變壓器損耗計算
簡介： 負載曲線的平均負載系數越高，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越小的變壓器；負載曲線的平均負載系數越低，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越大的變壓器。 將負載曲線的平均負載系數乘以一個大于1的倍數，通常可取1-1.3，作為獲得最佳效率的負載系數，然后按βb＝（1/R）1/2計算變壓器應具備的損耗比。
關鍵字：變壓器
1、 變壓器損耗計算公式
（１）有功損耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１）
（２）無功損耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２）
（３）綜合功率損耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）
Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ
式中：Ｑ０——空載無功損耗（ｋｖａｒ）
Ｐ０——空載損耗（ｋＷ）
ＰＫ——額定負載損耗（ｋＷ）
ＳＮ——變壓器額定容量（ｋＶＡ）
Ｉ０％——變壓器空載電流百分比。
ＵＫ％——短路電壓百分比
β ——平均負載系數
ＫＴ——負載波動損耗系數
ＱＫ——額定負載漏磁功率（ｋｖａｒ）
ＫＱ——無功經濟當量（ｋＷ／ｋｖａｒ）
上式計算時各參數的選擇條件：
（１）取ＫＴ＝１.０５；
（２）對城市電網和工業企業電網的６ｋＶ～１０ｋＶ降壓變壓器取系統最小負荷時，其無功當量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；
（３）變壓器平均負載系數，對于農用變壓器可取β＝２０％；對于工業企業，實行三班制，可取β＝７５％；
（４）變壓器運行小時數Ｔ＝８７６０ｈ，最大負載損耗小時數：ｔ＝５５００ｈ；
（５）變壓器空載損耗Ｐ０、額定負載損耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，見產品資料所示。
2、變壓器損耗的特征
Ｐ０——空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；
磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。
渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。
ＰC——負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比；（并用標準線圈溫度換算值來表示）。
負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內產生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產生雜散損耗。
變壓器的全損耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC
變壓器的損耗比=ＰC /Ｐ０
變壓器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ為變壓器二次側輸出功率。
3、變壓器節能技術推廣
1） 推廣使用低損耗變壓器；
（１）鐵芯損耗的控制
變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發生在變壓器鐵芯疊片內，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產生磁滯及渦流而帶來的損耗。
最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構成。
１９００年左右，經研究發現在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經多次改進，用０．３５ｍｍ厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。
近年來世界各國都在積極研究生產節能材料，變壓器的鐵芯材料已發展到現在最新的節能材料——非晶態磁性材料如２６０５Ｓ２，非晶合金鐵芯變壓器便應運而生。使用２６０５Ｓ２制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的１／５，鐵損大幅度降低。
（2）變壓器系列的節能效果
上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規產品的１／５，且全密封免維護，運行費用極低。
我國Ｓ７系列變壓器是１９８０年后推出的變壓器，其效率較ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ、ＳＬ１系列的變壓器高，其負載損耗也較高。
８０年代中期又設計生產出Ｓ９系列變壓器，其價格較Ｓ７系列平均高出２０％，空載損耗較Ｓ７系列平均降低８％，負載損耗平均降低２４％，并且國家已明令在１９９８年底前淘汰Ｓ７、ＳＬ７系列，推廣應用Ｓ９系列。
S11是目前推廣應用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統的疊片式鐵心結構。硅鋼片連續卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數，降低了電網線損，改善了電網的供電品質。 連續卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。運行時的噪音水平降低到30～45dB，保護了環境。
非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器系列的空載損耗較Ｓ９系列降低７５％左右，但其價格僅比Ｓ９系列平均高出３０％，其負載損耗與Ｓ９系列變壓器相等。
2） 選擇與負載曲線相匹配的變壓器
案例分析：配電變壓器的容量選擇
A、按變壓器效率最高時的負荷率βM來選擇容量
當建筑物的計算負荷確定后，配電變壓器的總裝機容量為：
S＝Pjs/βb×cosφ2(KVA) (1)
式中Pjs——建筑物的有功計算負荷KW；
cosφ2——補償后的平均功率因數，不小于0.9；
βb——變壓器的負荷率。
因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負荷率βb。
我們知道，當變壓器的負荷率為：
βb＝βm＝（1/R）1/2時效率最高。 (2)
R = PKH / Po （即變壓器損耗比）
式中 Po——變壓器的空載損耗；
PKH ——變壓器的額定負載損耗，或稱銅損、短路損耗。
以國產SGL型電力變壓器為例，其最佳負荷率計算如下：
表 國產SGL型電力變壓器最佳負荷率βm
容量(千伏安)
500
630
800
1000
1250
1600
空載損耗(瓦)
1850
2100
2400
2800
3350
3950
負載損耗(瓦)
4850
5650
7500
9200
11000
13300
損耗比R
2.62
2.69
3.13
3.20
3.28
3.37
最佳負荷率βm%
61.8
61.0
56.6
55.2
55.2
54.5
由表可見，如果以βm來計算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負荷P30的統計值，例如民用建筑的用電大部分時間實際負荷均小于計算負荷Pjs，如果按βm計算變壓器容量則不可能使變壓器運行在最高效率βm上，這樣不僅不能節約電能且運行在低β值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負荷率βm來計算變壓器的容量是不合理的。
B、按變壓器的年有功電能損耗率最小時的節能負荷率βj計算容量
由于實際負荷總在變化，無法精確計算出變壓器的電能損耗。然而對于某類電力用戶，它的最大負荷利用小時數，最大負荷損耗小時數可依據同類用戶統計數據來近似計算。
變壓器的年有功電能損耗可按下式估算
△Wb＝PoTb+PKH(Sjs/S2e)² τ＝PoTb+ PKHβ² τ (3)
式中 β——計算負荷率，等于變壓器的計算視在容量Sjs與額定容量Seb之比
Tb——變壓器年投運時間
τ——年最大負荷損耗時間，可由年最大負荷利用時數T m查Tm-τ關系曲線。
用戶電力負荷消耗的年有功能為：
W＝βSebcosφTm (4)
則變壓器的年有功電能消耗率為：
△W%＝ △Wb/W＝（PoTb+PKHβ² τ）/βSebcosφTm (5)
令 d△W%dβ ＝0
求出變壓器年有功電能損耗率最小時的節能負荷率βj；
βj＝（PoTb/ PKHτ）1/2＝（Tb/τ）1/2 * βM (6)
即配電變壓器按照節能負荷率βj計算容量時，其年有功電能損耗率最小。
由式(6)可見，變壓器的節能負荷率與年最大負荷損耗時間有關，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所對應的τ值，對于高層民用建筑還沒有這方面的統計資料，可參考工業企業的類似資料。Tb按7500h，而根據高層民用建筑的不同功能，τ值在2300-4500范圍內選取，因此βj=(1.3-1.8)βM。從表(1)干式變壓器的最佳負荷率βM值，可求出節能負荷率βj。
對于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時間均處于輕載，其電力負荷的運行特點，相當于工業企業的單班制生產，變壓器的節能負荷率βj=0.85-0.98；
對于高層賓館及高層建
關鍵字：變壓器
1、 變壓器損耗計算公式
（１）有功損耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１）
（２）無功損耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２）
（３）綜合功率損耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）
Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ
式中：Ｑ０——空載無功損耗（ｋｖａｒ）
Ｐ０——空載損耗（ｋＷ）
ＰＫ——額定負載損耗（ｋＷ）
ＳＮ——變壓器額定容量（ｋＶＡ）
Ｉ０％——變壓器空載電流百分比。
ＵＫ％——短路電壓百分比
β ——平均負載系數
ＫＴ——負載波動損耗系數
ＱＫ——額定負載漏磁功率（ｋｖａｒ）
ＫＱ——無功經濟當量（ｋＷ／ｋｖａｒ）
上式計算時各參數的選擇條件：
（１）取ＫＴ＝１.０５；
（２）對城市電網和工業企業電網的６ｋＶ～１０ｋＶ降壓變壓器取系統最小負荷時，其無功當量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；
（３）變壓器平均負載系數，對于農用變壓器可取β＝２０％；對于工業企業，實行三班制，可取β＝７５％；
（４）變壓器運行小時數Ｔ＝８７６０ｈ，最大負載損耗小時數：ｔ＝５５００ｈ；
（５）變壓器空載損耗Ｐ０、額定負載損耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，見產品資料所示。
2、變壓器損耗的特征
Ｐ０——空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；
磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。
渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。
ＰC——負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比；（并用標準線圈溫度換算值來表示）。
負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內產生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產生雜散損耗。
變壓器的全損耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC
變壓器的損耗比=ＰC /Ｐ０
變壓器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ為變壓器二次側輸出功率。
3、變壓器節能技術推廣
1） 推廣使用低損耗變壓器；
（１）鐵芯損耗的控制
變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發生在變壓器鐵芯疊片內，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產生磁滯及渦流而帶來的損耗。
最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構成。
１９００年左右，經研究發現在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經多次改進，用０．３５ｍｍ厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。
近年來世界各國都在積極研究生產節能材料，變壓器的鐵芯材料已發展到現在最新的節能材料——非晶態磁性材料如２６０５Ｓ２，非晶合金鐵芯變壓器便應運而生。使用２６０５Ｓ２制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的１／５，鐵損大幅度降低。
（2）變壓器系列的節能效果
上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規產品的１／５，且全密封免維護，運行費用極低。
我國Ｓ７系列變壓器是１９８０年后推出的變壓器，其效率較ＳＪ、ＳＪＬ、ＳＬ、ＳＬ１系列的變壓器高，其負載損耗也較高。
８０年代中期又設計生產出Ｓ９系列變壓器，其價格較Ｓ７系列平均高出２０％，空載損耗較Ｓ７系列平均降低８％，負載損耗平均降低２４％，并且國家已明令在１９９８年底前淘汰Ｓ７、ＳＬ７系列，推廣應用Ｓ９系列。
S11是目前推廣應用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統的疊片式鐵心結構。硅鋼片連續卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數，降低了電網線損，改善了電網的供電品質。 連續卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。運行時的噪音水平降低到30～45dB，保護了環境。
非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器系列的空載損耗較Ｓ９系列降低７５％左右，但其價格僅比Ｓ９系列平均高出３０％，其負載損耗與Ｓ９系列變壓器相等。
2） 選擇與負載曲線相匹配的變壓器
案例分析：配電變壓器的容量選擇
A、按變壓器效率最高時的負荷率βM來選擇容量
當建筑物的計算負荷確定后，配電變壓器的總裝機容量為：
S＝Pjs/βb×cosφ2(KVA) (1)
式中Pjs——建筑物的有功計算負荷KW；
cosφ2——補償后的平均功率因數，不小于0.9；
βb——變壓器的負荷率。
因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負荷率βb。
我們知道，當變壓器的負荷率為：
βb＝βm＝（1/R）1/2時效率最高。 (2)
R = PKH / Po （即變壓器損耗比）
式中 Po——變壓器的空載損耗；
PKH ——變壓器的額定負載損耗，或稱銅損、短路損耗。
以國產SGL型電力變壓器為例，其最佳負荷率計算如下：
表 國產SGL型電力變壓器最佳負荷率βm
容量(千伏安)
500
630
800
1000
1250
1600
空載損耗(瓦)
1850
2100
2400
2800
3350
3950
負載損耗(瓦)
4850
5650
7500
9200
11000
13300
損耗比R
2.62
2.69
3.13
3.20
3.28
3.37
最佳負荷率βm%
61.8
61.0
56.6
55.2
55.2
54.5
由表可見，如果以βm來計算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負荷P30的統計值，例如民用建筑的用電大部分時間實際負荷均小于計算負荷Pjs，如果按βm計算變壓器容量則不可能使變壓器運行在最高效率βm上，這樣不僅不能節約電能且運行在低β值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負荷率βm來計算變壓器的容量是不合理的。
B、按變壓器的年有功電能損耗率最小時的節能負荷率βj計算容量
由于實際負荷總在變化，無法精確計算出變壓器的電能損耗。然而對于某類電力用戶，它的最大負荷利用小時數，最大負荷損耗小時數可依據同類用戶統計數據來近似計算。
變壓器的年有功電能損耗可按下式估算
△Wb＝PoTb+PKH(Sjs/S2e)² τ＝PoTb+ PKHβ² τ (3)
式中 β——計算負荷率，等于變壓器的計算視在容量Sjs與額定容量Seb之比
Tb——變壓器年投運時間
τ——年最大負荷損耗時間，可由年最大負荷利用時數T m查Tm-τ關系曲線。
用戶電力負荷消耗的年有功能為：
W＝βSebcosφTm (4)
則變壓器的年有功電能消耗率為：
△W%＝ △Wb/W＝（PoTb+PKHβ² τ）/βSebcosφTm (5)
令 d△W%dβ ＝0
求出變壓器年有功電能損耗率最小時的節能負荷率βj；
βj＝（PoTb/ PKHτ）1/2＝（Tb/τ）1/2 * βM (6)
即配電變壓器按照節能負荷率βj計算容量時，其年有功電能損耗率最小。
由式(6)可見，變壓器的節能負荷率與年最大負荷損耗時間有關，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所對應的τ值，對于高層民用建筑還沒有這方面的統計資料，可參考工業企業的類似資料。Tb按7500h，而根據高層民用建筑的不同功能，τ值在2300-4500范圍內選取，因此βj=(1.3-1.8)βM。從表(1)干式變壓器的最佳負荷率βM值，可求出節能負荷率βj。
對于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時間均處于輕載，其電力負荷的運行特點，相當于工業企業的單班制生產，變壓器的節能負荷率βj=0.85-0.98；
對于高層賓館及高層建
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