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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：5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)，對于農(nóng)用變壓器可取β＝20%；對于工業(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%，見產(chǎn)品出廠資料所示。

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）對連續(xù)供電的用戶，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，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)對分接電壓與電壓波形、測量系統(tǒng)的精度、測試儀表與測試設(shè)備卻不予注意。對損耗的計(jì)算值、標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)測值、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電壓波形中所含諧波分量，二是用簡便辦法，用平均值電壓表，但刻度為有效值的電壓表測電壓，并與有效值電壓表讀數(shù)對比，二者差別大于3%時(shí)，說明電壓波形不是正弦波，測出的空載損耗，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)是無效了。

對測量系統(tǒng)而言，必須選合適的測試線路，選合適的測試設(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孔，工藝上采用不疊上鐵軛工藝，制造廠都在發(fā)展低損耗變壓器，尤其空載損耗已在大幅度地下降。因此對測量系統(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)小就要求制造廠改變和改造測量系統(tǒng)。宜用三瓦特表法測，選用0.05-0.1級互感器，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)會引起功率誤差2.9%。所以，在實(shí)際測量時(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，這會導(dǎo)致實(shí)測結(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)算值只對設(shè)計(jì)員或設(shè)計(jì)科內(nèi)有效，沒有法律效應(yīng)，不能用計(jì)算值來判斷產(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。如有損耗評價(jià)制度時(shí)，一般在合同上會指出，尤其出口產(chǎn)品，超過規(guī)定損耗值要罰款，空載損耗的罰款，歐洲各國的損耗評價(jià)值可參見《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。

對實(shí)測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)測值要換算到額定條件，并要有足夠的精度。對空載損耗的實(shí)測值而言，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為負(fù)載損耗。

算法如下：

負(fù)載損耗=的一對繞組的電阻損耗+附加損耗
附加損耗=繞組渦流損耗+并繞導(dǎo)線的環(huán)流損耗+雜散損耗+引線損耗
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：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線圈電阻上的損耗，前者稱為鐵損后者稱為銅損。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)，對常用的硅鋼片，當(dāng)Bm=(1.0～1.6)韋/米2時(shí)，n≈2，對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，假定初級感應(yīng)電勢為E1（伏），則：E1=KfBm
K為比例常數(shù)，由初級匝數(shù)及鐵芯截面積而定。
由于初級漏阻抗壓降很小，若忽略不計(jì)，則E1=U1

可見，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，故空載損耗又稱不變損耗。如果電壓波動，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)荷大小無關(guān)。

六

干式變壓器重量及參數(shù)

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