Коэффициент мощности нагрузки трансформатора

Номинальная мощность.

Номинальной мощностью транс­форматора называется мощность, которую он может от­давать длительное время, не перегреваясь свыше допу­стимой температуры. Нормальный срок службы силового трансформатора должен быть не менее 20 лет. Так как нагрев обмоток зависит от величины протекающего по ним тока, в паспорте трансформатора всегда указывают пол­ную мощность S_ном в вольт-амперах или киловольт-ампе­рах.

В зависимости от коэффициента мощности cosφ₂, при котором работают потребители, от трансформатора можно получать большую или меньшую полезную мощность. При cosφ₂ = l мощность подключенных к нему потребителей может быть равна его номинальной мощности S_ном. При cosφ₂.

Коэффициент мощности.

Коэффициент мощности cosφ трансформатора определяется характером нагрузки, под­ключенной к его вторичной цепи. При уменьшении нагрузки начинает сильно сказываться индуктивное сопротивление обмоток трансформатора и коэффициент мощности его снижается. При отсутствии нагрузки (при холостом ходе) трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощно­сти, что ухудшает показатели работы источников пере­менного тока и электрических сетей. В этом случае транс­форматор необходимо отключать от сети переменного тока.

Потери мощности и КПД.

При передаче мощности из первичной обмотки трансформатора во вторичную возникают потери мощности как в самих про­водах первичной и вторичной обмоток (электрические потери и или потери в меди), так и в стали магнитопровода (потери в стали ).

При холостом ходе трансформатор не передает элек­трическую энергию потребителю. Потребляемая им мощ­ность тратится в основном на компенсацию потерь мощ­ности в магнитопроводе от действия вихревых токов и гистерезиса. Эти потери называют потерями в стали или потерями холостого хода. Чем меньше поперечное сечение магнитопровода, тем больше в нем индукция, а следовательно, и потери холостого хода. Они значительно возрастают также при увеличении напряжения, подводимого к первичной обмотке, свыше номинального значения. При работе мощных трансформаторов потери холостого хода составляют 0,3-0,5% его номинальной мощности. Тем не менее их стремятся максимально уменьшить. Объясняется это тем, что потери в стали не зависят от того, работает ли трансформатор вхолостую или под на­грузкой. А так как общее время работы трансформатора обычно довольно велико, то суммарные годовые потери энергии при холостом ходе составляют значительную вели­чину.

При нагрузке к потерям холостого хода добавляются электрические потери в проводах обмоток (потери в меди), пропорциональные квадрату на­грузочного тока. Эти потери при номинальном токе при­мерно равны мощности, потребляемой трансформатором при коротком замыкании, когда на его первичную обмотку подано напряжение U_к. Для мощных трансформаторов ониобычно составляют 0,5-2% номинальной мощности. Уменьшение суммарных потерь достигается соответст­вующим выбором сечения проводов обмоток трансформа­тора (снижение электрических потерь в проводах), при­менением электротехнической стали для изготовления магнитопровода (снижение потерь от перемагничивания) и расслоением магнитопровода на ряд изолированных друг от друга листов (снижение потерь от вихревых токов).

К. п. д трансформатора равен

КПД трансформатора сравнительно высок и дости­гает в трансформаторах большой мощности – 98-99%. В трансформаторах малой мощности КПД может сни­жаться до 50-70%. При изменении нагрузки КПД трансформатора изменяется, так как меняются полезная мощность и электрические потери. Однако он сохраняет большое значение в довольно широком диапазоне измене­ния нагрузки (рис. 119,6). При значительных недогруз­ках КПД понижается, так как полезная мощность умень­шается, а потери в стали остаются неизменными. Пони­жение КПД вызывается также перегрузками, так как резко возрастают электрические потери (они пропорцио­нальны квадрату тока нагрузки, в то время как полезная мощность – только току в первой степени). Максимальное значение КПД имеет при такой нагрузке, когда элек­трические потери равны потерям в стали.

При проектировании трансформаторов стремятся, чтобы максимальное значение КПД достигалось при нагрузке 50-75% номинальной; этому соответствует наиболее вероят­ная средняя нагрузка рабо­тающего трансформатора. Та­кая нагрузка называется эко­номической.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Масляные силовые трансформаторы должны иметь электрическая прочность масла (пробивное напряжение) от 30…60 кВ/мм) и сухие (например, воздушные, имеют электрическую прочность около 1 кВ/мм, а если с твёрдой изоляцией, то электрическая прочность определяется пробивной способностью изоляции, практически может доходить до 100 кВ/мм). В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками помещают в бак с трансформаторным маслом, которое выполняет одновременно роль электрической изоляции и охлаждающего реагента. Масло, нагреваясь, поднимается вверх и, охлаждаясь, опускается вниз. При этом масло циркулирует в трубах, что способствует более быстрому его охлаждению. У трансформаторов классов напряжения 110 кВ и выше для охлаждения применяют внешние трубчатые радиаторы (рис. 06.1) или, наиболее перспективные, с использованием специальных гофрированных стенок и внутренних теплоизоляционных коробов (рис. 06.2).

Рис. 06.1. Трансформатор с внешними трубчатыми радиаторами для охлаждения.

а) с расширительным бачком; б) без расширительного бачка; 1 – бак; 2 – внешний трубчатый радиатор; 3 – расширительный бачок; 4 – сердечник трансформатора; 5 – обмотки; 6 – высоковольтный изолятор; 7 – направление движения масла; 8 – трансформаторное масло;

Как видно из рис. 06.1 высота бака без расширительного бачка несколько больше, однако себестоимость его ниже.

Применение вместо сплошных металлических – гофрированных стенок и внутреннего коробчатого теплоизолятора, обеспечивающего создание температурного перепада между нижней и верхней частью масляного объёма способствует возникновению естественной конвекции масла внутри бачка. Такая конструкция способствует ещё большему снижению его габаритов и себестоимости. Чем лучше теплоизоляция, тем интенсивнее циркуляция масла.

Рис. 06.2. Трансформатор с внутренней тепловой изоляцией.

10 – внешняя гофростенка; 11 – внутренняя теплоизоляционная рубашка прямоугольного сечения.

Для компенсации объема масла при изменении температуры, а также для защиты масла трансформатора от окисления и увлажнения при контакте с воздухом в трансформаторах применяют расширитель, представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним через селикогелевый фильтр (на рисунках не показан). Периодически требуется его замена и осушение. Колебания объёма, следовательно и уровня масла из-за изменения его температуры происходят не в баке, который всегда полностью заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой. Сбоку бачка имеется вертикальная щель закрытая стеклом с насечками для визуального контроля уровня масла.

Использование бака без расширительного бачка требует увеличения его высоты, чтобы функции расширительного бачка выполняла верхняя часть бака. В верхней части такого бачка также имеется вертикальная щель закрытая стеклом с насечками.

Применение гофростенки позволяет полностью изолировать масло от контакта с воздухом и отказаться от селикогелиевого фильтра. При расширении масла стенка не только обеспечивает теплобмен, но и компенсирует изменение объёма масла при изменении его температуры.

Автоматический контроль уровня масла осуществляется, например, применением реле защиты типа РЭТ-55. РЭТ-80 масляных трансформаторов с расширительным сосудом. Они сигнализируют о следующих неисправностях аппарата:

— выделение определенного объёма газа — «предупреждение»;

— утечка масла — «предупреждение», а затем «отключение»;

— повышение скорости течения масла. установленного порогового значения — «отключение».

Следует иметь ввиду, что не органическое трансформаторное масло, широко применяемое в трансформаторостроении является горючим, поэтому при аварии таких трансформаторов существует определённая опасность возникновения пожара. Поэтому в общественных и жилых зданиях, а также в ряде других случаев применяются сухие трансформаторы, охлаждение которых осуществляется воздухом.

В паспортных табличках силового трансформатора указываются следующие данные:

1. тип трансформатора;

2. рабочая частота сети;

3. номинальная полная мощность S_н, кВ×А;

4. номинальные линейные напряжения обмоток U_л.н, кВ;

5. номинальные линейные токи I_л.н, А;

6. номинальная частота f, Гц;

8. схема и группа соединения обмоток;

9. напряжение короткого замыкания u_к;

10. режим работы (длительный, кратковременный);

11. способ охлаждения обмоток.

07_Коэффициент мощности «косинус фи» (Cos φ).

Коэффициент мощности Cos φ трансформатора определяется характером нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке. При уменьшении нагрузки начинает сильно сказываться индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, и коэффициент мощности его снижается. При отсутствии нагрузки (при холостом ходе) трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощности, что оказывает вредное влияние на работу источников переменного тока и электрических сетей. В этом случае трансформатор необходимо отключить от сети переменного тока.

Cos φ – называется отношение активной мощности к полной мощности подаваемой по линии: Коэффициент мощности = (активная мощность) / (полная мощность).

Cos φ = Р/S = P/(U*I)

Для повышения Cos φ параллельно нагрузке подключают не полярные конденсаторы такого номинала, чтобы обеспечить резонансные явления при которых сопротивление носит активный характер. Пробивное напряжение конденсаторов должно быть не менее, чем в 3 раза больше рабочего сетевого.

Литература:

Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Повышение коэффициента мощности

Значение коэффициента мощности рассчитывают при проектировании сетей. Поскольку низкое его значение является следствием увеличения величины общих потерь электроэнергии. Для его увеличения в сетях используют различные способы коррекции, повышая его значение до 1.

Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:

1. снижение потерь электроэнергии;
2. рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
3. оптимальное использование установленной мощности трансформаторов, генератор и прочих машин переменного тока.

Технически коррекция реализуется в виде введения различных дополнительных схем на вход устройств. Эта техника требуется для равномерного использования мощности фазы, устранения перегрузок нулевого провода 3-х-фазной сети, и является обязательной для импульсных источников питания, установленной мощностью 100 Вт и более.

Помимо этого, компенсация позволяет обеспечить отсутствие всплесков потребляемого тока на пике синусоиды, равномерную нагрузку на питающую линию.

Основные способы коррекции cos φ

1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.

2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.

3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.

Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :