Оценка потерь в трансформаторах на основе IEC 60076

I. Определения потерь в IEC 6007

IEC 60076-1 (Общие требования) и IEC 60076-7 (Руководство по нагрузке) определяют два основных типа потерь:

Потери при холостом ходе (P0)

Определение: Потери, измеренные при подаче номинального напряжения на первичную обмотку и открытой вторичной обмотке (в основном это потери сердечника).

Условия испытаний

• Измеряются при номинальной частоте и напряжении (обычно синусоидальная частота питания).

• Корректируются до температуры отсчета (75°C для масляных трансформаторов, 115°C для сухих).

Потери при нагрузке (Pk)

Определение: Потери, измеренные при коротком замыкании вторичной обмотки и протекании номинального тока через первичную обмотку (в основном это потери меди).

Условия испытаний:

• Измеряются при номинальном токе и частоте.

• Корректируются до температуры отсчета (75°C для масляных; варьируется для сухих в зависимости от класса изоляции).

II. Испытания и расчет потерь

Испытание на потери при холостом ходе (IEC 60076-1 Раздел 10)

Метод

• Прямое измерение с использованием анализатора мощности (потери прибора должны быть вычтены).

• Испытательное напряжение: номинальное напряжение ±5%, используется минимальное значение.

Формула коррекции температуры:

Bref: плотность магнитного потока при температуре отсчета; B test: измеренная плотность магнитного потока.

2. Испытание на потери при нагрузке (IEC 60076-1 Раздел 11)

Метод:

• Измеряется при испытании на короткое замыкание.

• Испытательный ток: номинальный ток; отклонение частоты ≤ ±5%.

Формула коррекции температуры (для медных обмоток)

Tref: температура отсчета (75°C); T test: температура обмотки во время испытания.

Основные параметры и допуски

Допуски на потери (IEC 60076-1 Раздел 4.2):

• Потери при холостом ходе: допускается +15% (измеренное значение не должно превышать гарантированное значение).

• Потери при нагрузке: допускается +15% (измеренное значение не должно превышать гарантированное значение).
  Потери рассеяния:

Потери, вызванные утечкой магнитного потока в конструктивных элементах, оцениваются путем разделения высокочастотных компонентов или тепловизионным методом.

Классы энергетической эффективности и оптимизация потерь

Согласно IEC 60076-14 (Руководство по энергоэффективности силовых трансформаторов):

Общие потери (P total):

β: коэффициент загрузки (фактическая загрузка / номинальная загрузка).

Энергоэффективные классы (например, IE4, IE5) требуют снижения общих потерь на 10%~30%, что достигается за счет:

• Высокопермейабельной кремнистой стали (снижение потерь при холостом ходе).

• Оптимизации конструкции обмоток (минимизация потерь от вихревых токов).

Пример практического применения

Случай: Масляный трансформатор 35 кВ (IEC 60076-7)

Номинальные параметры:

• Мощность: 10 МВА

• Гарантированные потери при холостом ходе: 5 кВт

• Гарантированные потери при нагрузке: 50 кВт (при 75°C).

Испытательные данные:

Потери при холостом ходе: 5.2 кВт (в пределах допуска +15% → предельное значение 5.75 кВт).

Потери при нагрузке (испытаны при 30°C):

Заключение: Превышают ли потери при нагрузке допуск? Проверьте против 50 × 1.15 = 57.5 кВт.

VI. Общие проблемы и соображения

Температура окружающей среды:

Испытания должны проводиться при температуре от -25°C до +40°C; необходима коррекция вне этого диапазона.

Гармонические потери:

Оцените дополнительные гармонические потери при несинусоидальных нагрузках согласно IEC 60076-18.

Цифровые испытания:

Используйте датчики, калиброванные по IEC 61869, для точности.