Дополнительные потери мощности в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений.

 Васильева Т. Н. Дополнительные потери мощности в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений [Текст] / Т. Н. Васильева, Л. В. Аронов // Технические науки в России и за рубежом: материалы II междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.).  — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 79-81.

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 K_2U – коэффициент несимметрии,

Похожая статья: Дополнительные погрешности гироскопического интегратора линейных ускорений баллистических ракет

K_Un – коэффициент n-й гармоники.

ΔP_2ТР – потери короткого замыкания, кВт;

ΔP_ТР40 – потери короткого замыкания, кВт;

ΔP_КЗ – потери короткого замыкания, кВт;

u_КЗ – 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 ΔP_ХХ – потери короткого замык холостого хода, кВт.

S_Tном – номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

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

На рис. 1. показаны графики потерь рассчитанные для трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью ST_ном= 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 ST_ном= 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 ST_ном= 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.

Анализ статьи:

Текст статьи соответствует заявленной теме. 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. Статья актуальна. В статье приведены различные формулы и графики.

Министерство Науки и Образования Российской Федерации

Казанский Государственный Энергетический Университет

Научно исследовательская практика

на тему

"Экономические режимы работы трансформаторов в условиях современных технологий и материалов".

Выполнил: Мазитов Р.Р.

Группа: ЭПМ-1-13

Проверил: Чураев Р.Р.

Казань 2014