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變壓器空載損耗、負(fù)載損耗以及阻抗電壓的計(jì)算

閱讀：687發(fā)布時(shí)間：2025-3-16

變壓器的損失電量分為鐵損和銅損，鐵損又叫空載損耗，就是其固定損耗，實(shí)是鐵芯所產(chǎn)生的損耗(也稱(chēng)鐵芯損耗，而銅損也叫負(fù)荷損耗）。

一

變壓器損耗計(jì)算公式

(1)有功損耗：ΔP＝Po＋KT β² Pk

(2)無(wú)功損耗：ΔQ＝Qo＋KT β² Qk

(3)綜合功率損耗：ΔPz＝ΔP＋KQΔQ

Qo≈Io%Sn，Qk≈Uk%Sn

式中：Qo——空載無(wú)功損耗(kvar)

Po——空載損耗(kW)

Pk——額定負(fù)載損耗(kW)

Sn——變壓器額定容量(kVA)

Uk%——短路電壓百分比

β ——負(fù)載系數(shù)，為負(fù)載電流與額定電流之比。

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(wú)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(wú)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，負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)：t＝5500h；

(5)變壓器空載損耗Po、額定負(fù)載損耗Pk、Io%、Uk%，見(jiàn)產(chǎn)品出廠(chǎng)資料所示。

二

變壓器損耗的特征

Po——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；與磁通密度的磁滯系數(shù)的次方成正比。

渦流損耗與頻率、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(guò)繞組時(shí)在電阻上的損耗，一般稱(chēng)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(xiàn)圈溫度換算值來(lái)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=Po+Pc

變壓器的損耗比=Pc /Po

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。

三

變損電量的計(jì)算

變壓器的損失電量有鐵損和銅損兩部分組成。鐵損與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，銅損與負(fù)荷大小有關(guān)。因此，應(yīng)分別計(jì)算損失電量。

1、鐵損電量的計(jì)算：不同型號(hào)和容量的鐵損電量，計(jì)算公式是：鐵損電量（千瓦時(shí)）=空載損耗（千瓦）×供電時(shí)間（小時(shí)）

配變的空載損耗（鐵損），由附表查得，供電時(shí)間為變壓器的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，按以下原則確定：
（1）對(duì)連續(xù)供電的用戶(hù)，全月按720小時(shí)計(jì)算。
（2）由于電網(wǎng)原因間斷供電或限電拉路，按變電站向用戶(hù)實(shí)際供電小時(shí)數(shù)計(jì)算，不得以難計(jì)算為由，仍按全月運(yùn)行計(jì)算，變壓器停電后，自墜熔絲管交供電站的時(shí)間，在計(jì)算鐵損時(shí)應(yīng)予扣除。
（3）變壓器低壓側(cè)裝有積時(shí)鐘的用戶(hù)，按積時(shí)鐘累計(jì)的供電時(shí)間計(jì)算。

2、銅損電量的計(jì)算：當(dāng)負(fù)載率為40%及以下時(shí)，按全月用電量（以電能表讀數(shù)）的2%計(jì)收，計(jì)算公式：銅損電量（千瓦時(shí)）=月用電量（千瓦時(shí)）×2%
因?yàn)殂~損與負(fù)荷電流（電量）大小有關(guān)，當(dāng)配變的月平均負(fù)載率超過(guò)40%時(shí)，銅損電量應(yīng)按月用電量的3%計(jì)收。負(fù)載率為40%時(shí)的月用電量，由附表查的。負(fù)載率的計(jì)算公式為：負(fù)載率=抄見(jiàn)電量/S．Ｔ．Cos￠
式中：S——配變的額定容量（千伏安）；T——全月日歷時(shí)間、取720小時(shí)；COS￠——功率因數(shù)，取0.80。
電力變壓器的變損可分為銅損和鐵損。銅損一般在０.５％。鐵損一般在5~7％。干式變壓器的變損比油侵式要小。合計(jì)變損：０.５+6=６.５計(jì)算方法：1000KVA×６.５％=６５KVA
６５KVA×２４小時(shí)×３６５天＝５６９４００ＫＷＴ（度）

變壓器上的標(biāo)牌都有具體的數(shù)據(jù)。

四

變壓器空載損耗

空載損耗指變壓器二次側(cè)開(kāi)路，一次側(cè)加額率與額定電壓的正弦波電壓時(shí)變壓器所吸取的功率。一般只注意額定頻率與額定電壓，有時(shí)對(duì)分接電壓與電壓波形、測(cè)量系統(tǒng)的精度、測(cè)試儀表與測(cè)試設(shè)備卻不予注意。對(duì)損耗的計(jì)算值、標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)測(cè)值、保證值又混淆了。

如將電壓加在一次側(cè)，且有分接時(shí)，如變壓器是恒磁通調(diào)壓，所加電壓應(yīng)是相應(yīng)接電源的分接位臵的分接電壓。如是變磁通調(diào)壓，因每個(gè)分接位臵時(shí)空載損耗都不相同，必須根據(jù)技術(shù)條件要求，選取正確的分接位臵，施加規(guī)定的額定電壓，因?yàn)樵谧兇磐ㄕ{(diào)壓時(shí)，一次側(cè)始終加一個(gè)電壓于各個(gè)分接位置。

一般要求施加電壓的波形必須為近似正弦波形。所以，一是用諧波分析儀測(cè)電壓波形中所含諧波分量，二是用簡(jiǎn)便辦法，用平均值電壓表，但刻度為有效值的電壓表測(cè)電壓，并與有效值電壓表讀數(shù)對(duì)比，二者差別大于3%時(shí)，說(shuō)明電壓波形不是正弦波，測(cè)出的空載損耗，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)是無(wú)效了。

對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言，必須選合適的測(cè)試線(xiàn)路，選合適的測(cè)試設(shè)備與儀表。因?yàn)閷?dǎo)磁材料的發(fā)展，每公斤損耗的瓦數(shù)在大幅度下降，制造廠(chǎng)都選用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁晶粒取向硅鋼片或甚至選用非晶合金作為導(dǎo)磁材料，結(jié)構(gòu)上又發(fā)展了諸如階梯接縫與全斜無(wú)孔，工藝上采用不疊上鐵軛工藝，制造廠(chǎng)都在發(fā)展低損耗變壓器，尤其空載損耗已在大幅度地下降。因此對(duì)測(cè)量系統(tǒng)提出新的要求。容量不變，空載損耗下降是意味著空載時(shí)變壓器功率因數(shù)的下降，功率因數(shù)小就要求制造廠(chǎng)改變和改造測(cè)量系統(tǒng)。宜用三瓦特表法測(cè)，選用0.05-0.1級(jí)互感器，選用犄低功率因數(shù)的瓦特表，只有這樣，才能保證測(cè)量精度。在功率因數(shù)為0.01時(shí)，互感器的相位差為1分時(shí)會(huì)引起功率誤差2.9%。所以，在實(shí)際測(cè)量時(shí)還要正確選擇電流互感器與電壓互感器的電流比與電壓比。實(shí)際電流遠(yuǎn)小于電流互感器所接的電流時(shí)，電流互感器的相位差與電流誤差越大，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)結(jié)果有較大的誤差，所以，變壓器吸取的電流應(yīng)接近于電流互感器的額定電流。

另外，在設(shè)計(jì)中根據(jù)規(guī)定程序，參照所選用硅鋼片的單位損耗與工藝系數(shù)所算得的空載損耗，一般叫計(jì)算值。這個(gè)值要與標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值或與合同中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值或保證值對(duì)比。計(jì)算值必須小于標(biāo)準(zhǔn)值或保證值，不能在計(jì)算上吃寬裕度，尤其批量生的變壓器。另外計(jì)算值只對(duì)設(shè)計(jì)員或設(shè)計(jì)科內(nèi)有效，沒(méi)有法律效應(yīng)，不能用計(jì)算值來(lái)判斷產(chǎn)品的損耗水平。而標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值或合同上規(guī)定的保證值是法律效應(yīng)的。超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值加允許偏差，或者叫保證值(保證值等于標(biāo)準(zhǔn)值加允許偏差)的產(chǎn)品即為不合格產(chǎn)品。如有損耗評(píng)價(jià)制度時(shí)，一般在合同上會(huì)指出，尤其出口產(chǎn)品，超過(guò)規(guī)定損耗值要罰款，空載損耗的罰款，歐洲各國(guó)的損耗評(píng)價(jià)值可參見(jiàn)《變壓器》雜志1994年第11期。每千瓦要罰幾千美元。這就是法律效應(yīng)，并與經(jīng)濟(jì)效益直接掛鉤。

對(duì)實(shí)測(cè)值的概念也要正確理解，不是互特表的讀數(shù)(或叫功率轉(zhuǎn)換器的讀數(shù))就是實(shí)測(cè)值要換算到額定條件，并要有足夠的精度。對(duì)空載損耗的實(shí)測(cè)值而言，主要是電源的電壓波形要正弦波，平均值電壓表讀數(shù)與有效值電壓讀數(shù)之差小于3%。

五

空載損耗、負(fù)載損耗、阻抗電壓的計(jì)算

空載損耗：當(dāng)變壓器二次繞組開(kāi)路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時(shí)，所消耗的有功功率稱(chēng)空載損耗。

算法如下：

空載損耗=空載損耗工藝系數(shù)×單位損耗×鐵心

負(fù)載損耗：當(dāng)變壓器二次繞組短路(穩(wěn)態(tài))，一次繞組流通額定電流時(shí)所消耗的有功功率稱(chēng)為負(fù)載損耗。

算法如下：

負(fù)載損耗=的一對(duì)繞組的電阻損耗+附加損耗
附加損耗=繞組渦流損耗+并繞導(dǎo)線(xiàn)的環(huán)流損耗+雜散損耗+引線(xiàn)損耗
阻抗電壓：當(dāng)變壓器二次繞組短路(穩(wěn)態(tài))，一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱(chēng)阻抗電壓Uz。通常Uz以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即uz=(Uz/U1n)*99%
匝電勢(shì)：u=4.44*f*B*At,V
其中：B—鐵心中的磁密，TAt—鐵心有效截面積，平方米
可以轉(zhuǎn)化為變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算常用的公式：
當(dāng)f=50Hz時(shí)：u=B*At/450*10^5,V
當(dāng)f=60Hz時(shí)：u=B*At/375*10^5,V

如果你已知道相電壓和匝數(shù)，匝電勢(shì)等于相電壓除以匝數(shù)變壓器空載損耗計(jì)算-變壓器的空載損耗組成。

空載損耗包括鐵芯中磁滯和渦流損耗及空載電流在初級(jí)線(xiàn)圈電阻上的損耗，前者稱(chēng)為鐵損后者稱(chēng)為銅損。由于空載電流很小，后者可以略去不計(jì)，因此，空載損耗基本上就是鐵損。

影響變壓器空載損耗鐵損的因素很多，以數(shù)學(xué)式表示，則式中

Pn、Pw——表示磁滯損耗和渦流損耗kn、kw——常數(shù)
f——變壓器外施電壓的頻率赫
Bm——鐵芯中磁通密度韋/米2
n——什捷因麥茲常數(shù)，對(duì)常用的硅鋼片，當(dāng)Bm=(1.0～1.6)韋/米2時(shí)，n≈2，對(duì)目前使用的方向性硅鋼片，取2．5～3．5。
根據(jù)變壓器的理論分析，假定初級(jí)感應(yīng)電勢(shì)為E1（伏），則：E1=KfBm
K為比例常數(shù)，由初級(jí)匝數(shù)及鐵芯截面積而定。
由于初級(jí)漏阻抗壓降很小，若忽略不計(jì)，則E1=U1

可見(jiàn)，變壓器空載損耗鐵損與外施電壓有很大關(guān)系如果電壓V為一定值，則變壓器空載損耗鐵損不變，（因?yàn)閒不變），又因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)U1=U1N，故空載損耗又稱(chēng)不變損耗。如果電壓波動(dòng)，則空載損耗即變化。變壓器的鐵損與鐵芯材料及制造工藝有關(guān)，與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。

六

干式變壓器重量及參數(shù)

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