4.3 Потери электрической энергии в трансформаторах

Годовые потери электрической энергии в трансформаторе, работающем круглый год определяются с использованием формулы для расчета потерь мощности следующим выражением

При n трансформаторах:

В скобках стоит отношение суммарной нагрузки n трансформаторов к номинальной мощности одного трансформатора.

5. Мероприятия по снижению потерь электрической энергии в электрических сетях

Потери энергии в любом элементе электрической сети определяются по формуле:

.

Эта формула показывает структуру потерь электрической энергии.

Первое слагаемое в скобках – это потери активной мощности на передачу активной мощности.

Второе слагаемое в скобках – это потери активной мощности на передачу реактивной мощности.

Исходя из этой формулы, можно наметить мероприятия, позволяющие снизить потери электрической энергии.

1. Рациональное использование электрической энергии:

- оптимизация технологического процесса;

- эффективное использование естественного освещения (протирка остекления в соответствии с требованиями ПУЭ не менее двух раз в год сокращает продолжительность горения ламп зимой на 15%, летом на 90%);

- правильный выбор типа источника света (световая отдача ламп накаливания 10-20 лм/Вт, люминисцентных 42-62 лм/Вт, дуговых ртутных ламп (ДРЛ) 35-55 лм/Вт, дуговых ртутных ламп с исправленной цветопередачей (ДРИ) 64-90 лм/Вт);

- использование экономичного режима эксплуатации трансформаторов на двух трансформаторных подстанциях (следует отключить один трансформатор при средней нагрузке трансформаторов меньше 30%).

2. Передача электрической энергии по возможности на более высоком напряжении.

3. Снижение передачи реактивной мощности по электрической сети. Это достигается повышением естественного коэффициента мощности потребителей и выработкой реактивной мощности возможно ближе к потребителю, путем установки источников реактивной мощности в энергосистемах (синхронные компенсаторы) и у потребителей (батареи конденсаторов).

Повышение естественного коэффициента мощности достигается ограничением холостой работы двигателей, так как асинхронные двигатели при холостом ходе потребляют до 60% реактивной мощности, соответствующей его номинальной нагрузке; заменой мало загруженных двигателей и трансформаторов, двигателями и трансформаторами меньшей мощности; заменой по возможности асинхронных двигателей синхронными.

Схемы замещения и параметры двух и трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов

1.Двухобмоточные трансформаторы

1.1.Соединение обмоток, трехфазных трансформаторов

До 1000 В У/Уо – 0,

выше 1000 В У/Д – 11.

1.2.Условное обозначение в электрических схемах

1.3Схема замещения

Схема замещения рисуется для одной фазы. При расчете распределительных сетей до 35 кВ, схема замещения имеет простейший вид (см. рис.).

При большем напряжении в схеме замещения учитывается ветвь намагничивания трансформатора. Наиболее точно отражает физический процесс Т-образная схема замещения. Она состоит из двух продольных и одного поперечного элементов (см. рис.).

Продольные элементы представляют собой активные и реактивные сопротивления первичной (r1, x1) и вторичной (r2, x2) обмоток. Поперечный элемент – ветвь намагничивания трансформатора. Он содержит две параллельные проводимости (активную gт и реактивную bт).

Недостатком этой схемы является неудобство при выполнении электрических расчетов сетей и невозможность разделения реактивного сопротивления между первичной и вторичной обмотками.

Наиболее удобной в практических расчетах и дающей достаточно точные результаты является Г-образная схема замещения. В этой схеме ветвь намагничивания выносится на первичные зажимы трансформатора (см. рис.)

Эту схему используют при производстве электрических расчетов электрических сетей.

Недостатком схемы является не учет влияния тока холостого хода на потери мощности напряжения в первичной обмотке.

Достоинство – упрощение расчетов при достаточной точности.

Расчеты электрических сетей ведутся обычно по одному напряжению. Поэтому все токи, напряжения и сопротивления трансформатора приводят к этому напряжению.

Обозначим одним штрихом величины, приведенные к первичному напряжению, а двумя штрихами – величины, приведенные к вторичному напряжению.

Для понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации напряжения, токи и сопротивления приводятся к первичному напряжению следующим образом:

, , ;

Напряжения, токи и сопротивления ко вторичному напряжению приводятся следующим образом:

Рассмотрим почему сопротивление приводиться через . Значение потерь мощности и падение напряжения не должны изменяться от того через какие токи и сопротивления трансформаторов мы определяем (приведены к первичному или вторичному напряжению). Потери мощности в трансформаторах через первичные величины равны:

тоже через вторичные

Приравняв правые части последних выражений и выразив ток I₂ через I₁ имеем

Для потери напряжений приведённых соответственно к первичному и вторичному напряжению имеем соотношения:

Отсюда

Выразив ток I₂ через I₁ имеем

или