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潜在变压器的负载计算：逐步指南
创建于08.14
潜在变压器（PT）是电力系统中的关键组件，旨在将高系统电压降低到可管理的水平，以便于计量、保护和控制设备。它们的准确性和性能在很大程度上依赖于负载——由连接设备（例如，计量器、继电器、传感器）和连接导线施加在其次级绕组上的总电负载。超过PT的额定负载可能会导致显著的测量误差，从而影响系统的可靠性。
本指南将负担计算过程分解为清晰、可操作的步骤，并解释了关键概念、公式和实际考虑因素。
什么是PT负担？
负载（以伏安（VA）为单位测量）是指连接到PT次级绕组的所有设备消耗的总视在功率，包括：
- 活跃设备（例如，功率计，继电器）
- 被动设备（例如，电压表，保险丝）
- 次级连接导线中的损耗（由于电阻和电抗）。
PT的额定负载为特定值（例如，50 VA，100 VA），在指定的功率因数下（通常为0.8滞后）。计算实际负载确保其保持在此额定值内，以维持准确性。
步骤 1：识别所有副侧设备
第一步是列出连接到PT的副绕组的每个设备。这些可能包括：
- 计量设备
: 能源表，电压表，功率因数表。
- 保护装置
: 过电压继电器，欠电压继电器，距离继电器。
- 控制设备
: 指示灯，SCADA系统的传感器。
- 辅助组件
: 保险丝，接线端子，开关。
注意：即使是小型设备（例如指示灯）也会增加负担，必须包括在内。
步骤 2：收集每个设备的负载数据
对于每个设备，从制造商的数据表或铭牌中获取其额定负载（以 VA 为单位）。该值表示设备在其额定电压下（通常为 PT 次级的 110 V 或 220 V）消耗的视在功率。
记录的关键细节：
- 设备的额定VA。
- 设备的功率因数（pf）（对于准确的矢量求和至关重要，尽管在实践中通常简化为算术求和）。
请提供需要翻译的文本。
- 一个数字能量表：10 VA，功率因数 = 0.8 滞后。
- 过电压继电器：20 VA，pf = 0.7 滞后。
- 一个电压表：5 VA，功率因数 = 0.9 滞后。
步骤 3：计算设备级负担
每个设备的负载是其在PT次级电压下的额定VA。对于大多数设备，这由制造商直接提供（例如，“在110 V下为10 VA”）。
如果设备的额定值在不同电压下给出，请使用以下公式进行转换：VAPT secondary=VArated×(Vdevice rated voltageVPT secondary)2
示例：一个额定为 15 VA 的继电器在 220 V 下，连接到 110 V PT 次级：VA110V=15×(220110)²=15×0.25=3.75VA
步骤 4：考虑次级引导阻抗
PT次级端子与设备之间的连接线（引线）引入了电阻（R）和电抗（X），这会消耗额外的VA。这种“引线负担”必须加到总数中。
子步骤 4.1：计算引线电阻 (R)
电阻取决于导线材料（铜/铝）、长度（L，以米为单位）和横截面积（A，以平方毫米为单位）：R=ρ×AL
- ρ
= 电阻率（铜：1.72 × 10⁻⁸ Ω·m；铝：2.82 × 10⁻⁸ Ω·m）。
子步骤 4.2：计算导体反应 (X)
对于低压二次电路（PT 二次：110–220 V），在 50/60 Hz 下，电抗通常可以忽略不计，但对于长导线，使用：X=2πfL×10−3
- f
= 系统频率 (50 Hz 或 60 Hz)。
- L
= 每米电感 (≈ 0.5 μH/m 对于空气中的单芯电缆)。
简化：对于短引线（< 50 m），通常忽略电抗，仅考虑电阻。
子步骤 4.3：计算潜在负担 (VA)
次级电路中的总电流 (I) 由总设备负载（来自步骤 3）决定：I=PT 次级电压 (V) 总设备 VA
导线功率损耗 (VA) 为：导线 VA=I2×(R+X)
请提供需要翻译的文本。
- 总设备VA = 35 VA；PT二次电压 = 110 V。
- 当前
I=35/110≈0.318A.
- 导线：30米铜线，1.5 mm²。
- R
=1.72×10−8×(30/1.5×10−6)≈0.344Ω.
步骤 5：总负担汇总
总负担是以下各项的总和：
- 所有设备负担（来自步骤 3）。
- Lead burden (from Step 4).
总负载 (VA) = ∑(设备 VA) + 主导 VA
关于向量求和的说明：对于高精度应用（例如，收入计量），设备负担应作为向量进行求和（考虑功率因数的相位角）。对于保护或一般用途，算术求和是可以接受的（保守，因为它略微高估）。
步骤 6：与 PT 评级负担进行比较
PT的额定负载（例如，50 VA，100 VA）和最大负载（通常为额定负载的125%）是指定的。为了确保准确性，总计算负载必须≤额定负载，或≤最大负载以进行短期操作。
如果总负荷超过额定负荷：
- 电压测量中的误差增加（PTs已针对额定负载进行校准）。
- 对于计量PT，这可能导致错误的计费。
- 对于保护PT，继电器操作可能会延迟或不准确。
步骤 7：调整应急情况
包括安全边际（通常为10-20%）以考虑：
- 未来设备的新增。
- 设备负载的变化（例如，继电器在操作期间消耗更多的VA）。
调整后的总负担=总负担×(1+安全边际)
示例：完整负担计算
让我们通过一个实际的例子来看看：
输入
- PT 二次电压：110 V。
- 连接的设备：
- 次级引线：40米铜，2.5 mm² (ρ = 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m)。
计算
- 设备负担
: 10 + 20 + 5 = 35 VA (算术和)。
- 铅阻力
:R=1.72×10−8×(40/2.5×10−6)≈0.275Ω.
- 次级电流
: I=35/110≈0.318A.
- Lead VA
: I2×R=(0.318)2×0.275≈0.028VA.
- 总负担
: 35 + 0.028 ≈ 35.028 VA.
- PT 评级负担
: 50 VA（假设）。
- 结果
: 35.028 VA ≤ 50 VA → 可接受。
关键考虑事项
- 功率因数
: 对于关键应用，使用向量加法求和负载 (Stotal=(Ptotal)²+(Qtotal)²，其中 P=VA×pf，Q=VA×1−pf²)。
- 温度影响
: 铅的电阻随温度增加而增加（在计算中使用20°C的电阻率，然后根据已知的工作温度进行调整）。
- 多个电路
: 如果PT二次侧馈送多个并行电路，请计算每个电路的负载并将其相加。
结论
负载计算确保PT在其额定限制内运行，保持计量、保护和控制的准确性。通过系统地考虑设备负载、导线损耗和安全裕度，工程师可以优化PT选择和系统性能。始终与制造商规格和相关标准（例如，IEC 61869-3，ANSI C57.13）进行交叉验证。
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