변압기 손실 및 효율성

 

손실의 정의

• 변압기 손실은 변압기 작동 중에 전기 에너지를 다른 형태의 에너지 (주로 열)로 변환하는 과정을 말합니다.

• 손실은 변압기의 효율성과 경제에 직접적인 영향을 미치는 변압기 성능 평가의 중요한 지표입니다.

 

손실의 구성

 

 

부로 손실의 정의

무부하 손실은 1 차 측면이 부하가없는 상태에서 정격 전압과 결합 될 때 변압기의 전력 손실을 나타냅니다 (즉, 2 차 측면이 열려 있음). 무부하 손실에는 주로 철 손실 및 유전체 손실 및 여기 전류 손실과 같은 소량의 다른 손실이 포함됩니다. 부하 조건에서 변압기의 에너지 손실을 반영합니다.

 

부하 손실의 구성

 

무부하 손실은 1- 코어 손실로 구성됩니다

코어 손실 또는 코어 손실로도 알려진 철 손실은 변압기 작동 중 코어 재료의 교대 자기장으로 인한 에너지 손실입니다. 철 손실에는 주로 히스테리시스 손실 및 와상 전류 손실의 두 부분이 포함됩니다.

히스테리시스 손실 :

히스테리시스 손실은 교류 자기장 하에서 핵심 재료의 자화 및 탈취 과정에서 에너지 손실이다. 자기장의 방향이 변할 때, 코어 재료의 자기 도메인을 재 배열해야 하며이 과정에서 에너지 손실이 발생합니다. 히스테리시스 손실은 코어 재료의 히스테리시스 루프, 작동 주파수 및 자기 플럭스 밀도의 영역과 관련이 있습니다.

와상 전류 손실 :

에디 전류 손실은 철 코어 재료에 의해 유도 된 전류 (와전류)가 교류 자기장 아래 철 코어 내부에 흐를 때 발생하는 열 손실입니다. 교류 자기장은 철 코어에서 와류 전류를 유도하여 철 코어 재료에 루프를 형성하고 열을 생성하여 에너지 손실을 초래합니다. 와상 전류 손실은 철 코어 재료의 저항성, 라미네이트의 두께 및 작업 주파수와 관련이 있습니다.

 

무부하 손실은 2- 유전체 손실로 구성됩니다

유전체 손실은 전기장의 교대 작용하에 변압기의 절연 재료로 인한 에너지 손실입니다. 변압기의 절연 재료는 종종 단락 및 기타 전기 고장을 방지하기 위해 전도성 부품을 분리하는 데 사용됩니다. 유전체 손실은 주로 재료의 유전체 특성과 교대 전기장으로 인해 절연 재료 내부에서 발생합니다.

단열 손실 :

이것은 유전체 손실의 주요 부분입니다. 절연 재료는 변압기에 사용하여 권선, 철제 및 기타 전도성 부품을 분리합니다. 절연 재료 내부의 번갈아 가면 유전체의 분극과 전류 누출이 발생하며, 이러한 공정은 에너지 손실을 초래할 것입니다. 일반적인 절연 재료에는 변압기 오일, 종이 및 수지가 포함됩니다.

커패시턴스 효과 손실 :

변압기의 권선 및 절연 구조는 기생 커패시턴스를 형성 할 수 있습니다. 교대 전기장에서,이 커패시터의 충전 및 배출 공정은 또한 에너지 손실을 유발할 것이다.

고전압에서의 부분 방전

고전압 조건에서, 단열재 내부 또는 표면에서 부분 방전이 발생할 수 있으며, 이는 에너지 손실과 단열재의 점진적인 악화로 이어지는 국소 전기 분해 현상이다.

유전 손실은 일반적으로 작지만 고전압 변압기에서는 상대적으로 유의 한 것처럼 보일 수 있습니다. 손실은 단열재의 유전 상수, 손실 각 (TANΔ)의 접선 및 변압기의 작동 전압 및 주파수와 관련이 있습니다.

변압기의 무부하 손실에서 유전체 손실은 비교적 작으며, 일반적으로 0. 5%와 2% 사이이지만 고전압 변압기에서는 특별한주의와 제어가 필요합니다.

 

무부하 손실은 3- 여기 전류 손실로 구성됩니다

여기 전류 손실은 코어에서 자기장을 확립하는 데 필요한 여기 전류로 인한 1 차 권선의 I²R 손실로 인한 것입니다. 부하가 없더라도, 1 차 측면은 여전히 ​​코어의 자화를 유지하기 위해 특정 전류가 필요하며, 전류 의이 부분은 와인딩 저항에서 열 손실을 생성합니다.

 

무부하 손실은 4- 스트레이 손실로 구성됩니다

길 잃은 손실은 누출 플럭스로 인한 변압기의 손실입니다. 누설 플럭스는 변압기 코어를 통해 중앙에서 누출되지 않고 다른 경로 (예 : 변압기 구조 구성 요소, 클립, 탱크 벽 등)를 의미합니다. 이러한 누출 플럭스는 전도성 재료에서 와전류를 유도하기 때문에 에너지 손실이 발생하며 손실 의이 부분을 길 잃은 손실이라고합니다.

클램핑 손실: 변압기 클립에서 누출 플럭스에 의해 유도 된 와상 전류 손실 (예 : 코어 클립,지지 구조).

탱크 벽 손실: 트랜스포머의 탱크 벽에서 누출 플럭스에 의해 유도 된 와상 전류 손실. 연료 탱크는 일반적으로 금속으로 만들어지기 때문에 이러한 금속 구조에서 와상 전류 손실이 중요 할 수 있습니다.

리드 및 엔드 프레임 손실: 변압기 리드, 엔드 프레임 및 기타 금속 구조에서 누출 플럭스에 의해 유도 된 와상 전류 손실.

길 잃은 손실은 일반적으로 변압기의 총 손실의 작은 부분이지만, 고용량 변압기에서는 중요해질 수 있습니다. 따라서 변압기 설계에서 누출 플럭스의 영향을 줄이고 코어 및 구조적 구성 요소의 설계를 최적화하여 길 잃은 손실을 줄이는 것이 중요합니다.

 

 

부하 손실의 정의

• 부하 손실은 부하 작동 조건 하에서 변압기 와인딩을 통과하는 하중 전류로 인한 전기 에너지 손실을 나타냅니다.

 

하중 손실의 구성

 

하중 손실은 1- 구리 손실로 구성됩니다

변압기의 구리 손실은 도체를 통해 흐르는 전류로 인해 변압기 (구리 또는 알루미늄)의 권선에서 저항의 손실입니다. 부하 손실의 주요 구성 요소이며 하중 전류가 증가함에 따라 크게 증가합니다.

 

DC 저항 손실

와인딩의 DC 저항으로 인한 손실. 공식은입니다 

여기서 I는 하중 전류이고 R은 와인딩 저항입니다.

 

부하 손실은 1- 추가 손실로 구성됩니다

• 누설 자기 손실

트랜스포머의 누설 플럭스로 인해 구조 성분 (예 : 클립, 스틸 플레이트, 박스 벽 등)의 와전류 손실.

• 추가 구리 손실

피부 효과 및 근접 효과로 인한 고르지 않은 전류 분포로 인한 추가 손실. 이러한 효과는 높은 하중 또는 주파수에서 더욱 두드러집니다.

• 기계적 손실

변압기 내부의 기계적 진동 및 소음으로 인한 손실. 총 손실 손실 의이 부분은 적은 비율을 차지했습니다.

• 냉각 장비 손실

오일 이중 변압기에서 냉각에 사용되는 팬과 오일 펌프는 전기 에너지를 소비하며 이러한 장치는 작동 중 손실을 생성합니다.

 

 

손실에 대한 온도의 영향

• 부하 손실이 없습니다

무부하 손실에 대한 온도의 영향은 작기 때문에 주로 코어 재료의 저항에 영향을 미치지 만 변화는 거의 없습니다. 주요 성분 철 손실 (히스테리시스 손실 및 와상 전류 손실)은 온도 변화에 민감하지 않습니다.

•로드 손실

온도는 부하 손실에 큰 영향을 미칩니다. 주로 온도의 변화에 ​​따라 부하 손실에서 도체의 저항성이 크게 증가하기 때문입니다. 결과적으로, 온도가 증가함에 따라 와인딩 저항은 증가하여 권선을 통해 전류에 의해 생성 된 구리 손실이 크게 증가합니다. 구리 손실이 하중 손실의 주요 성분이므로, 온도 상승의 영향이 하중 손실에 미치는 영향이 더 분명합니다.

 

어디,

i =로드 전류

r=저항

ρ=저항력

L=와이어 길이

S=와이어의 단면적

 

기준 온도

변압기의 무모한 손실 및 부하 손실의 표준 기준 온도는 테스트 및 성능 평가의 일관성을 보장하는 것입니다. 국제 및 국가 표준은 일반적으로 이러한 테스트의 기준 온도를 지정합니다.

 

기준 온도	IEC	IEEE	CSA
부하 손실이 없습니다	교정이 필요하지 않습니다	20도	85 학위
부하 손실에	75 학위	85 학위	85 학위

 

손실 보정

변압기의 손실을 표준 기준 온도로 수정하는 주된 이유는 다른 조건에서 테스트 결과의 비교 가능성과 일관성을 보장하기 때문입니다.

온도 효과

변압기 손실, 특히 부하 손실은 온도에 의해 크게 영향을받습니다. 온도가 증가함에 따라 와인딩 저항은 증가하여 부하 손실이 증가합니다. 손실 값을 표준 기준 온도로 수정함으로써 온도 변화의 영향을 제거하여 다른 테스트 조건에서 결과를 비교할 수 있습니다.

표준화

75 또는 85도와 같은 균일 한 기준 온도를 사용하면 제조업체, 모델 및 테스트 시간의 변압기 테스트 결과의 일관성 및 표준화를 보장합니다.

 

 

정의

• 변압기의 효율은 입력 전력과 출력 전력 사이의 비율을 나타냅니다. 일반적으로 백분율로 표현되며 단순화 된 이해 공식은 다음과 같습니다.