Wybieranie energooszczędnych transformatorów dystrybucyjnych

Definicja strat transformatora

Straty transformatora można podzielić głównie na dwa typy: straty bez obciążenia i straty przy obciążeniu. Te straty występują we wszystkich typach transformatorów, niezależnie od ich zastosowań lub mocy.

Jednak istnieją dwa dodatkowe typy strat: straty wywołane harmonikami oraz straty, które są szczególnie istotne dla większych transformatorów – straty chłodzenia lub pomocnicze, wynikające z użycia sprzętu chłodzącego, takiego jak wiatraki i pompy.

Straty bez obciążenia

Te straty występują w rdzeniu transformatora, gdy transformator jest włączony (nawet jeśli obwód wtórny jest otwarty). Nazywane są również stratami żelaznymi lub stratami rdzenia, pozostają stałe.
Straty bez obciążenia składają się z:

Strat hysteresyjnych

Te straty są spowodowane ruchem tarciowym domen magnetycznych w laminatach rdzenia, gdy są one namagnesowywane i demagnetyzowane przez zmieniające się pole magnetyczne. Zależą od rodzaju materiału używanego do produkcji rdzenia.

Straty hysteresyjne zwykle stanowią ponad połowę całkowitych strat bez obciążenia (około 50% do 70%). W przeszłości ten udział był mniejszy (z powodu większego udziału strat wirowych, zwłaszcza w stosunkowo grubych płytach, które nie były poddawane obróbce laserowej).

Straty wirowe

Te straty są indukowane przez zmieniające się pola magnetyczne, które generują prądy wirujące w laminatach rdzenia, produkując ciepło.
Te straty można zmniejszyć, konstruując rdzeń z cienkich laminatów izolowanych od siebie cienką warstwą lakieru, aby zmniejszyć prądy wirujące. Obecnie straty wirowe stanowią ogólnie 30% do 50% całkowitych strat bez obciążenia. W ocenie wysiłków mających na celu zwiększenie efektywności transformatorów dystrybucyjnych, najważniejsze postępy zostały poczynione w zakresie redukcji tych strat.
Są także niewielkie straty rozproszone i dielektryczne w rdzeniu transformatora, które zazwyczaj stanowią nie więcej niż 1% całkowitych strat bez obciążenia.

Straty przy obciążeniu

Te straty są powszechnie znane jako straty miedziowe lub straty krótkiego zwarcia. Straty przy obciążeniu zmieniają się w zależności od warunków obciążenia transformatora.
Straty przy obciążeniu składają się z:

Strat ciepła ohmicznego

Czasami nazywane stratami miedziowymi, ponieważ są dominującym składnikiem opornym strat przy obciążeniu. Te straty występują w owinięciach transformatora i są spowodowane oporem przewodnika.
Wielkość tych strat wzrasta proporcjonalnie do kwadratu prądu obciążenia i jest również proporcjonalna do oporu owinięcia. Można je zmniejszyć, zwiększając przekrój poprzeczny przewodnika lub skracając długość owinięcia. Użycie miedzi jako przewodnika pomaga zrównoważyć wagę, rozmiar, koszt i opór; zwiększenie średnicy przewodnika w granicach innych ograniczeń projektowych może dalej zmniejszyć straty.

Straty wirowe przewodników

Prądy wirujące, wynikające z pól magnetycznych prądu przemiennego, występują również w owinięciach. Zmniejszenie przekroju poprzecznego przewodnika może zmniejszyć prądy wirujące, dlatego stosuje się przewodniki strunowe, aby osiągnąć wymagany niski opór, jednocześnie kontrolując straty wirowe.

Można to uniknąć, stosując ciągły przewód transponowany (CTC). W CTC, struny są często transponowane, aby wyrownać różnice natężenia pola i wyrównać napięcie.