【分析】建筑電氣設計中的變壓器節能分析
2021年10月14日 15:24瀏覽：2566
空載損耗一般是指鐵損耗，具體包含磁滯損耗、渦流損耗。其中，磁滯損耗和變壓器的運作頻率以及最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。(1)渦流損耗。在變壓器工作的時候，磁芯中會有磁力線穿過，磁力線在和磁芯處于平行狀態的時候，就會出現感應電流。產生的感應電流會形成閉環使得磁芯發熱，從而消耗能量，這種消耗被稱作是渦流損耗。(2)磁滯損耗。這種損耗是因為磁化弛豫效應或者磁性滯后產生的損耗。在發生這種損耗的時候，磁化狀態不會隨著磁化強度的變化而發生變化。
額定負荷損耗是指負荷電流經過繞組時，在電阻上產生的損耗。這種損耗會隨著負荷電流的變化而變化，總體上與負荷電流呈現出正相關的關系。從實際操作上來看，負荷電流在產生之后，還會引發漏磁通現象，漏磁通會在繞組內部產生一種渦流損耗。
在外磁場的作用下，一些和外磁場方向不一致的磁疇出現了彈性轉動，也就是說，在外磁場去掉時，磁疇能夠恢復到原來的方向。與此同時，另外一部分磁疇仍然保持原有的磁化方向。在磁化發生的時候，送到磁場的能量包含兩個部分，一部分能夠轉變為勢能，即去掉磁化電流的時候，磁場能量會返回到電路；另一部分則會因為克服摩擦，使得磁芯發熱被消耗掉，最終無法恢復能量。每磁化一個周期，損耗和磁滯回線包圍的面積就會產生一種正比能量，形成的正比關系越明顯，產生的損耗功率就會越大。
第一，加強對鐵芯損耗的把控。變壓器損耗中的空載損耗一般出現在變壓器鐵芯疊片內部，這種損耗主要是因為交變磁力線在經過鐵芯時，受渦流影響而出現的。變壓器鐵芯材料影響變壓器的使用損耗。早期的變壓器鐵芯材料由方便磁化、退磁的軟熟鐵組成。軟熟鐵在使用的時候，會因為周期性的磁性變化和切割出現渦流。為了減少渦流的產生，可以選擇使用鐵線來加工制作變壓器鐵芯。近幾年，在節能環保理念的支持下，變壓器鐵芯材料類型增多，非晶態磁性材料成為常用的變壓器鐵芯材料。在使用這種節能環保材料之后，變壓器的運行損耗會降低，鐵損耗數值僅僅為硅鋼變壓器的1/5。第二，加強對非晶合金變壓器的使用。非晶合金材料的厚度一般為27μm，是冷軋硅鋼片的1/11，但是電阻率是冷軋硅鋼片的3倍。為此，在使用非晶合金制作的鐵芯之后，變壓器的渦流損耗會大幅度降低。再者，非晶合金磁帶回線所涵蓋的面積要小于冷軋硅鋼片，因此將其作為變壓器的材料，所產生的非晶合金磁滯損耗要比冷軋硅鋼片小。在變壓器運行的時候，受空載損耗和負載損耗性能參數不同的影響，變壓器年運行的能源消耗也不同。文中以200k VA和500k VA兩個變壓器的容量規格為研究對象，比較非晶合金變壓器和硅鋼變壓器性能和能耗參數發現，非晶合金變壓器運行一年后產生的能耗，要比硅鋼變壓器產生的能耗低，基本數值為9.4k Wh。
變壓器損耗中的額定負荷損耗受變壓器繞組電阻、繞組電流大小的影響，與負荷率的平方呈現正相關的關系。因此，為了降低變壓器的運行損耗，需要選擇阻抗數值比較小的繞組，并根據負荷曲線的變化來選擇與之匹配的變壓器。
第一，按照變壓器最高效率時的負荷率來確定配電變壓器容量。在確定好房屋建筑物基本負荷數值之后，配電變壓器總裝機的容量=建筑物有功計算負荷/（變壓器負荷率×變壓器補償后的平均功率因數）。在變電器使用的過程中，如果最大負荷統計數值低于30mim，變壓器負荷容量會增加，與此相關的用戶初期投資數額也會增加。由此證明，按照變壓器最理想負荷率來確定變壓器容量的做法是不科學的。
第二，按照變壓器節能負荷率選擇變壓器的容量?？紤]到變壓器容量負荷始終處于變化的過程中，無法精準地計算出變壓器的電能損耗。為此，想要計算最大負荷時間，可以參考最大負荷消耗時間下用戶的統計數據信息。對于高層建筑物，受到工作制的影響，在員工下班之后的時間段會處于輕載的狀態，這個時期電力負荷的運行和工業企業的單班制生產存在密切的關聯，變壓器的節能負荷率基本控制在0.85～0.95之間。對于一些以商業為主的建筑物，它的用電負荷相當于工業企業兩班制，變壓器的節能負荷率在0.71～0.85之間。
第三，按照變壓器經濟負荷來計算變壓器的容量。經過上文的分析我們發現，按照年有功率能耗損耗最小時的節能負荷率計算，變壓器的容量設置更加有利于實現節能環保的發展目標。但是對于兩班制商業建筑中的配電變壓器使用來說，如果按照以上的計算方式，最終所得到的容量數值還會偏大，無形中加大了用戶的投資。面對這樣的問題，如何在保證節省投資的同時，減少電能損耗成為相關人員需要思考和解決的問題。
綜上所述，針對高層建筑中變壓器的使用情況，討論了配電變壓器容量的計算方式，經過計算發現，通過使用干式或者環氧樹脂澆筑類型變壓器，能夠有效節省能源，可以作為建筑常用變壓器。
來源：上海哲呈電氣有限公司
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