Потери холостого хода трансформатора и их последствия

Энергопотери всегда приводят к перерасходу средств и материалов. Они являются главным источником удорожания энергии. Соответственно, борьба с ними основана на своевременном выявлении неполадок и профилактике возможных сбоев работоспособности в целом. Основной, самый распространенной  проблемой принято считать  потери холостого хода трансформатора.

Содержание:

• Составляющие потерь холостого хода
• Значение качества электротехнической стали
• На что влияют потери холостого хода трансформатора?
• От чего зависят потери холостого хода трансформатора?
• Причины потери холостого хода трансформатора

Составляющие потерь холостого хода

Холостой ход — это один из режимов работы всех трансформаторных устройств, который основан на выделенном питании какой-то одной обмотки в то время, как состояние всех остальных разомкнутое. При таком типе работы  все утечки, которые неизбежно возникают при номинальных значениях уровня напряжения и частоты, принято называть потерями холостого хода.

Утрата мощностных показателей холостого хода трансформирующего устройства включают в себя несколько обязательных составляющих:

• магнитные потери мощности холостого хода, наблюдающиеся в стальных частях;
• потери в первичной обмотке из-за тока холостого хода;
• диэлектрические — в изоляционном слое.

Стоит отметить, что диэлектрические «утечки» актуальны только для приборов, работающих при повышенных частотах. Для силовых же трансформаторов, которые рассчитаны на определенную среднюю частоту в 50 Гц, такие потери несущественны и, как правило, не берутся в расчет при комплексном анализе причин.

Меньше одного процента от потери холостого хода в том числе и в силовых устройствах составляют и утечки в первичной обмотке.

Основная, самая существенная  доля «утечки» приходится на магнитные потери. Этот вид обсуждаемого явления также можно разделить на два типа: от гистерезиса и от вихревых токов. В современных устройствах, где используется холоднокатаная электротехническая сталь на первую причину приходится чуть менее трети всех объемов. А вот вихревые токи вытягивают до 75 процентов.

Значение качества электротехнической стали ↑

Для правильных исчислений, а при частоте 50 Гц, соотношение частей в магнитных потерях вычисляется математическим путем, используются эмпирически полученные данные характеристик различных видов стали.

Кроме того, большое значение играет конфигурация магнитной системы, ее массой, а также технологией производства пластик.

Совокупность всех факторов условно стоит разделить на конструктивные и технологические:

• К первым следует отнести способ и форму стыковки пластин, тип сечения ярма и  метод прессовки и обработки стержней.
• Ко вторым относятся способы резки стали на пластины, тщательность и методы удаления заусенцев, качество отжига пластин, лакировка, а также прессовка всей магнитной системы. Кстати, резка стали из рулонов производится с совпадением  условно видимой продольной оси пластин с направлением прокатки стального листа.

Кстати, еще одной из существенных причин увеличения потерь в уже эксплуатируемом трансформаторе могут являться нестабильные качественные характеристики используемой стали, а также небрежная сборка с допущением механических повреждений.

При этом, правильно рассчитанный и собранный трансформатор имеет отклонение фактических потерь от расчетных всего около пяти процентов. Это значение следует учитывать, контролируя предельные показатели ПХХ в рамках определенных технической документацией норм, которые соответствуют ГОСТ с прибавлением половины допуска. Кстати, по ГОСТу допуск потерь холостого хода в трансформаторных устройствах обозначен на уровне 15 процентов. То есть, нужно контролировать потери холостого хода в рамках половины этого значения, то есть 7,5 процентов.

На что влияют потери холостого хода трансформатора? ↑

На данный момент общий процент потерь от генерирующих мощностей до потребителя составляет порядка 18 процентов. Большая часть энергии теряется именно на этапе работы трансформаторных систем. На что влияют данные потерь и где применяются полученные в результате расчетов результаты?

Прежде всего такого рода информация учитывается при расчетах потери электроэнергии, а также при планировании модернизации оборудования и уровне затрат на обновление и ремонт.

От чего зависят потери холостого хода трансформатора? ↑

В середине прошлого столетия сталь горячей прокатки, используемую для производства основных трансформаторных узлов, заменили на холоднокатаный материал с ориентированной структурой зерен. Плюс новинки состоял в том, что она отличалась высокой магнитной проницаемостью и большей эффективностью. К началу XXI века характеристики используемой холоднокатаной стали в значительной мере улучшились. Причиной такого технологического роста стала очевидность соотнесения затрат с конечной стоимостью энергии.

В общем же снижению потерь в холостом режиме поспособствовали три важных причины:

• применение стали с более совершенными свойствами;
• совершенствование конструкции магнитной системы в целом, а кроме того новые принципы раскроя рулонов;
• модернизация конструкции основного элемента — сердечников.
• Что же касается самой стали, то производители работали сразу в трех направлениях:
• постоянно улучшали ориентацию доменов;
• стремились к максимальному уменьшению толщины исходных листов;
• опробовали и внедрили новый способ очищения доменов — лазерную обработку стальных пластин.

Причины потери холостого хода трансформатора ↑

Используемые сегодня трансформаторы можно разделить на сухие и масляные. Масляные до недавнего времени довольно активно использовались практически во всех сферах. Но так как они имеют некоторые ограничения по размещению и нюансы обслуживания, а также низкую пожаробезопасность, в последнее время все большей популярностью стали пользоваться модели сухих трансформаторов, не использующих в системе охлаждения масляные составы.

• Активные потери холостого хода трансформатора есть и в тех, и в других устройствах. Основными их причинами являются:
• Коррозия металла, которая происходит из-за нарушения целостности лакового слоя. В результате это значительно увеличивает вихревые токи и усиливает  нагрев стали, используемой в трансформаторе.
• Витковое замыкание, происходящее в обмотках и приводящее к резкому скачку напряжения.
• Недостаточная или некачественная изоляция стягивающих шпилек, приводящая к замкнутому накоротко контуру.
• Магнитные зазоры или некачественная шихтовка.
• Недостаточное или избыточное число витков на вольт, которое зависит от целого ряда характеристик. Числом витков можно не только увеличить потери холостого хода, но и значительно уменьшить их при правильном расчете.
• Перегрев стальных узлов и элементов трансформатора неизбежно снижает качество работы трансформатора, все зависит только от скорости и прогрессии этих ухудшений. Чем выше температура, тем быстрее прибор выйдет из строя.

Это далеко не все возможные причины потери холостого хода силового трансформатора, многое также зависит и от условий эксплуатации, и от уровня обслуживания устройства. Но это частные случаи, причины в которых следует искать индивидуально.