最近一個(gè)朋友問(wèn)了一個(gè)高中物理的電學(xué)問(wèn)題，簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)理論問(wèn)題，

變壓器負(fù)載變化，一次側(cè)電壓、電流、功率和二次側(cè)電壓、電流和功率如何變化？

變壓器的電壓很簡(jiǎn)單，U1/U2=n1/n2；變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組的匝數(shù)決定了一次側(cè)和二次側(cè)電壓的關(guān)系，所以不管負(fù)載如何變化，一次側(cè)和二次側(cè)的電壓都是保持不變的；也就是說(shuō)一次側(cè)的電壓和變比決定了二次側(cè)的電壓，跟負(fù)載沒(méi)有關(guān)系。

但是變壓器的功率和電流實(shí)際上都是由二次側(cè)即負(fù)載端決定的，即“量出而進(jìn)”也就是說(shuō)功率和電流根據(jù)負(fù)載端的需要，原線圈的功率和電流而變化。

比如，變壓器二次側(cè)負(fù)載增大：

一是可以理解為用電器功率變大，電壓由匝數(shù)決定不變，根據(jù)公式I=P/U，二次側(cè)電流自然會(huì)變大。

二是可以理解為有用電器個(gè)數(shù)增多，變壓器負(fù)載端都是并聯(lián)的，支路數(shù)增多，每個(gè)支路的都是獨(dú)立的，支路電流不變，干路電流必增大。

那么由于I1/I2=n2/n1是固定的，負(fù)載增加時(shí)二次側(cè)電流變大，功率也即變大，一次電流也一定是變大的， 一次側(cè)功率也變大，保持變壓器一二次側(cè)功率平衡。

那既然變壓器的功率和電流都是由二次側(cè)即負(fù)載端決定的，那是不是可以無(wú)限增加負(fù)載來(lái)增加變壓器的容量的哪，顯然是不可以的，高中階段在考慮基礎(chǔ)理論知識(shí)的時(shí)候并沒(méi)有涉及到實(shí)際情況 ，考慮的是一個(gè)無(wú)限大的系統(tǒng)，實(shí)際上一個(gè)是變壓器本身也是一個(gè)用電設(shè)備，它自身也是有一定的損耗的；

另一個(gè)是變壓器的額定容量在生產(chǎn)制造的時(shí)候已經(jīng)確定了，使用的時(shí)候二次側(cè)的負(fù)載增加是不允許超過(guò)變壓器的額定容量的，二次側(cè)負(fù)載只能在額定容量以內(nèi)增加或者減少。

變壓器的額定容量：

變壓器的額定容量是指變壓器能夠承受的最大負(fù)載容量，通常以千伏安（kVA）為單位，變壓器的額定容量是設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中最重要的參數(shù)之一，這直接影響變壓品質(zhì)性能和使用壽命。在使用變壓器時(shí)，必須確保負(fù)載不超過(guò)變壓器的額定容量，并定期檢查和維護(hù)變壓器，以確保其正常運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命。

變壓器的額定容量是由變壓器的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的多個(gè)因素決定的。其中最重要的因素是變壓器的鐵芯和線圈的尺寸和材料。鐵芯的材料決定了變壓器的磁通密度和磁阻，而線圈的尺寸和材料則決定了變壓器的電阻和電感。

變壓器的額定容量還受到變壓器的冷卻方式和環(huán)境溫度的影響。變壓器的冷卻方式通常分為自然冷卻和強(qiáng)制冷卻兩種。自然冷卻的變壓器通常適用于低功率和低頻率的應(yīng)用，而強(qiáng)制冷卻的變壓器則適合于高功率和高頻率的應(yīng)用。環(huán)境溫度也會(huì)影響變壓器的額定容量，因?yàn)楦邷貢?huì)導(dǎo)致變壓器的線圈和絕緣材料老化和損壞。

變壓器的額定容量對(duì)于變壓品質(zhì)使用和維護(hù)非常重要，如果變壓器的負(fù)載超過(guò)了額定容量，就會(huì)導(dǎo)致 變壓器過(guò)熱和損壞。因此，在使用變壓器時(shí)，必須確保負(fù)載不超過(guò)變壓器的額定容量 。

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：

變壓器在變壓和傳遞電功率時(shí)，自身要產(chǎn)生有功損耗和無(wú)功損耗，所以變壓器本身也是有耗能的用電設(shè)備。變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)節(jié)能降耗，達(dá)到國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要提出的目標(biāo)，意義十分重大。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在傳輸電量相同的條件下，通過(guò)擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。

換言之，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運(yùn)行方式，從而降低用電損耗。所以，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無(wú)需投資，只要加強(qiáng)供、用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。

1、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)能措施 1．1 合理選擇變壓器容量

變壓器作為一種靜止的電氣設(shè)備，由于沒(méi)有機(jī)械方面的損失，所以它的效率是比較高的，一般在額定狀況下均達(dá)96％以上。但是這樣一個(gè)高的效率并不是在任何情況下都能獲得的，它是由變壓器的負(fù)載率決定的。變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)按負(fù)載率大致可以分為三個(gè)區(qū)域一個(gè)點(diǎn)。

三個(gè)區(qū)域：

1)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)(最佳區(qū))：它的范圍一般在額定負(fù)載的25％―75％之間，在此區(qū)間效率較高。

2)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)(經(jīng)濟(jì)區(qū))：它的范圍一般在額定負(fù)載的15％―100％之間，在此區(qū)間效率尚可。

3)最劣運(yùn)行區(qū)(非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，過(guò)去俗稱的“大馬拉小車”區(qū))：它的范圍一般在10％―20％以下，在此區(qū)間效率低。

一個(gè)點(diǎn):

變壓器功率損耗最低點(diǎn)，或稱效率最高點(diǎn)，它位于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)內(nèi)，一般在額定負(fù)載的40％左右。實(shí)際負(fù)載率在最佳區(qū)內(nèi)從兩邊越靠近綜合功率經(jīng)濟(jì)區(qū)負(fù)載系數(shù)點(diǎn)，效率越高。以上三個(gè)區(qū)域一個(gè)點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的實(shí)際效率是多少，只需通過(guò)某些計(jì)算即可獲得。

如何使變壓器運(yùn)行在其最佳區(qū)內(nèi)或功率損耗最低點(diǎn)附近，發(fā)揮出實(shí)際的高效率，才是我們關(guān)心和追求的，由于負(fù)載率直接與變壓器額定容量有關(guān)，于是對(duì)變壓器本身的額定容量就有了一個(gè)選擇要求。

1．1．1 無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的引入

為了計(jì)算設(shè)備的無(wú)功損耗在電力系統(tǒng)中引起的有功損耗增加量，特引入一個(gè)換算系數(shù)，即無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，它表示電力系統(tǒng)中每減少l kvar的無(wú)功功率，相當(dāng)于電力系統(tǒng)所減少的有功功率損耗kW數(shù)，其符號(hào)為Kq。對(duì)工廠變配電所來(lái)說(shuō)，無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量Kq=0.02～0.15(平均取K。=0.1)

1．1．2 一臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率

變壓器的損耗包括有功損耗和無(wú)功損耗兩部分，而其無(wú)功損耗對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)Kq換算后等效為有功損耗。因此變壓器的有功損耗加上變壓器無(wú)功損耗所換算的等效有功損耗，就稱為變壓器有功損耗換算值。一臺(tái)變壓器在負(fù)荷為S時(shí)的有功損耗換算值為

P1≈Po+Kq×Qo+(PK+Kq×QN)(S／SN)2 (1)

式中：PT――變壓器的有功損耗

QT――變壓器的無(wú)功損耗

P。――變壓器的空載損耗

PK――變壓器的短路損耗

Q。――變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗

QN――變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗增量

SN――變壓器的額定容量

其中：Q0≈SN×Io％／100 (2)

式中Io％――變壓器空載電流占額定電流的百分值

QN≈SN×Uk％／100(3)

式中UK％――變壓器的短路電壓(阻抗電壓UZ)占額定電壓的百分值

要使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷Sec下，就必須滿足變壓器單位容量的有功損耗換算值P／S為最小值的條件。因此令d(P／S)／dS＝0，可得變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為

Sec=SnP0+KqQ0

Pk+KqQN （4）

變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率或經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)為

kec = P0+KqQ0

Pk+KqQN （5）

一般電力變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為40％左右。

1．2 選用節(jié)能型變壓器，

Sl0，S11系列35kV的電力變壓器是我國(guó)目前生產(chǎn)的低損耗產(chǎn)品，其損耗值與S7系列對(duì)比空載損耗可降低15％，負(fù)載損耗可降低30％。節(jié)能效果較為顯著，具有重量輕、體積小、損耗低、空載電流小、噪聲低、抗短路能力強(qiáng)、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。

1．3 采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提高功率因數(shù)

不同的功率因數(shù)引起的變壓器有功和無(wú)功消耗不同，即隨著功率因數(shù)的提高，變壓器的有功和無(wú)功消耗都要下降。功率因數(shù)穩(wěn)定在一個(gè)合理的較高值已是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)極為重要的節(jié)電措施。

因此采用提高功率因數(shù)和降低變壓器運(yùn)行溫度的措施，可使變壓器運(yùn)行在最佳工作狀況或接近這個(gè)狀況。當(dāng)功率因數(shù)達(dá)不到規(guī)定值的要求時(shí)(一般規(guī)定功率因數(shù)不得低于0．9)應(yīng)采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)。

1．4 擇優(yōu)汰劣達(dá)到節(jié)能目的。

變壓器不是損壞后才更新，而是老化到一定程度，還要有一定剩值時(shí)就可以更新。一般為20年。比如某變電站淘汰低效高耗能變壓器選用高效節(jié)能型變壓器后，年節(jié)約有功電量3241．2kWh，無(wú)功電量39244．8kVARh，綜合電量5606．4kWh。

1．5 避免空載運(yùn)行。

對(duì)長(zhǎng)期處于空載的變壓器及時(shí)停止運(yùn)行，降低線損也比較明顯。比如一臺(tái)35kV1600kVA變壓器的空載損耗為2095W，停運(yùn)一天降低的電量損耗為50．28kWh，一個(gè)月可降低的電量損耗為150．84kWh。

1．6 降低變壓器的溫度。

變壓器繞組的電阻隨著溫度增高而增大。對(duì)同一臺(tái)變壓器在同一負(fù)載下，如果溫度越低，損耗也越低。因此，應(yīng)作好變壓器散熱，降低變壓器的溫度。

2、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)能效果分析

比如某單位通過(guò)設(shè)備改造，用S10型節(jié)能變壓器替代老型號(hào)SZL7型變壓器，容量由2500KVA變?yōu)?600KVA。S10型變壓器空載損耗為2095W，SZL7型變壓器的空載損耗為3900W，替代后僅在鐵損(空載損耗)方面一年就節(jié)電(3900一2095)W×8760=16687．8 kW?h，相當(dāng)可觀。

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅取決于運(yùn)行方式，同時(shí)更取決于變壓器的制造水平。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)用范圍很廣，節(jié)電效果很明顯，方法也很多。

1. 充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件，通過(guò)詳細(xì)分析和嚴(yán)密計(jì)算，選擇技術(shù)參數(shù)好的變壓器和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行；

2. 通過(guò)加強(qiáng)供電的科學(xué)管理來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

3. 擇優(yōu)汰劣，選用節(jié)能型變壓器可較大幅度降低電能損耗。

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