变压器损耗的计算公式及方法

变压器损耗的计算公式及方法  

    变压器损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗)，而铜损也叫负荷损耗。

    负载曲线的平均负载系数越高，为达到损耗电能越小，要选用损耗比越小的变压器；负载曲线的平均负载系数越低，为达到损耗电能越小，要选用损耗比越大的变压器。将负载曲线的平均负载系数乘以一个大于1的倍数，通常可取1-1.3，作为获得最佳效率的负载系数，然后按βb＝(1/R)1/2计算变压器应具备的损耗比。

    一、变压器损耗计算公式

    (1)有功损耗：ΔP＝P0＋KTβ^2PK -------（1）

    (2)无功损耗：ΔQ＝Q0＋KTβ^2QK -------（2）

    (3)综合功率损耗：ΔPZ＝ΔP＋KQΔQ----（3）

        Q0≈I0％SN，QK≈UK％SN

    式中：Q0——空载无功损耗(kvar)；

          P0——空载损耗(kW)；

          PK——额定负载损耗(kW)；

          SN——变压器额定容量(kVA)；

          I0％——变压器空载电流百分比；

          UK％——短路电压百分比；

          β——平均负载系数；

          KT——负载波动损耗系数；

          QK——额定负载漏磁功率(kvar)；

          KQ——无功经济当量(kW／kvar)。

    上式计算时各参数的选择条件：

    (1)取KT＝1.05；

    (2)对城市电网和工业企业电网的6kV～10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ＝0．1kW／kvar；

    (3)变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝20％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝75％；

    (4)变压器运行小时数T＝8760h，最大负载损耗小时数：t＝5500h；

    (5)变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK、I0％、UK％，见产品资料所示。

    二、变压器损耗的特征

    P0——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；

    磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。

    涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。

    PC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。

    负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。

    变压器的全损耗ΔP=P0×PC

    变压器的损耗比=PC/P0

    变压器的效率=PZ/（PZΔP），以百分比表示；其中PZ为变压器二次侧输出功率。

    1. 变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。

    (1)铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是：

    铁损电量（千瓦时）=空载损耗（千瓦）×供电时间（小时）  

    配变的空载损耗（铁损），由附表查得，供电时间为变压器的实际运行时间，按以下原则确定：

    (a)对连续供电的用户，全月按720小时计算。

    (b)由于电网原因间断供电或限电拉路，按变电站向用户实际供电小时数计算，不得以难计算为由，仍按全月运行计算，变压器停电后，自坠熔丝管交供电站的时间，在计算铁损时应予扣除。

    (c)变压器低压侧装有积时钟的用户，按积时钟累计的供电时间计算。

    2. 铜损电量的计算：当负载率为40%及以下时，按全月用电量（以电能表读数）的2%计收，计算公式：铜损电量（千瓦时）=月用电量（千瓦时）×2%

    因为铜损与负荷电流（电量）大小有关，当配变的月平均负载率超过40%时，铜损电量应按月用电量的3%计收。负载率为40%时的月用电量，由附表查的。

    负载率的计算公式为：负载率=抄见电量/STCOS￠

    式中：S——配变的额定容量（千伏安）；

          T——全月日历时间、取720小时；

          COS￠——功率因数，取0.80。

    电力变压器的变损可分为铜损和铁损。铜损一般在0.5％。铁损一般在5～7％。干式变压器的变损比油侵式要小。合计变损：0.5+6=6.5。

    计算方法：1000KVA ×6.5％=65KVA

    65KVA×24小时×365天＝568400KWT（度）

    变压器上的标牌都有具体的数据。

    3. 变压器空载损耗

    空载损耗指变压器二次侧开路，一次侧加额率与额定电压的正弦波电压时变压器所吸取的功率。一般只注意额定频率与额定电压，有时对分接电压与电压波形、测量系统的精度、测试仪表与测试设备却不予注意。对损耗的计算值、标准值、实测值、保证值又混淆了。 

    如将电压加在一次侧，且有分接时，如变压器是恒磁通调压，所加电压应是相应接电源的分接位置的分接电压。如是变磁通调压，因每个分接位置时空载损耗都不相同，必须根据技术条件要求，选取正确的分接位置，施加规定的额定电压，因为在变磁通调压时，一次侧始终加一个电压于各个分接位置。 

    一般要求施加电压的波形必须为近似正弦波形。所以，一是用谐波分析仪测电压波形中所含谐波分量，二是用简便办法，用平均值电压表，但刻度为有效值的电压表测电压，并与有效值电压表读数对比，二者差别大于3%时，说明电压波形不是正弦波，测出的空载损耗，根据新标准要求应是无效了。 

    对测量系统而言，必须选合适的测试线路，选合适的测试设备与仪表。因为导磁材料的发展，每公斤损耗的瓦数在大幅度下降，制造厂都选用优质高导磁晶粒取向硅钢片或甚至选用非晶合金作为导磁材料，结构上又发展了诸如阶梯接缝与全斜无孔，工艺上采用不叠上铁轭工艺，制造厂都在发展低损耗变压器，尤其空载损耗已在大幅度地下降。因此对测量系统提出新的要求。容量不变，空载损耗下降是意味着空载时变压器功率因数的下降，功率因数小就要求制造厂改变和改造测量系统。宜用三瓦特表法测，选用0.05-0.1级互感器，选用犄低功率因数的瓦特表，只有这样，才能保证测量精度。在功率因数为0.01时，互感器的相位差为1分时会引起功率误差2.9% 。所以，在实际测量时还要正确选择电流互感器与电压互感器的电流比与电压比。实际电流远小于电流互感器所接的电流时，电流互感器的相位差与电流误差越大，这会导致实测结果有较大的误差，所以，变压器吸取的电流应接近于电流互感器的额定电流。

    另外，在设计中根据规定程序，参照所选用硅钢片的单位损耗与工艺系数所算得的空载损耗，一般叫计算值。这个值要与标准中规定的标准值或与合同中规定的标准值或保证值对比。计算值必须小于标准值或保证值，不能在计算上吃宽裕度，尤其批量生的变压器。另外计算值只对设计员或设计科内有效，没有法律效应，不能用计算值来判断产品的损耗水平。而标准上规定的标准值或合同上规定的保证值是法律效应的。超过标准值加允许偏差，或者叫保证值(保证值等于标准值加允许偏差)的产品即为不合格产品。如有损耗评价制度时，一般在合同上会指出，尤其出口产品，超过规定损耗值要罚款，空载损耗的罚款最高，欧洲各国的损耗评价值可参见《变压器》杂志 1994 年第 11 期。每千瓦要罚几千美元。这就是法律效应，并与经济效益直接挂钩。 

    实测值的概念也要正确理解，不是互特表的读数(或叫功率转换器的读数)就是实测值要换算到额定条件，并要有足够的精度。对空载损耗的实测值而言，主要是电源的电压波形要正弦波，平均值电压表读数与有效值电压读数之差小于3% 。