Tổn thất và hiệu quả của máy biến áp

 

Định nghĩa về mất mát

• Mất biến áp đề cập đến quá trình chuyển đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác (chủ yếu là nhiệt) trong quá trình vận hành máy biến áp.

• Mất mát là một chỉ số quan trọng của đánh giá hiệu suất của máy biến áp, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và nền kinh tế của máy biến áp.

 

Thành phần của sự mất mát

 

 

Định nghĩa mất không tải

Mất không tải đề cập đến việc mất điện của máy biến áp khi phía chính được kết hợp với điện áp định mức trong điều kiện không tải (nghĩa là phía thứ cấp được mở). Mất không tải chủ yếu bao gồm tổn thất sắt và một lượng nhỏ các tổn thất khác, chẳng hạn như mất điện môi và tổn thất hiện tại. Nó phản ánh sự mất năng lượng của máy biến áp trong điều kiện không tải.

 

Thành phần không tải mất

 

Mất không tải bao gồm 1- Mất lõi

Mất sắt, còn được gọi là mất cốt lõi hoặc mất lõi, là mất năng lượng do từ trường xen kẽ trong vật liệu lõi trong quá trình vận hành máy biến áp. Mất sắt chủ yếu bao gồm hai phần: mất trễ và mất dòng điện xoáy.

Mất độ trễ:

Mất trễ là sự mất năng lượng trong quá trình từ hóa và khử từ vật liệu cốt lõi dưới từ trường xen kẽ. Khi hướng của từ trường thay đổi, các miền từ tính trong vật liệu cốt lõi cần được sắp xếp lại, và sẽ có sự mất năng lượng trong quá trình này. Mất độ trễ có liên quan đến khu vực của vòng trễ của vật liệu cốt lõi, tần số hoạt động và mật độ từ thông từ

Mất hiện tại Eddy:

Mất dòng điện xoáy là sự mất nhiệt được tạo ra khi dòng điện (dòng xoáy) gây ra bởi vật liệu lõi sắt chảy bên trong lõi sắt dưới từ trường xen kẽ. Từ trường xen kẽ tạo ra dòng điện xoáy trong lõi sắt, tạo thành một vòng trong vật liệu lõi sắt và tạo ra nhiệt, dẫn đến mất năng lượng. Mất dòng điện xoáy có liên quan đến điện trở suất của vật liệu lõi sắt, độ dày của lớp gỗ và tần số làm việc.

 

Mất không tải bao gồm 2- mất điện môi

Mất điện môi là tổn thất năng lượng gây ra bởi vật liệu cách điện trong máy biến áp theo tác động của điện trường xen kẽ. Vật liệu cách nhiệt trong máy biến áp thường được sử dụng để cô lập các bộ phận dẫn điện để ngăn chặn các mạch ngắn và các lỗi điện khác. Mất điện môi chủ yếu xảy ra bên trong vật liệu cách điện do tính chất điện môi của vật liệu và điện trường xen kẽ.

Mất điện:

Đây là phần chính của tổn thất điện môi. Vật liệu cách nhiệt được sử dụng trong máy biến áp để phân lập cuộn dây, lõi sắt và các bộ phận dẫn điện khác. Điện trường xen kẽ bên trong vật liệu cách điện sẽ gây ra sự phân cực của điện môi và rò rỉ hiện tại, và các quá trình này sẽ dẫn đến mất năng lượng. Vật liệu cách điện phổ biến bao gồm dầu máy biến áp, giấy và nhựa.

Mất hiệu ứng điện dung:

Cấu trúc cuộn dây và cách nhiệt của máy biến áp có thể hình thành điện dung ký sinh. Theo điện trường xen kẽ, quá trình sạc và xả của các tụ điện này cũng sẽ gây mất năng lượng.

Xả một phần ở điện áp cao

Trong điều kiện điện áp cao, xả một phần có thể xảy ra bên trong hoặc trên bề mặt của vật liệu cách nhiệt, đây là một hiện tượng phân hủy điện cục bộ dẫn đến mất năng lượng và suy giảm dần dần vật liệu cách nhiệt.

Mất điện môi thường nhỏ, nhưng có thể có vẻ tương đối có ý nghĩa trong các máy biến áp điện áp cao. Sự mất mát có liên quan đến hằng số điện môi của vật liệu cách nhiệt, tiếp tuyến của góc mất (tanδ) và điện áp làm việc và tần số của máy biến áp.

Mất điện môi trong tổn thất không tải của máy biến áp là tương đối nhỏ, thường là giữa 0. 5% và 2%, nhưng trong máy biến áp điện áp cao đòi hỏi sự chú ý và điều khiển đặc biệt.

 

Mất không tải bao gồm 3- mất hiện tại

Mất dòng kích thích là do sự mất I²R trong cuộn dây chính gây ra bởi dòng kích thích cần thiết để thiết lập từ trường trong lõi. Ngay cả khi không có tải, phía chính vẫn cần một dòng điện nhất định để duy trì từ hóa của lõi và phần này của hiện tại tạo ra sự mất nhiệt trên điện trở cuộn dây.

 

Mất không tải bao gồm 4- Mất đi lạc

Mất mát đi lạc là tổn thất trong một máy biến áp gây ra bởi thông lượng rò rỉ. Thông lượng rò rỉ đề cập đến những người không rò rỉ tập trung qua lõi biến áp, nhưng thông qua các đường dẫn khác (như các thành phần cấu trúc máy biến áp, clip, tường bể, v.v.). Bởi vì các thông lượng rò rỉ này gây ra dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện, mất năng lượng là gây ra và phần mất mát này được gọi là mất đi lạc.

Kẹp tổn thất: Các tổn thất dòng điện xoáy gây ra bởi thông lượng rò rỉ trong các clip máy biến áp (như clip lõi, cấu trúc hỗ trợ).

Mất tường bể: Những tổn thất hiện tại của Eddy gây ra bởi thông lượng rò rỉ trong thành bể của một máy biến áp. Bởi vì bình nhiên liệu thường được làm bằng kim loại, tổn thất dòng điện xoáy có thể có ý nghĩa trong các cấu trúc kim loại này.

Mất dẫn đầu và khung cuối: Các tổn thất dòng điện xoáy gây ra bởi thông lượng rò rỉ trong các dây dẫn Transformer, khung cuối và các cấu trúc kim loại khác.

Mất mát đi lạc nói chung là một phần nhỏ trong tổng số tổn thất của máy biến áp, nhưng có thể trở nên đáng kể trong các máy biến áp dung lượng cao. Do đó, trong thiết kế máy biến áp, điều quan trọng là giảm ảnh hưởng của thông lượng rò rỉ và tối ưu hóa việc thiết kế các thành phần lõi và cấu trúc để giảm mất đi lạc.

 

 

Định nghĩa mất tải

• Mất tải đề cập đến mất năng lượng điện do dòng tải đi qua cuộn dây máy biến áp trong điều kiện hoạt động tải.

 

Thành phần mất tải

 

Mất tải bao gồm 1- Mất đồng

Mất đồng của máy biến áp là mất điện trở trong cuộn dây của máy biến áp (đồng hoặc nhôm) do dòng điện chảy qua dây dẫn. Nó là một thành phần chính của mất tải và tăng đáng kể khi dòng tải tăng lên.

 

Mất kháng DC

Mất do điện trở DC của cuộn dây. Công thức là 

Trong đó tôi là dòng tải và r là điện trở cuộn dây.

 

Mất tải bao gồm 1- mất thêm

• Mất từ ​​tính rò rỉ

Mất dòng điện xoáy trong các thành phần cấu trúc (như clip, tấm thép, tường hộp, v.v.) do thông lượng rò rỉ của máy biến áp.

• tổn thất đồng bổ sung

Mất thêm do phân phối hiện tại không đồng đều do hiệu ứng da và hiệu ứng gần. Những hiệu ứng này rõ rệt hơn ở tải hoặc tần số cao.

• tổn thất cơ học

Mất do rung động cơ học và nhiễu bên trong máy biến áp. Phần mất mát trong tổng tổn thất chiếm một tỷ lệ nhỏ.

• Mất thiết bị làm mát

Trong các máy biến áp phun dầu, quạt và máy bơm dầu được sử dụng để làm mát tiêu thụ năng lượng điện và các thiết bị này tạo ra tổn thất trong quá trình hoạt động.

 

 

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mất

• Không mất tải

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mất không tải là nhỏ, chủ yếu ảnh hưởng đến điện trở suất của vật liệu cốt lõi, nhưng sự thay đổi là rất ít. Mất thành phần chính (mất trễ và mất dòng xoáy) không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ.

• Mất tải

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến mất tải, chủ yếu là do điện trở của dây dẫn trong mất tải tăng đáng kể khi thay đổi nhiệt độ. Kết quả là, điện trở cuộn dây tăng khi tăng nhiệt độ, do đó tổn thất đồng được tạo ra bởi dòng điện qua cuộn dây tăng đáng kể. Vì mất đồng là thành phần chính của mất tải, nên ảnh hưởng của việc tăng nhiệt độ đối với mất tải là rõ ràng hơn.

 

Ở đâu,

I=tải dòng

R=điện trở

ρ=điện trở suất

L=chiều dài của dây

S=Khu vực mặt cắt ngang của dây

 

Nhiệt độ tham chiếu

Nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn của mất tải và mất tải của máy biến áp là đảm bảo tính nhất quán của thử nghiệm và đánh giá hiệu suất. Các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia thường chỉ định nhiệt độ tham chiếu cho các thử nghiệm này.

 

Nhiệt độ tham chiếu	IEC	IEEE	CSA
Không mất tải	Không cần hiệu chuẩn	20 độ	85 độ
Về mất tải	75 độ	85 độ	85 độ

 

Sửa chữa mất

Lý do chính để điều chỉnh việc mất máy biến áp vào nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn là để đảm bảo tính so sánh và tính nhất quán của kết quả kiểm tra trong các điều kiện khác nhau.

Hiệu ứng nhiệt độ

Mất máy biến áp, đặc biệt là tổn thất tải, bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ. Điện trở cuộn dây tăng khi tăng nhiệt độ, dẫn đến mất tải tăng. Bằng cách điều chỉnh giá trị tổn thất thành nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn, ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ có thể được loại bỏ, làm cho kết quả có thể so sánh trong các điều kiện kiểm tra khác nhau

tiêu chuẩn hóa

Sử dụng nhiệt độ tham chiếu đồng đều, chẳng hạn như 75 hoặc 85 độ, đảm bảo tính nhất quán và tiêu chuẩn hóa kết quả kiểm tra máy biến áp giữa các nhà sản xuất, mô hình và thời gian thử nghiệm

 

 

Sự định nghĩa

• Hiệu quả của máy biến áp đề cập đến tỷ lệ giữa công suất đầu vào và công suất đầu ra, thường được biểu thị bằng phần trăm và công thức hiểu đơn giản hóa như sau