于變壓器的計(jì)算視在容量Sjs與額定容量Seb之比
Tb——變壓器年投運(yùn)時(shí)間
τ——年最大負(fù)荷損耗時(shí)間，可由年最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)T m查Tm-τ關(guān)系曲線。
用戶電力負(fù)荷消耗的年有功能為：
W＝βSebcosφTm (4)
則變壓器的年有功電能消耗率為：
△W%＝ △Wb/W＝（PoTb+PKHβ² τ）/βSebcosφTm (5)
令 d△W%dβ ＝0
求出變壓器年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率βj；
βj＝（PoTb/ PKHτ）1/2＝（Tb/τ）1/2 * βM (6)
即配電變壓器按照節(jié)能負(fù)荷率βj計(jì)算容量時(shí)，其年有功電能損耗率最小。
由式(6)可見，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率與年最大負(fù)荷損耗時(shí)間有關(guān)，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所對(duì)應(yīng)的τ值，對(duì)于高層民用建筑還沒有這方面的統(tǒng)計(jì)資料，可參考工業(yè)企業(yè)的類似資料。Tb按7500h，而根據(jù)高層民用建筑的不同功能，τ值在2300-4500范圍內(nèi)選取，因此βj=(1.3-1.8)βM。從表(1)干式變壓器的最佳負(fù)荷率βM值，可求出節(jié)能負(fù)荷率βj。
對(duì)于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時(shí)間均處于輕載，其電力負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)，相當(dāng)于工業(yè)企業(yè)的單班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率βj=0.85-0.98；
對(duì)于高層賓館及高層建
關(guān)鍵字：變壓器
1、 變壓器損耗計(jì)算公式
（１）有功損耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１）
（２）無功損耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２）
（３）綜合功率損耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）
Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ
式中：Ｑ０——空載無功損耗（ｋｖａｒ）
?。校啊蛰d損耗（ｋＷ）
ＰＫ——額定負(fù)載損耗（ｋＷ）
ＳＮ——變壓器額定容量（ｋＶＡ）
Ｉ０％——變壓器空載電流百分比。
ＵＫ％——短路電壓百分比
β ——平均負(fù)載系數(shù)
ＫＴ——負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)
ＱＫ——額定負(fù)載漏磁功率（ｋｖａｒ）
ＫＱ——無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（ｋＷ／ｋｖａｒ）
上式計(jì)算時(shí)各參數(shù)的選擇條件：
（１）取ＫＴ＝１.０５；
（２）對(duì)城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的６ｋＶ～１０ｋＶ降壓變壓器取系統(tǒng)最小負(fù)荷時(shí)，其無功當(dāng)量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；
（３）變壓器平均負(fù)載系數(shù)，對(duì)于農(nóng)用變壓器可取β＝２０％；對(duì)于工業(yè)企業(yè)，實(shí)行三班制，可取β＝７５％；
（４）變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)Ｔ＝８７６０ｈ，最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)：ｔ＝５５００ｈ；
（５）變壓器空載損耗Ｐ０、額定負(fù)載損耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，見產(chǎn)品資料所示。
2、變壓器損耗的特征
Ｐ０——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(shù)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(fù)載損耗，主要是負(fù)載電流通過繞組時(shí)在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負(fù)載電流而變化，與負(fù)載電流的平方成正比；（并用標(biāo)準(zhǔn)線圈溫度換算值來表示）。
負(fù)載損耗還受變壓器溫度的影響，同時(shí)負(fù)載電流引起的漏磁通會(huì)在繞組內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產(chǎn)生雜散損耗。
變壓器的全損耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC
變壓器的損耗比=ＰC /Ｐ０
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(cè)輸出功率。
3、變壓器節(jié)能技術(shù)推廣
1） 推廣使用低損耗變壓器；
（１）鐵芯損耗的控制
變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi)，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來的損耗。
最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產(chǎn)生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產(chǎn)生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構(gòu)成。
１９００年左右，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導(dǎo)磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經(jīng)多次改進(jìn)，用０．３５ｍｍ厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。
近年來世界各國(guó)都在積極研究生產(chǎn)節(jié)能材料，變壓器的鐵芯材料已發(fā)展到現(xiàn)在最新的節(jié)能材料——非晶態(tài)磁性材料如２６０５Ｓ２，非晶合金鐵芯變壓器便應(yīng)運(yùn)而生。使用２６０５Ｓ２制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的１／５，鐵損大幅度降低。
（2）變壓器系列的節(jié)能效果
上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點(diǎn)，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的１／５，且全密封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。
我國(guó)Ｓ７系列變壓器是１９８０年后推出的變壓器，其效率較ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ、ＳＬ１系列的變壓器高，其負(fù)載損耗也較高。
８０年代中期又設(shè)計(jì)生產(chǎn)出Ｓ９系列變壓器，其價(jià)格較Ｓ７系列平均高出２０％，空載損耗較Ｓ７系列平均降低８％，負(fù)載損耗平均降低２４％，并且國(guó)家已明令在１９９８年底前淘汰Ｓ７、ＳＬ７系列，推廣應(yīng)用Ｓ９系列。
S11是目前推廣應(yīng)用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結(jié)構(gòu)。硅鋼片連續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。 連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。運(yùn)行時(shí)的噪音水平降低到30～45dB，保護(hù)了環(huán)境。
非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器系列的空載損耗較Ｓ９系列降低７５％左右，但其價(jià)格僅比Ｓ９系列平均高出３０％，其負(fù)載損耗與Ｓ９系列變壓器相等。
2） 選擇與負(fù)載曲線相匹配的變壓器
案例分析：配電變壓器的容量選擇
A、按變壓器效率最高時(shí)的負(fù)荷率βM來選擇容量
當(dāng)建筑物的計(jì)算負(fù)荷確定后，配電變壓器的總裝機(jī)容量為：
S＝Pjs/βb×cosφ2(KVA) (1)
式中Pjs——建筑物的有功計(jì)算負(fù)荷KW；
cosφ2——補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)，不小于0.9；
βb——變壓器的負(fù)荷率。
因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負(fù)荷率βb。
我們知道，當(dāng)變壓器的負(fù)荷率為：
βb＝βm＝（1/R）1/2時(shí)效率最高。 (2)
R = PKH / Po （即變壓器損耗比）
式中 Po——變壓器的空載損耗；
PKH ——變壓器的額定負(fù)載損耗，或稱銅損、短路損耗。
以國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器為例，其最佳負(fù)荷率計(jì)算如下：
表 國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器最佳負(fù)荷率βm
容量(千伏安)
500
630
800
1000
1250
1600
空載損耗(瓦)
1850
2100
2400
2800
3350
3950
負(fù)載損耗(瓦)
4850
5650
7500
9200
11000
13300
損耗比R
2.62
2.69
3.13
3.20
3.28
3.37
最佳負(fù)荷率βm%
61.8
61.0
56.6
55.2
55.2
54.5
由表可見，如果以βm來計(jì)算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負(fù)荷P30的統(tǒng)計(jì)值，例如民用建筑的用電大部分時(shí)間實(shí)際負(fù)荷均小于計(jì)算負(fù)荷Pjs，如果按βm計(jì)算變壓器容量則不可能使變壓器運(yùn)行在最高效率βm上，這樣不僅不能節(jié)約電能且運(yùn)行在低β值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負(fù)荷率βm來計(jì)算變壓器的容量是不合理的。
B、按變壓器的年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率βj計(jì)算容量
由于實(shí)際負(fù)荷總在變化，無法精確計(jì)算出變壓器的電能損耗。然而對(duì)于某類電力用戶，它的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)可依據(jù)同類用戶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來近似計(jì)算。
變壓器的年有功電能損耗可按下式估算
△Wb＝PoTb+PKH(Sjs/S2e)² τ＝PoTb+ PKHβ² τ (3)
式中 β——計(jì)算負(fù)荷率，等于變壓器的計(jì)算視在容量Sjs與額定容量Seb之比
Tb——變壓器年投運(yùn)時(shí)間
τ——年最大負(fù)荷損耗時(shí)間，可由年最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)T m查Tm-τ關(guān)系曲線。
用戶電力負(fù)荷消耗的年有功能為：
W＝βSebcosφTm (4)
則變壓器的年有功電能消耗率為：
△W%＝ △Wb/W＝（PoTb+PKHβ² τ）/βSebcosφTm (5)
令 d△W%dβ ＝0
求出變壓器年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率βj；
βj＝（PoTb/ PKHτ）1/2＝（Tb/τ）1/2 * βM (6)
即配電變壓器按照節(jié)能負(fù)荷率βj計(jì)算容量時(shí)，其年有功電能損耗率最小。
由式(6)可見，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率與年最大負(fù)荷損耗時(shí)間有關(guān)，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所對(duì)應(yīng)的τ值，對(duì)于高層民用建筑還沒有這方面的統(tǒng)計(jì)資料，可參考工業(yè)企業(yè)的類似資料。Tb按7500h，而根據(jù)高層民用建筑的不同功能，τ值在2300-4500范圍內(nèi)選取，因此βj=(1.3-1.8)βM。從表(1)干式變壓器的最佳負(fù)荷率βM值，可求出節(jié)能負(fù)荷率βj。
對(duì)于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時(shí)間均處于輕載，其電力負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)，相當(dāng)于工業(yè)企業(yè)的單班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率βj=0.85-0.98；
對(duì)于高層賓館及高層建
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