TLL Media | Инженеринг ревю | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
 
 
 
TLL Media Българското специализирано техническо списание за енергетика
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ЕНЕРГИЙНА ЕФЕКТИВНОСТ

Енерджи ревю » Сп. Енерджи ревю - брой 6, 2017, Декември
Енергийно ефективни трансформатори

Съвременните разпределителни трансформатори могат да бъдат по-ефективни от всякога и в същото време и икономични. Пазарната действителност показва, че аморфната технология може да бъде още по-ефективна и не прекомерно скъпа. Общите разходи за собственост и разходите, свързани с жизнения цикъл, са важни съображения, включени във формулата за капитализация, които позволяват да се предвидят загубите по време на целия очакван жизнен цикъл на трансформатора.

Основната пречка за намаляване на загубите на трансформаторите в електроразпределителните дружества е нормативната уредба. Тя се променя твърде често в сравнение с експлоатационната продължителност на инфраструктурните инвестиции и освен това промените не се отнасят до загубите на трансформаторите. За да се направи първата решаваща стъпка в подобряването на ефективността на трансформаторите, е необходимо да се отстранят съществуващите възпрепятстващи фактори в действащото законодателство. Следва да се въведат допълнителни стимули за насърчаване на инвестициите в енергийно ефективни трансформатори, за да се ускори трансформацията на пазара.

Производителите на трансформатори предлагат многобройни възможности за избор. Потребителите обикновено имат достъп до достатъчно информация за оперативните и икономически параметри на трансформатора, за да могат да вземат рационално решение. Адекватните политики и мерки биха могли да подпомогнат крайните потребители в този процес.

Инвестирането в подходящ енергийно ефективен трансформатор означава намаляване на загубите на енергия и ограничаване на въздействието върху околната среда, както и редуциране на разходите за жизнения цикъл на продукта и по този начин - увеличаване на рентабилността.

Загуби в трансформаторите
Загубите в трансформатора могат да бъдат разделени на два основни вида: загуби на празен ход и загуби под товар. Тези типове загуби са характерни за всички видове трансформатори, независимо от тяхното приложение или мощност. Съществуват обаче и други два вида загуби: допълнителни загуби, създадени от хармоници, и загуби, които могат да се отнесат най-вече към по-големите трансформатори – загуби от охлаждане или допълнителни загуби, причинени от използването на охлаждащо оборудване като вентилатори и помпи.

Загубите на празен ход се появяват в трансформаторния магнитопровод, винаги когато трансформаторът е под напрежение (дори когато вторичната му намотка е отворена). Те също така се наричат загуби в магнитопровода и са постоянни. Състоят се от загуби от хистерезис и загуби от вихрови токове.

Хистерезисните загуби се причиняват от триенето на магнитните полета в пластовете на магнитопровода, които се намагнетизират и демагнетизират от промяната на магнитното поле. Тези загуби зависят от вида материал, използван за изработка на магнитопровода. Силициевата стомана има много по-малък хистерезис от обикновената стомана, но при аморфните метални сплави, от друга страна, се наблюдават още по-добри резултати.

Понастоящем загубите от хистерезис могат да бъдат намалени чрез обработка на материалите като студено валцоване, лазерно обработване или ориентация на зърнестата структура. Загубите от хистерезис обикновено са причината за повече от половината от загубите на празен ход (между 50 и 70%). Това съотношение беше по-малко в миналото поради по-високия относителен процент на загуби от вихрови токове, особено в относително дебели, необработени с лазер листове.

Загубите от вихрови токове се дължат на промени в магнитните полета, предизвикващи вихрови токове в пластините и генериращи по този начин топлина. Тези загуби могат да бъдат намалени чрез изработване на магнитопровода от тънки ламинирани листове, изолирани един от друг чрез тънък слой лак за редуциране на вихровите токове. Понастоящем загубите от вихрови токове обикновено съставляват 30 до 50% от общите загуби на празен ход. Ако трябва да се направи оценка на мерките за подобряване на ефективността на разпределителните трансформатори, то най-голям напредък е постигнат при намаляването именно на тези загуби.

Съществуват и диелектрични и други видове загуби, които възникват в ядрото на трансформатора, но те обикновено не представляват повече от 1% от общите загуби на празен ход.

Загубите под товар обикновено се наричат загуби в медта или загуби на късо съединение. Тези загуби варират в зависимост от натоварването на трансформатора и се състоят от:

• Омични топлинни загуби. Тези загуби възникват в намотките на трансформатора и се дължат на съпротивлението на проводника. Големината на тези загуби се увеличава пропорционално на квадрата на тока и е пропорционална на съпротивлението на намотката. Тя може да бъде намалена чрез увеличаване на площта на напречното сечение на проводника или чрез редуциране на дължината на намотката. Използването на мед като проводник поддържа баланса между теглото, размера, цената и съпротивлението; добавянето на допълнително количество за увеличаване на диаметъра на проводника, в съответствие с други конструктивни ограничения, намалява загубите.

• Загуби от вихрови токове. Вихровите токове, създадени от магнитни полета, породени от променлив ток, също възникват в намотките.
Намаляването на напречното сечение на проводника намалява вихровите токове. Затова се използват многожилови проводници, за да се постигне необходимото ниско съпротивление и едновременно с това да се ограничат загубите от вихрови токове. На практика това означава, че “намотката” се състои от няколко паралелни намотки.
Тъй като през всяка от тези намотки протича малко по-различен ток, напрежението им също се различава и съответно свързването на краищата им води до възникването на вихрови токове, които, от своя страна, водят до загуби. Това се избягва чрез използването на непрекъснато транспониран проводник (CTC), при който нишките често се транспонират до средните разлики на тока и по този начин изравняват напрежението.

Общите загуби в разпределителните трансформатори в страните членки на EС се оценяват на около 33 TWh годишно. Тази цифра обаче не включва загубите на реактивна мощност и от хармоници, които при консервативна оценка добавят още 5 TWh годишно (или 15% от общата сума на загубите на празен ход и загубите под товар) за всички електроразпределителни дружества и частни разпределителни трансформатори. Следователно, общите загуби от разпределителни трансформатори в EС могат да възлязат на около 38 TWh годишно.

Конвенционални технологии
Според актуално проучване загубите под товар са намалели с около 30 до 50% през последните 40 години. Медните проводници са заменили алуминиевите поради по-ниското им съпротивление и по-добра якост на опън. Дизайнът на проводниците също така е подобрен и чрез въвеждането на непрекъснато транспонирани проводници (един проводник, разделен на няколко плоски подпроводника, които редовно се транспонират), намалявайки загубите от вихрови токове и позволявайки по-добра плътност на намотката.

От друга страна, дизайнът на намотките и подобренията в изолацията правят проводника по-тънък, позволяват работа при по-висока температура и добавят известна диелектрична якост, като също така спомагат за намаляване на загубите под товар чрез подобряване на изтеглянето на топлина и увеличаване на площта на проводника.
Що се отнася до загубите на празен ход, намаляването им през последните 40 години може да се нарече революционно – то е с фактор от 3 до 4. Замяната на горещо валцована стомана със студено валцована стомана преди около 40 години бе последвана от много подобрения в материалите, водещи до разработването на силициевата стомана, която се характеризира с много ниски загуби.

Въвеждането на лазерно рязане на пластините доведе до намаляване на неравностите, подобрявайки по този начин изолацията между пластините и намалявайки загубите на празен ход. Пластините също така са изтънени до 0,1 мм (обикновено между 0,2 и 0,3 мм), което допълнително понижава загубите под товар.

Свръхпроводящи трансформатори
В един свръхпроводящ трансформатор, намотките, изработени от високотемпературен свръхпроводящ материал (HTS), се охлаждат с течен азот при около 77 K, така че съпротивлението е пренебрежимо малко. Загубите под товар, дори и след добавяне на загубите от азотната обработка, могат да бъдат редуцирани с 50%.
Използването на HTS трансформатори в по-голям мащаб е икономически обосновано и ще става все по-атрактивно с подобряване на качеството на охлаждащите системи и спадане на разходите за производство на течен азот. Друг важен фактор е напредъкът в изработката на HTS проводници с големи дължини.

Тези трансформатори имат по-малко тегло и обем и са по-устойчиви на претоварване, но имат около 150 до 200% по висока цена от тази на конвенционалните трансформатори.
И така, в приложения, при които теглото е решаващо (например железопътни превозни средства), трансформаторите са с много по-компактна конструкция (чрез принудително охлаждане), за да се намали теглото им. По този начин ефективността е много по-ниска и редуцирането на теглото спестява два пъти повече енергия. В заключение, HTS трансформаторите са подходящи само за приложения, при които загубите под товар съставляват голяма част от общите загуби, но те все още не са готови за масова употреба.

Аморфни трансформатори
Аморфните сплави се различават от традиционните кристални сплави по своите магнитни и механични свойства (като например твърдост и якост). Пазарният дял на трансформаторите с магнитопровод от аморфни сплави в световен мащаб е значителен, като съответно около 3 милиона от тях са еднофазни и няколкостотин хиляди – трифазни. Това представлява около 5% пазарен дял в световен мащаб, но тази стойност не се отнася за европейския пазар. Проучванията сочат, че развитието на европейския пазар в тази област тепърва започва.

За да се постигне аморфна структура в твърд метал, стопеният метал трябва да се втвърди много бързо, така че да не може да се осъществи кристализация. Необходимата скорост за охлаждане на разтопен метал е около един милион градуса по Целзий в секунда.

При трансформаторните магнитопроводи от аморфни метални сплави ефективността на разпределението на електроенергията се подобрява чрез намаляване на загубите. Ограничаването на загубите варира от 65 до 90% в сравнение с типичните трансформатори от силициева стомана, използвани в Европа при условия на синусоидално натоварване. Аморфната технология е особено подходяща за трансформатори, работещи под нисък товар, тъй като влиянието на хармониците върху загубите на празен ход се намалява.

Увеличаващото се потребление на силова електроника води до значително по-голямо хармонично изкривяване в електроенергийните системи. Високочестотните хармоници водят до увеличаване на загубите в трансформаторните магнитопроводи, особено в тези на разпределителните трансформатори, които използват конвенционални стоманени магнитопроводи.

Разпределителните трансформатори с магнитопроводи от аморфни метали са изключително подходящи за осигуряване на ниска загуба на производителност при нисък товар и при по-високи честоти. Това се дължи на подобрените производствени техники, които позволяват да се произвеждат по-тънки и по-плътни ленти, както и аморфната природа на материала, който има по-високо електрическо съпротивление и позволява обръщане на магнитния поток при ниска консумация на енергия.
От гледна точка на производствените разходи, аморфните трансформатори имат само малко по-високи или почти същите цени като високоефективните конвенционални трансформатори.



Етикети:   енергийна ефективност   трансформатори   трансформаторни загуби   разпределителни трансформатори   електроразпределение  

« Назад
BPVA
Екология и Инфраструктура
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2017 TLL Media        Начало   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media