Энергоэффективные силовые трансформаторы GBE

Энергетическая отрасль Российской Федерации переживает принципиально важный виток развития после введения Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ", который регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. Для промышленных потребителей и сетевых компаний этот закон является основным регулирующим актом в их деятельности.

Мощности производственных предприятий постоянно наращиваются для увеличения прибыли предприятия и расширения присутствия в той или иной отрасли на внутреннем и международном рынках. Все расходы, связанные с передачей электроэнергии от поставщика к потребителю ложатся именно на плечи потребителя, в то время как основные потери электроэнергии приходятся на хозяйства сетевых компаний.

Как в такой ситуации потребитель может экономить на получаемой им электроэнергии? Как снизить колоссальные расходы, связанные с распределением электроэнергии внутри производственных площадок промышленных потребителей?

Производство электрической энергии на электростанциях с мощными генераторами, размещенных вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, делает возможным получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Подлинное использование дешевой электрической энергии, непосредственно у потребителей, находящихся на значительном удалении, рассредоточенных на территории страны, требует при этом создания сложных систем разветвленных электрических сетей.

Безусловно, силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, и энергетики страны. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее генерации до места потребления в современных сетях требует высокой степени трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Учитывая, что силовые трансформаторы являются основными элементами электрической сети при передаче электроэнергии на большие расстояния и на отдалённых участках сети, мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. В результате этого значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, то есть в трансформаторы с высшим напряжением 10 и 35 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь электроэнергии, оплачиваемых потребителем по наиболее высокой цене.

Вот тут и необходимо учитывать основные потери, возникающие в сети для оценки экономической эффективности. К основным потерям в первую очередь относятся потери холостого хода трансформатора которые являются величиной постоянной, независящей от тока нагрузки и возникает в магнитной системе трансформатора в течение всего времени, пока силовой трансформатор подключен к сети. Потери короткого замыкания (или выражаясь иными словами потери под нагрузкой) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в распределительной сети и характера нагрузки - промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т.д. Для расчетов эффективности трансформаторов, сети принято разделять на:

• трансформаторы генерирующих электрических станций, основной сети на напряжения 110 кВ и выше;
• трансформаторы распределительной сети, непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ.

Наиболее важными задачами при повышении качества трансформаторного оборудования являются – использование передовых технологий их производства, качество и экономия материалов при изготовлении трансформаторов и максимально возможные низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная их часть, что может привести к существенной потере энергии всего трансформаторного парка.

Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом снижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым проводом и фольгой в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 30000 кВА.

Итак, потери холостого хода эффективно можно снизить путем:

• увеличения сечения сердечника, что ведет к увеличению стоимости и габаритных размеров;
• применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью;
• применения аморфных металлов в сердечнике. Данный способ является наиболее дорогостоящим и пока не нашел широкого применения в российской энергетике.

В основном потери нагрузки могут быть снижены путем:

• увеличения значений сечения проводника обмотки, что ведет к снижению сопротивления и, следовательно, потерь. Реализация этого метода, ведет к увеличению стоимости и габаритов трансформаторов, хотя частично рост габаритных размеров компенсируется меньшим тепловыделением, что приводит к уменьшению размеров и расходов на охлаждающие конструкции.
• применения материалов повышенной электропроводности, вплоть до сверхпроводников. Данная технология еще не достигла нужного уровня развития и все еще относится к очень дорогим технологиям. Нерешенной проблемой для сверхпроводниковых обмоток является уязвимость для величин токов коротких замыканий, наиболее часто встречающихся в сетях среднего напряжения.

Иначе говоря, технические резервы снижения потерь до конца не исчерпаны, и уровень эффективности КПД трансформатора может быть повышен с использованием уже известных технологий и принципов. Необходимо помнить, что при дальнейшем совершенствовании конструкции приходится учитывать множество взаимосвязанных факторов, от габаритных размеров до шумности, и необходимость сведения к минимуму технологических рисков. Потребители трансформаторов весьма консервативно относятся ко всем новшествам, и вряд ли кто-нибудь возьмется их упрекнуть в этом, осознавая возможный масштаб и продолжительность последствий выхода из строя изделия. Однако и тут компания «GBE S.p.A.» (Италия) дистрибьютором которой является ЗАО «Электронмаш» нашла выход, разделив производственный цикл на цех по производству энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R, и цех по производству сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TS3R со стандартными потерями. Сроки поставки в связи с этим являются равнозначными, как энергоэффективных трансформаторов, так и трансформаторов со стандартными потерями.

Новые конструкции магнитопровода трансформаторов характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы (технология Step-Lap), стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Также находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми из ленты холоднокатаной стали, и магнитные системы, собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.

Остро стоящие вопросы экономии электрической энергии, связанной с уменьшением потерь в силовых трансформаторах стимулируют развитие энергосберегающих технологий на современном этапе развития трансформаторостроения. Для снижения расходов, связанных с распределением электроэнергии, как для сетевых компаний, так и для промышленных предприятий ЗАО «Электронмаш» предлагает энергоэффективные сухие силовые трансформаторы T3R с литой изоляцией для распределительных сетей, серии TD3R, производства «GBE S.p.A.» (Италия).

Серия энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R отличается от стандартной серии трансформаторов TS3R своими характеристиками потерь холостого хода (Ро) от 35% до 40%.

Рассмотрим реальную калькуляцию потерь и затрат с ними связанных на примере одного из наиболее крупных реализованных проектов, где потребители предпочли снизить свои расходы – «Реконструкция трансформаторных подстанций ОАО «Новоросцемент» в 2011 году, куда ЗАО «Электронмаш» были поставлены трансформаторы специального исполнения со сниженными потерями. В данном проекте к энергоэффективным трансформаторам, также были предъявлены требования в части сейсмостойкости до 9 баллов по шкале MSK-64 и эксплуатации в суровых климатических условиях.

* - в качестве сравниваемых, приняты типовые трансформаторы с алюминиевыми обмотками, степенью защиты IP00, с естественной вентиляцией, с блоком контроля температуры обмоток.

Из данного примера видно, что эксплуатация энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R позволяют снизить расходы предприятий-потребителей до 20% и это только из расчета эксплуатации одного трансформатора. А когда потребитель обслуживает большой парк трансформаторного оборудования, то это позволит сэкономить еще большие средства.

Ниже представлены графики стоимости владения (сроков окупаемости) рассматриваемых трансформаторов:

Данные графики наглядно отражают, что срок окупаемости энергоэффективных трансформаторов в сравнении с трансформаторами со стандартными потерями составляет чуть больше 1-го года. При этом последующие содержание энергоэффективного трансформаторного парка позволяет экономить денежные средства.

В итоге, можно экономить только на этапе приобретения и ввода в эксплуатацию и затем тратить огромные денежные средства на содержание и эксплуатацию силовых трансформаторов или экономить на протяжении длительного срока эксплуатации, вложив при этом незначительно отличающиеся средства от стоимости трансформаторов со стандартными потерями. В любом случае, выбор остается за потребителем и специалисты АО «Электронмаш» всегда готовы помочь Вам сделать этот выбор правильным и экономичным!