Ocena strat w transformatorach na podstawie IEC 60076

I. Definicje strat w IEC 6007

IEC 60076-1 (Ogólne wymagania) i IEC 60076-7 (Wytyczne dotyczące obciążenia) określają dwa podstawowe typy strat:

Straty bezobciążeniowe (P0)

Definicja: Straty mierzone, gdy pierwotna cewka jest zasilana napięciem nominalnym, a wtórna cewka jest otwarta (dominują stracone w rdzeniu).

Warunki pomiarowe

• Mierzony przy częstotliwości i napięciu nominalnych (zazwyczaj sinusoidalna częstotliwość sieciowa).

• Skorygowane do temperatury odniesienia (75°C dla transformatorów olejowych, 115°C dla suchych).

Straty obciążeniowe (Pk)

Definicja: Straty mierzone, gdy wtórna cewka jest zwarta i przez pierwotną cewkę przepływa prąd nominalny (dominują stracone w miedzi).

Warunki pomiarowe:

• Mierzony przy prądzie i częstotliwości nominalnej.

• Skorygowane do temperatury odniesienia (75°C dla transformatorów olejowych; różni się dla suchych w zależności od klasy izolacji).

II. Badanie i obliczanie strat

Test strat bezobciążeniowych (IEC 60076-1 Klauzula 10)

Metoda

• Bezpośrednie pomiary za pomocą analizatora mocy (straty urządzenia muszą być odjęte).

• Napięcie testowe: napięcie nominalne ±5%, z użyciem najniższej wartości.

Wzór korekcyjny temperatury:

Bref: Gęstość natężenia magnetycznego przy temperaturze odniesienia; B test: zmierzona gęstość natężenia magnetycznego.

2. Test strat obciążeniowych (IEC 60076-1 Klauzula 11)

Metoda:

• Mierzony podczas testu impedancji zwarcia.

• Prąd testowy: prąd nominalny; odchylenie częstotliwości ≤ ±5%.

Wzór korekcyjny temperatury (dla cewek miedzianych)

Tref: Temperatura odniesienia (75°C); T test: temperatura cewki podczas testu.

Kluczowe parametry i tolerancje

Tolerancje strat (IEC 60076-1 Klauzula 4.2):

• Straty bezobciążeniowe: dozwolone +15% (wartość zmierzona nie może przekroczyć gwarantowanej wartości).

• Straty obciążeniowe: dozwolone +15% (wartość zmierzona nie może przekroczyć gwarantowanej wartości).
  Straty rozproszone:

Straty spowodowane przeciekami pola magnetycznego w elementach konstrukcyjnych, oceniane poprzez separację komponentów wysokiej częstotliwości lub termografię.

Klasy efektywności energetycznej i optymalizacja strat

Zgodnie z IEC 60076-14 (Wytyczne dotyczące efektywności energetycznej transformatorów mocy):

Całkowite straty (P całkowite):

β: Współczynnik obciążenia (rzeczywiste obciążenie / obciążenie nominalne).

Klasy efektywności (np. IE4, IE5) wymagają obniżenia całkowitych strat o 10%~30%, osiąganych poprzez:

• Stal krzemową wysokiej przenikalności (redukuje straty bezobciążeniowe).

• Optymalizację projektu cewek (minimalizuje straty wirujące).

Przykład praktycznego zastosowania

Przypadek: Transformator olejowy 35kV (IEC 60076-7)

Parametry nominalne:

• Moc: 10 MVA

• Gwarantowane straty bezobciążeniowe: 5 kW

• Gwarantowane straty obciążeniowe: 50 kW (przy 75°C).

Dane pomiarowe:

Straty bezobciążeniowe: 5.2 kW (w granicach tolerancji +15% → limit 5.75 kW).

Straty obciążeniowe (zmierzone przy 30°C):

Wniosek: Czy straty obciążeniowe przekraczają tolerancję? Sprawdź w porównaniu z 50 × 1.15 = 57.5 kW.

VI. Powszechne problemy i zagadnienia

Temperatura otoczenia:

Testy muszą być przeprowadzane w zakresie -25°C do +40°C; wymagane są korekty poza tym zakresem.

Straty harmoniczne:

Ocenia dodatkowe straty harmoniczne pod niestandardowymi obciążeniami zgodnie z IEC 60076-18.

Cyfrowe testowanie:

Użyj czujników kalibrowanych zgodnie z IEC 61869 dla dokładności.