変電所の変圧器の電力損失の計算は、電力システム管理の重要な側面です。のサプライヤーとして変電所変圧器、私たちは、変圧器の効率と電力網全体の両方にとって、正確な電力損失計算の重要性を理解しています。このブログでは、これらの損失の計算に関連する方法と要素について詳しく説明します。
変電所の変圧器における電力損失の種類
変電所の変圧器における電力損失には、主に無負荷損失と負荷損失の 2 つのタイプがあります。
いいえ - 負荷損失
鉄損とも呼ばれる無負荷損失は、変圧器が負荷を供給していない場合でも発生します。これらの損失は主に、トランスのコアの磁化と減磁が原因で発生します。コアは強磁性体でできており、交流磁場が印加されるとヒステリシスと渦電流が発生します。
ヒステリシス損失は、コア材料内の磁区が繰り返し再配列されるときに熱として放散されるエネルギーです。コア材質の特性、最大磁束密度、交流の周波数によって異なります。一方、渦電流損失は、磁場の変化によってコア内に誘導される電流によって引き起こされます。これらの電流はコア内の循環経路を流れ、熱放散が発生します。
無負荷損失 ($P_{0}$) の計算式は次のとおりです。
$P_{0}=P_{h}+P_{e}$
ここで、$P_{h}$ はヒステリシス損失、$P_{e}$ は渦電流損失です。
ヒステリシス損失は、スタインメッツの公式を使用して推定できます。
$P_{h}=k_{h}fB_{m}^{n}V$
ここで、$k_{h}$ はヒステリシス定数、$f$ は電源の周波数、$B_{m}$ はコア内の最大磁束密度、$n$ はシュタインメッツ指数 (通常は 1.5 ～ 2.5)、$V$ はコアの体積です。
渦電流損失は次の式で計算できます。
$P_{e}=k_{e}f^{2}B_{m}^{2}t^{2}V$
ここで、$k_{e}$ は渦電流定数、$t$ はコア積層の厚さです。
負荷損失
銅損とも呼ばれる負荷損失は、変圧器が負荷に電力を供給しているときに発生します。これらの損失は、トランス巻線の抵抗によるものです。巻線に電流が流れると、ジュールの法則に従って電力が熱として放散されます。
特定の負荷電流 $I$ における負荷損失 ($P_{L}$) を計算する式は次のとおりです。
$P_{L}=I^{2}R$
ここで、$R$ は巻線の抵抗です。ただし、実際には、負荷損失は通常、定格電流 ($I_{r}$) で測定され、定格負荷損失値 ($P_{rL}$) として与えられます。異なる負荷率 ($\lambda$) での負荷損失を計算するには、次の式を使用できます。
$P_{L}=\lambda^{2}P_{rL}$
$\lambda=\frac{I}{I_{r}}$ は負荷係数です。
電力損失に影響を与える要因
温度
変圧器巻線の抵抗は温度に依存します。温度が上昇すると、巻線の抵抗も増加し、負荷損失が増加します。したがって、電力損失を正確に計算するには、正確な温度測定と補償が必要です。
頻度
電源の周波数は、無負荷損失と負荷損失の両方に影響します。一般に、周波数が高くなると、コア内のヒステリシスと渦電流損失が増加します。さらに、巻線のインピーダンスも周波数によって変化するため、負荷電流、ひいては負荷損失に影響を与える可能性があります。
負荷率
前述したように、負荷損失は負荷率の 2 乗に比例します。高い負荷率で動作する変圧器は、低い負荷率で動作する変圧器と比較して負荷損失が大きくなります。したがって、変圧器の負荷分散を最適化すると、全体的な電力損失を削減できます。
計算手順
変電所変圧器の総電力損失 ($P_{total}$) を計算するには、無負荷損失と負荷損失を単純に加算します。
$P_{合計}=P_{0}+P_{L}$
電力損失を計算するための段階的な手順は次のとおりです。
- 無負荷損失の決定: 無負荷損失値は変圧器メーカーのデータシートから入手するか、適切な試験装置を使用して測定してください。
- 定格負荷損失の決定: 無負荷損失と同様に、定格負荷損失はデータシートから取得するか、測定することができます。
- 負荷率の計算：実際の負荷電流を測定し、定格電流で除算して負荷率を求めます。
- 負荷損失を計算する: 式 $P_{L}=\lambda^{2}P_{rL}$ を使用して、現在の負荷率での負荷損失を計算します。
- 総電力損失を計算する: 無負荷損失と負荷損失を加算して、合計電力損失を取得します。
正確な電力損失計算の重要性
正確な電力損失の計算は、いくつかの理由から不可欠です。まず、変圧器の効率を評価するのに役立ちます。電力損失がわかれば、次の式を使用して変圧器の効率を計算できます。
$\eta=\frac{P_{out}}{P_{in}}\times100%=\frac{P_{in}-P_{total}}{P_{in}}\times100%$
ここで、$P_{out}$ は出力電力、$P_{in}$ は入力電力です。
次に、電力損失の計算は経済的な理由から重要です。電力損失が大きいと、より多くのエネルギーが浪費されることになり、運用コストが高くなります。損失を正確に計算することで、エネルギー消費を削減し、コストを節約する機会を特定できます。
最後に、電力損失の計算は、電力システムの設計と計画にとって非常に重要です。これは、変圧器の適切なサイズと定格を決定するだけでなく、変圧器の負荷分散を最適化して全体の損失を最小限に抑えるのにも役立ちます。
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参考文献
- 電力システム: A. Gómez - Expósito、C. Canizares、JR Martí による分析と制御。
- 電力システムの解析と設計: J. Duncan Glover、Mulukutla S. Sarma、Thomas J. Overbye。
- 変圧器エンジニアリング: GK Dubey による設計、技術、および診断。