Уважаемые клиенты!
В журнале «Энерготех Экспо» №28 вышла статья "ПРОТОН" о принципах оценки энергосбережения трансформаторов, в которой развенчиваются мифы и манипуляции в этой области, а также даются инструменты для самостоятельной и объективной оценки энергоэффективности трансформаторного оборудования различных производителей.
Завод силовых трансформаторов «ПРОТОН» это динамично развивающееся предприятие с опытом успешной работы более 20 лет, которое занимает лидирующие позиции в разработке и производстве силового электротехнического оборудования: трансформаторов, реакторов, двигателей, силовой и микропроцессорной электроники. Завод «ПРОТОН» выпускает передовую линейку инновационных энергосберегающих трансформаторов сухого типа, которые отличаются по исполнению изоляции обмоток: ТСЛ - литая в вакууме изоляция, ТС - воздушно-барьерная изоляция или «монолит» VPI, а также слоевая изоляция (препрэг и др.).
СЛОЖНОСТЬ КЛАССИФИКАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО УРОВНЯМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
В настоящее время не существует общепринятой классификации трансформаторов по энергосбережению (классам энергопотребления), а имеющиеся так называемые внутриотраслевые стандарты по энергосбережению крупных электросетевых организаций и потребителей оборудования в России фактически сводятся к требованиям по снижению потерь холостого хода, и не опираются на другие способы повышения энергосбережения трансформаторов в целом, без существенного повышения их стоимости. Кроме того, указанные в паспортных данных сведения о потерях зачастую не соответствуют измеренным параметрам, и не укладываются в допуск. Цифровые и буквенные классификаторы различных производителей фактически являются маркетинговым приемом, поскольку в силу указанных выше причин не точно отражают реальную позицию своего изделия в сравнении с аналогичными изделиями конкурентов.
ТЕОРИЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Энергоэффективность трансформатора (читай – КПД) определяется величиной тепловых и магнитных потерь, то есть, той энергией, которая требуется на функционирование самого трансформатора, и которая рассеивается в виде тепла от обмоток и от сердечника. Потери электроэнергии на работу трансформатора складываются из потерь холостого хода (Р0, они же «потери в железе») и потерь короткого замыкания (Рк, они же «потери в меди, нагрузочные потери»). Потери холостого хода Р0 зависят от качества материала, применяемого для изготовления сердечника (магнитопровода) трансформатора и технологии его изготовления – так называемого способа шихтовки, в данном случае «степ-лэп» (англ. Step-Lap), который имеет несколько десятилетий исключительно положительной практики использования. При соблюдении технологии потери Р0 не зависят от нагрузки, и определяются массой сердечника и выбранной конструктором величиной магнитной индукции.
Использование U-образной геометрии шихтовки сердечника по технологии «юникор» (англ. unicore – означает U-образный) для мощных трансформаторов не подтвержден в долгосрочной перспективе, юникор в отличие от степ-лэп, не имеет продолжительной практики применения: не полностью исследовано поведение такого сердечника после механического воздействия при U-образном гибе магнитной стали, что может вести к излишнему нагреву в местах гиба спустя несколько лет. Наибольшим энергосбережением обладают трансформаторы с сердечником из аморфного сплава, однако, широкое применение таких трансформаторов в настоящее время экономически нецелесообразно из-за высокой трудоемкости сборки и стоимость материала. Потери короткого замыкания Рк зависят от способа изготовления обмоток трансформатора, применяемых проводников, конфигурации обмоток, определяются активным сопротивлением обмоток трансформатора, и зависят от текущей нагрузки и температуры обмоток. Для сухих трансформаторов с изоляцией класса F(155°С) значение потерь Рк приводится к температуре 115(120)°С, для трансформаторов с изоляцией класса Н(180°С) потери Рк нормируются для температуры 145°С.
ПРАКТИКА ОЦЕНКИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Очевидно, что для оценки энергоэффективности трансформаторов в целом следует сравнивать их полные потери Рполн – это сумма потерь Р0 и Рк, а не только потери Р0, так как трансформатор обычно приобретается для работы под нагрузкой, которая находится в диапазоне 50%-100% от номинальной мощности, а не для простоя на холостом ходу. Потери Рк в несколько раз выше, чем потери Р0, поэтому именно потери Рк обеспечивают самый большой расход электроэнергии в тепло работающего трансформатора, то есть, в большей степени снижают КПД подстанций и ведут к убыткам. Поскольку потери Рк зависят от нагрузки трансформатора и температуры обмоток, то нормированные потери Рк не всегда понятно отражают реальные потери в моменте. Для этого следует использовать моментальные потери при заданной нагрузке. Так как потери Рк фактически являются тепловыделением в обмотке под действием проходящего через нее тока, то их текущее значение легко определить с помощью закона Ома и коэффициента относительной тепловой мощности, выделяемой в проводнике обмотки при указанной температуре:
P=I2R
где Р – этом выделяемая мощность на проводнике, сопротивление которого R, при протекании тока величиной I. Коэффициент относительной тепловой мощности легко вычислить из указанной выше формулы. Например, при нагрузке 50% от номинальной (то есть, при токе 50% от Iном) в обмотке сопротивлением R при указанной температуре 75°С выделяется мощность потерь Рк 50%:
Рк 50%=(0,5*I)2*R75°С=0,25*I2*R75°С = 0,25*Р75°С
Соответственно, для нагрузки 80% выделяется мощность потерь Рк 80%:
Рк 80% = 0,64*Р75°С
При нагрузке 100% от номинальной при температуре 75°С выделяется мощность потерь Рк 100%:
Рк 100% = Р75°С
Полные потери для 50%, 80% и 100% нагрузки трансформатора относительно номинальной мощности при температуре обмоток 75°С определяются по формуле:
Рполн 50% = Р0 +0,25*Рк75°С
Рполн 80% = Р0+0,64*Рк75°С
Рполн 100% = Р0 +Рк75°С
На практике моментальные потери Рк трансформатора при нагрузке 80% более чем 2,5 раза превышают потери Р0.
Вывод: сравнивая значение полных потерь разных трансформаторов, можно довольно точно вычислить экономию или убыток от их применения - конкретное значение кВт*ч разницы в электроэнергии, потребляемой трансформаторами в сутки, квартал, год:
|
Разница в потерях, кВт |
Усредненная экономия электроэнергии в год, кВт*ч |
|
1,0 |
8 700 |
|
2,0 |
17 500 |
|
3,0 |
26 200 |
|
4,0 |
34 900 |
|
5,0 |
43 700 |
|
10,0 |
87 400 |
Заводская классификация трансформаторов
Заводом «ПРОТОН» разработано несколько линеек сухих трансформаторов, которые отличаются по уровню энергоэффективности - от общепромышленного без нормирования до наивысшего, согласно существующим сегодня промышленным возможностям: трансформаторы «ПРОТОН» с уровнем энергосбережения «1» выпускаются массово, по уровню «3» трансформаторы выпускаются для поставки в проекты, в которых установлено требование энергоэффективности согласно Постановлению №600 Правительства РФ, а для особо важных проектов разработаны трансформаторы с высшим уровнем энергосбережения «4» - в них применяются сердечники из аморфного сплава. Для нетребовательных к энергосбережению клиентов поставляются общепромышленные трансформаторы.
СИТУАЦИЯ НА СЕГОДНЯ
Выпускаемые серийно трансформаторы ТСЛ «ПРОТОН» имеют энергоэффективность на 20-30% выше изделий многих других производителей - полные потери трансформаторов ниже на указанную величину уже в стандартном исполнении, благодаря низким потерям холостого хода и короткого замыкания. Это позволяет существенно экономить расходы на электроэнергию: трансформаторы ТСЛ «ПРОТОН» экономят потребителю десятки тысяч кВт*ч в год, а срок окупаемости разницы в цене с дешевыми низкоэффективными аналогами – в среднем 2 года. Кроме того, низкое тепловыделение трансформаторов ТСЛ позволяет экономить при модернизации объектов: увеличивать мощность подстанции без строительства новых помещений, просто установив новые трансформаторы в существующие отсеки вместо устаревших или аварийных изделий. Надежность трансформаторов подтверждена многолетней безаварийной эксплуатацией на объектах в России и за рубежом.
Завод силовых трансформаторов «ПРОТОН»
ООО «ПРОТОН», 600009, г. Владимир, ул. Суздальская, 11
+7 (4922) 77-89-17
info@zstp.ru