Потери мощности в силовом трансформаторе (кВт), в зависимости от его номинальной мощности [1–4]
где: ΔPх – потери мощности холостого хода (кВт);
ΔPн – потери мощности в обмотках высшего и низшего напряжений (кВт);
β – коэффициент загрузки трансформатора;
Sр – расчетная мощность (кВА);
Sн – номинальная мощность (кВА).
Для определения оптимальной загрузки трансформатора по минимуму потерь мощности в существующей литературе применяется принцип максимума КПД. Для получения оптимального коэффициента мощности трансформатора по минимуму потерь мощности представим выражение (1) в относительных единицах от передачи расчетной мощности (кВт/кВА).
Приравнивая производную функции (4) от коэффициента загрузки к нулю, получим условие оптимальной загрузки трансформатора по минимуму потерь мощности.
Так как для стандартных трансформаторов соотношение потерь холостого хода и короткого замыкания лежит в пределах 0,2÷0,3 [4, 6, 7], то оптимальные коэффициенты загрузки при передаче расчетной мощности будут соответственно равны 0,45÷0,55.
Стоит заметить, что выражение (7) для определения оптимальной загрузки трансформатора отвечает минимуму потерь мощности, но не отвечает минимуму потерь электроэнергии из-за неравномерности годового графика нагрузки трансформатора. В действительности имеется большое расхождение между продолжительностью потерь холостого хода и временем максимальных потерь энергии. Ниже предлагается методика определения оптимальной загрузки трансформатора в зависимости от продолжительности холостого хода и времени максимальных потерь.
С учетом вышесказанного потери энергии в трансформаторе в зависимости от коэффициента загрузки
где: T – годовое число часов работы трансформатора (ч);
τ – число часов максимальных потерь (ч).
Потери энергии в относительных единицах от передаваемой расчетной мощности ((кВт∙ч)/кВА):
Приравнивая производную функции (11) от коэффициента загрузки к нулю, получим условие оптимальной загрузки трансформатора по минимуму потерь энергии.