Энергосбережение

Введение

Энергосбережение - это стратегическая политика выживания человечества в условиях конфликта между его стремлением к безудержному комфорту и ограниченностью ресурсов. По прогнозам энергопотребление к 2020 году возрастет в 1,8-1,9 раза в связи с тем, что мировое производство к 2050 году увеличится - в 3,75-5 раз. В настоящее время РФ снова втянута в мировой кризис. Кризисные явления в стране и энергетике отрицательным образом влияют на потери мощности и энергии в электрических сетях.

Для достижения разумных потребностей России необходимо 1500-1600 ГВт-ч электроэнергии в год, что требует увеличения капиталов в новые технологии энергетики и в нетрадиционные мероприятия по экономии электроэнергии с воздействием либо на режимы, либо на конструкцию отдельных элементов СЭС, дающие быстрый экономический эффект. До 2020 г. задача развития энергетики в ней не будет решена, а поскольку инвестиций недостаточно, то необходимо бороться с расточительством электроэнергии. По нашему мнению, следует делать упор на контроль за нерациональным использованием электрической энергии.

Одним из самых распространённых электрических приёмников энергии являются трансформаторы. Путь электрической энергии от электростанции до приёмника электрической энергии проходит как минимум через 3 трансформатора, и если на каждом из них увеличить КПД на 1 – 2 %, то это могло бы существенно снизить потребление электрической энергии.

Для увеличения КПД трансформатора необходимо произвести корректировки расчётов его параметров на основе эмпирических данных.

1. Теоретическая часть

Для испытания трансформатора основными являются опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. При опыте холостого хода трансформатора (рис. 1) его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет (I2 = 0), а первичная обмотка включена в сеть источника электрической энергии переменного тока. В таких условиях в первичной обмотке протекает ток холостого хода I0, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5 — 10% от номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25 — 30% номинального тока.

Рисунок 1 - Схема опыта холостого хода трансформатора

Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе, расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, вызываемых гистерезисом и вихревыми токами.

Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности (cos ц) его весьма мал и обычно равен 0,2 — 0,3.

По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила тока холостого хода I0, потери в стали сердечника Рст и коэффициент трансформации К.

Сила тока холостого хода I0 измеряется амперметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора.

При испытании трехфазного трансформатора определяют фазный ток холостого хода.

Потери в стали сердечника Рст измеряются ваттметром, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора. Это делается на том основании, что потери в проводниках первичной обмотки вследствие малой силы тока холостого хода незначительны и ими можно пренебречь и считать, что при холостом ходе вся мощность затрачивается только на потери в стали.

Коэффициент трансформации трансформатора определится отношением показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вторичной обмоток.

При холостом ходе трансформатора во вторичной обмотке тока нет, следовательно, нет и падения напряжения в этой обмотке, и э. д. с. E2, индуктируемая во вторичной обмотке, равна напряжению U2 на зажимах этой же обмотки, т. е. E2 = U20.

Напряжение, приложенное к зажимам первичной обмотки трансформатора U1 практически уравновешивается э. д. с. E1, индуктируемой в этой обмотке магнитным потоком, и можно считать, что по абсолютной величине это напряжение равно э. д. с.:

Следовательно, коэффициент трансформации

При опыте короткого замыкания (рис. 2) вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажимах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включается в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках номинальные. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания. Это напряжение обычно составляет 5 — 10% от номинального значения.

Рисунок 2 - Схема опыта короткого замыкания трансформатора

По данным опыта короткого замыкания определяется напряжение короткого замыкания, потери на нагревание обмоток трансформатора при номинальной нагрузке и активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора при коротком замыкании.

2. Практическая часть

2.1 Опыт холостого хода

Полученные в ходе измерений данные:

Время прохождения импульса в электрическом счётчике активной энергии t = 140 с. Сила тока в первичной катушке I1 = 0,1394 А. Напряжение первичной катушки U1 = 225 В. Напряжение вторичной катушки U2 = 195 В.

Обработка и вычисление измерений:

Коэффициент трансформации

Потери в сердечнике электротехнической стали

где n — количество импульсов или оборотов диска за определенный период времени, Imp — количество импульсов или оборотов диска, соответствующих 1 кВт*ч (для применяемого в опыте электрического счётчика Imp = 3200).

Сила тока холостого хода

2.2 Опыт короткого замыкания

Полученные в ходе измерений данные:

Сила тока в первичной катушке

Напряжение в первичной катушке

Время прохождения импульса в электрическом счётчике активной энергии t = 245 с.

Обработка и вычисление измерений:

1. Напряжение короткого замыкания - напряжение, которое нужно приложить к первичной обмотке, чтобы в ней протекал ток равный номинальному (Iном = I1 = 0.455 А), при условии, что вторичная обмотка замкнута накоротко:

2. Мощность Рк. з, потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемая на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, измеряется электрическим счётчиком и рассчитывается:

где t = 245 с. Тогда

Заключение

На основе проделанных опытов можно сделать итог о КПД исследуемого трансформатора.

Суммарные потери составили

Следовательно, КПД трансформатора равно

где P – активная мощность испытуемого трансформатора (Р = 100 Вт), Вт.

При проведении данных экспериментов было выяснено, что основная доля потерь приходится на потери мощности в электротехнической, стали. Откуда можно сделать вывод, чтобы увеличить КПД данного трансформатора необходимо проведение следующих мер: улучшения шихтовки, покрытие пластин изоляционным лаком, уплотнение пластин и т. п. Данные меры должны уменьшить потери мощности в электротехнической стали.