нагрузка трансформатора в чем измеряется
Почему мощность трансформатора измеряют в кВа, а двигателя в кВт
Существуют разные устройства, работающие от электрической сети переменного тока, и каждое из этих устройств индивидуально. Лампа накаливания, например, сразу преобразует энергию проходящего через нее электрического тока — в свет и тепло, при этом мы НЕ можем сказать, что какая-нибудь часть электрической энергии из лампы периодически возвращается обратно в сеть.
Сколько энергии в нить накаливания пришло — на столько лампа греет и светит. Если же начать пропускать через лампу большую мощность — она просто перегорит, но не сумеет вернуть излишки энергии в сеть.
Нагрузки такого рода называются активными нагрузками. Их мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д.
Однако встречаются и такие приборы, в которых часть полученной от сети электрической энергии переменного тока, прежде чем она будет необратимо преобразована в другой вид энергии (по-умолчанию — в полезную работу, такую как излучение, нагрев или перемещение тела), может накапливаться в форме энергии переменных электрических и (или) магнитных полей, колебаться, даже излучаться, при этом циркулировать между (источником) сетью и потребителем.
В таких случаях говорят, что устройство потребляет от сети полную мощность S такую-то, а активная мощность P — такая-то.
При этом активная мощность P измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) и т. д., а полная мощность S — в вольт-амперах (ВА), киловольт-амперах (кВА) и т.д.
Активная мощность — это скорость преобразования в потребителе электрической энергии непосредственно в полезную работу.
Полная мощность — это мощность, которую к потребителю, для его нормальной работы, подает сеть переменного тока — действующее значение напряжения в вольтах умноженное на соответствующий ток в амперах.
Часть полной мощности, периодически возвращаемая в сеть, называется реактивной мощностью Q и измеряется в Вар (вольт-амперы реактивные), кВар и т.д.
Так вот, полезная работа электродвигателя переменного тока — это механическая нагрузка на его валу. Здесь по сути осуществляется перемещение тела под действием силы на определенное расстояние. Необратимо преобразуемая при этом энергия измеряется в джоулях (Дж), а скорость данного ежесекундного преобразования энергии — в ваттах.
При желании вычислить полную мощность для двигателя несложно, для этого достаточно разделить мощность двигателя в ваттах на косинус фи (обе эти цифры можно найти на идентификационной табличке конкретного двигателя).
В случае с трансформатором мы имеем дело с электромагнитным преобразующим устройством, где энергия подаваемого от сети переменного тока преобразуется в энергию переменного магнитного поля в сердечнике трансформатора, и за счет этого на вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение.
Вторичная же обмотка трансформатора может быть соединена как с чисто активной нагрузкой (такой как лампа накаливания), так и с нагрузкой имеющей существенную реактивную составляющую (такой как резонансный индукционный нагреватель и т.п.).
В любом случае трансформатор имеет номинальную полную мощность (измеряемую в ВА или кВА), которая может через него проходить, причем это относится не обязательно к цепи первичной обмотки, ведь значительная мощность может циркулировать и в цепи вторичной обмотки, тогда как первичная цепь будет потреблять из сети минимум тока (при этом сердечник будет испытывать то же магнитное действие, но от тока вторичной обмотки). Вот почему мощность трансформаторов (и генераторов) указывают в кВА.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое кВА и как перевести в кВт
Что такое кВА и почему мощность трансформаторов не указывается в кВт
В инструкциях ко многим электроприборам, например, к сварочным инверторам можно увидеть характеристики мощности не в кВт, а в кВА. Также мощность абсолютно всех трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт.
Что такое кВА
кВА — это единица полной мощности, которая измеряется в кило Вольт-амперах. Существует и такое понятие как активная мощность, которая в свою очередь измеряется в привычных для нас Ваттах.
Так вот, принципиальная разница кВА от кВт в том, что при активной мощности (измеряется в кВт), электроприбор тратит почти всю энергию для своей работы. И, наоборот, при полной мощности (измеряется в кВА) часть энергии может быть преобразована в активную мощность или тепло, для создания магнитного поля.
По этой причине, мощность трансформатора и некоторых электроприборов указывается не в кВт, а в кВА. То есть, когда досконально неизвестно, какая именно нагрузка будет приходиться (резистивная, индуктивная и т. д.). Поэтому производитель заранее указывает мощность электроприбора для смешанного типа нагрузок.
Какой бывает нагрузка
Нагрузка бывает резистивной, при которой практически вся мощность затрачивается на работу электроприбора. Например, чтобы нагрелся электрочайник, ТЭНы, расположенные внутри него, при прохождении тока, забирают ровно столько электроэнергии, сколько указано в характеристике. Резистивная мощность электроприборов указывается в кВт.
При индуктивной нагрузке, некоторая часть электроэнергии расходуется на создание электромагнитного поля. Например, в двигателях. Поэтому вычислить досконально, сколько именно нужно электроэнергии для вращения двигателя, затратно.
Также существует и такое понятие как смешанная нагрузка. Здесь присутствует одновременно несколько типов нагрузок. Большинство современных электроприборов работает именно по такой схеме.
Как перевести кВА в кВт
Производители электрооборудования зачастую указывают мощность приборов в кВт с поправочным коэффициентом. Например, мощность электродрели указывается 3 кВт, а коэффициент мощности 0,8. Чтобы узнать полную мощность электрической дрели в кВА, необходимо воспользоваться следующей формулой: S = 3:0.8 cos = 3.75 кВА.
Ну а для того, чтобы перевести кВА в кВт, потребуется, наоборот, полную мощность умножить на коэффициент мощности: S = 3.75х0.8 cos = 3 кВт.
Надеюсь теперь все понятно, почему мощность трансформаторов и некоторых электроприборов указывается не в кВт (активная мощность), а в кВА — полная мощность. Просто производитель не может заранее знать всей нагрузки, а только рассчитать активную.
Что такое кВА, типы нагрузок
Что такое кВА, как перевести кВА в кВт мощности?
Многие из нас при покупке или подключении электрооборудования привыкли апеллировать основной единицей мощности, которая указывается в Вт или кВт. При расчете нагрузки на розетки или электросеть, при вычислении, сколько тянет электрочайник и т. д.
Но нередко в техническом паспорте к устройству можно встретить характеристику в кВА. Например, вместо привычных кВт мощности, производитель указывает кВА (киловольт-амперы).
Собственно из-за этого и возникает путаница у пользователей. В итоге многие не знают, а сколько же потребляет электроэнергии сварочный инвертор или другой тип оборудования.
Давайте рассмотрим, что такое кВА и как перевести кВА в привычные кВт, чтобы не допускать этих недоразумений.
Что такое кВА
кВА — это все та же мощность, но только полная, в отличие от той, которая измеряется в кВт. Несмотря на то, что все это кажется сложным, на самом деле это не так, и вы поймёте почему.
Разница кВА от кВт лишь в том, что кВт измеряют активную мощность электроприбора, которую можно полностью подсчитать за время его работы. В случае же с кВА, часть электроэнергии расходуется на создание магнитного поля. Поэтому подсчитать такую энергию становится проблематично.
Именно по этой причине, мощность трансформаторов и некоторых других электроприборов указывается не в кВт, а в кВА. Происходит из-за того, что во время работы будет использован смешанный тип нагрузки.
Вследствие этого производителем и указывается мощность электроприбора в кВА, то есть, для смешанного типа нагрузок.
Какие типы нагрузок бывают
Чтобы наглядно убедиться в этом, и разобраться, что такое кВА, достаточно понимать, какие типы нагрузок бывают:
Резистивная (активная) нагрузка — нередко возникает за счет сопротивления электроприборов. Ярким представителем таких электроприборов является ТЭН. Электричество, которое проходит через ТЭН, нагревает спираль внутри него. Измеряется активная нагрузка, как раз в кВт/час.
Индуктивная (реактивная) нагрузка — необходима для создания магнитного поля. Как пример этому может служить электродвигатель, внутри которого создаётся электромагнитное поле. Электродвигатель — яркий представитель потребителей смешанного типа нагрузок, то есть, активной и реактивной, которые необходимы для его работы.
Емкостная нагрузка — относится к реактивной составляющей, поскольку не расходуется напрямую при накапливании и передаче электроэнергии.
Как перевести кВА в кВт
Если вы купили перфоратор и в его паспорте указана мощность в кВА, то узнать полезную мощность в кВт достаточно просто. Для этого понадобится лишь перевести кВА в кВт, то есть, отнять 20% от кВА, получив желаемую мощность в кВт.
Таким образом, кВА-20%=кВт, где 1 кВА=0,8 кВт. Думаю с этим все понятно.
Итак, подведя итоги нужно сказать, что кВт — это полезная мощность, а кВА — полная мощность электроприборов, которые используют для работы смешанный тип нагрузок.
В первую очередь это электродвигатели и трансформаторы, а также другие электроприборы, в которых часть энергии тратится на создание электромагнитного поля.
Расчет и выбор силового трансформатора по мощности и количеству
Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:
При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).
Определение номинальной мощности трансформатора
Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.
График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 20…25 лет), определяемому заводом изготовителем.
Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.
В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:
В частности, среднесуточный износ изоляции:
Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:
При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени. В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.
Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.
Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия
(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5… 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.
В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.
Режимы работы трансформатора
Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.
Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:
В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.
Перегрузки силовых трансформаторов
Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:
Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.
Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.
Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.
На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом — изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.
Расчет номинальной мощности трансформатора
Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения
Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.
Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.
При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.
Так как К1-2 1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.
Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.
Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.
Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции
В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.
Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.
Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах
Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции
При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.
При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.
Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).
Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:
Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.
Многим из нас известна основная единица мощности – Ватт (Вт) или чаще используется его производная киловатт (кВт) и вы привыкли, что эта характеристика у электрооборудования указывается именно в них.
Но если взять трансформатор или приборы, в которых он является основным компонентом, например, стабилизаторы напряжения, вы увидите, что мощность там указана в кВА – киловольт-амперах.
Давайте разберемся, что такое кВА, почему именно в этих единицах измерения указывается мощность трансформатора и как она связана с обычными киловаттами.
Я не буду выкладывать здесь определения из учебников и сыпать физическими терминами, объясню коротко, простыми словами, чтобы было понятно любому.
В первую очередь, вы должны знать, что у некоторых электроприборов, работающих от переменного тока, не вся потребляемая мощность тратится на совершение полезной работы – нагрева, освещения, звучания, вращения и т.д.
Всего существует четыре основных типа нагрузок, которые могут подключаться в частности к трансформатору:
Резистивная
Ярким примером резистивной нагрузки является ТЭН, который нагревается при протекании через него электрического тока.
ТЭН – это обычное сопротивление, ему не важно в какую сторону протекает по нему ток, правило одно, чем сила тока больше, тем больше тепла вырабатывается – соответственно вся мощность тратится на это.
Индуктивная
Реактивная мощность не тратится на совершение работы напрямую, но она необходима для функционирования оборудования.
Кстати, индуктивные электрические плиты, которые так хотят заполучить многие домохозяйки, также используют реактивную мощность, в отличии от обычных электроплит, в которых нагреваются ТЭНы, те чисто резистивные.
Ёмкостная
Еще один пример реактивной составляющей мощности содержит ёмкостная нагрузка, это, например, конденсатор. Принцип работы конденсатора – накапливание и передача энергии, соответственно часть мощности тратится именно на это и напрямую не расходуется на работу оборудования.
Практическаи вся окружающая вас электроника и бытовая техника содержит конденсаторы.
Смешанная
Здесь всё просто, смешенная нагрузка сочетает в себе все представленные выше, активную и реактивные составляющие, большинство бытовых приборов именно такие.
Производители трансформаторов не могут знать, какого типа нагрузка к ним будет подключена и где они будут задействованы, поэтому и указывают полную мощность, для смешенной нагрузки.
Так, если нагрузка трансформатора — это ТЭН, то полная мощность будет равна активной, соответственно значение в кВт = кВА, если же нагрузка будет смешенная, включающая реактивную составляющую, то мощность нагрузки должна учитываться полная.
Будьте внимательны, нередко, на электрооборудовании, например, на электроинструменте, мощность прописана в киловаттах, но кроме того указан коэффициент мощности k. В этом случае, вы должны знать простую формулу:
S (полная мощность)= P (активная мощность)/ k (коэффициент мощности)
Так, например, если мощность перфоратора P = 2,5кВт, а его коэффициент мощности k = 0,9, то полная мощность перфоратора будет равна S=2,5кВт/0,9=2,8 кВА, именно на столько он будет нагружать сеть.
Теперь, я думаю, вам понятно, почему мощность трансформатора измеряют в кВА, а не в кВт – это позволяет учитывать все виды нагрузок, которые могут подключаться к его вторичной обмотке.
Поэтому, обязательно учитывайте полную мощность указываемую в кВА или коэффициент мощности обордования, перед подключением к трансформатору.
Если же у вас еще остались какие-то вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях к статье, кроме того, если есть что добавить, нашли неточности или есть, что возразить – также пишите!