Бабенко П.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАЦИЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАБОТЫ *
Аннотация:
в работе приведены результаты исследования, посвященного энергоэффективности трансформаторов различных конструкций. Рассматривается использование высокотемпературных сверхпроводников в трансформаторах. Установлены и соотнесены показатели энергоэффективности трехфазного ВТСП трансформатора и аналогичных по мощности аппаратов ТМГ-1000 и ТСЗ-1000
Ключевые слова:
энергоэффективность, силовой трансформатор, высокотемпературные сверхпроводники, потери короткого замыкания
УДК 621.3
Бабенко П.А.
студент 1 курса, направления «Теплоэнергетика и теплотехника»
«Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском
(г. Волжский, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ
ВАРИАЦИЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАБОТЫ
Аннотация: в работе приведены результаты исследования, посвященного энергоэффективности трансформаторов различных конструкций. Рассматривается использование высокотемпературных сверхпроводников в трансформаторах. Установлены и соотнесены показатели энергоэффективности трехфазного ВТСП трансформатора и аналогичных по мощности аппаратов ТМГ-1000 и ТСЗ-1000.
Ключевые слова: энергоэффективность, силовой трансформатор, высокотемпературные сверхпроводники, потери короткого замыкания.
Согласно Стратегии развития электросетевого комплекса РФ на период до 2035 года, на сегодняшний день в стране функционирует более 600 тысяч трансформаторных подстанций, суммарной мощностью 885 тыс. МВА. В соответствии с целевыми технико-экономическими показателями, уровень потерь электрической энергии к 2035 году должен составлять 7,3% от общего объема выработки, в 2019 году этот параметр составлял 10,4%. Одним из ключевых направлений реализации данной государственной программы является модернизация трансформаторного оборудования, отказ от эксплуатации морально и технически устаревших устройств. Таким образом, актуальным и наукоемким направлением научно-исследовательской работы выступает изучение методов снижения потерь в силовых трансформаторах, в том числе за счет совершенствования конструкции.
Отметим, что в международной и отечественной нормативной документации до сих пор не выработан единый критерий, по которому распределительный трансформатор может быть отнесен к числу энергоэффективных. Поэтому в рамках данной работы оценка эффективности работы силового аппарата будет производиться по следующим критериям:
где -потери холостого хода и короткого замыкания, кВт;
S/Sном -отношение мощности нагрузки к номинальной мощности трансформатора.
где и -ток холостого хода и напряжение короткого замыкания, %.
Общие тенденции конструктивного повышения рабочих характеристик заключаются в совершенствовании изоляционных, магнитных и проводниковых материалов. Динамично развивается применение высокотемпературных сверхпроводников, позволяющих снизить активную мощность потерь короткого замыкания, повысить динамическую и статическую устойчивости (за счет ограничения токов короткого замыкания и уменьшения индуктивного сопротивления). Также для таких трансформаторов характерны рост перегрузочной способности, уменьшение габаритов, оптимизация затрат на обслуживание, экологичность и пожаробезопасность.
Средой охлаждения в рассматриваемых устройствах выступает жидкий азот. Провод представляет из себя ленты-подложки с напылением сверхпроводящей керамики и защитного серебряного слоя. Схема ВТСП провода второго поколения приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Конструкция ВТСП провода второго поколения
Отметим, что наиболее целесообразно применение данной технологии для аппаратов большой мощности, ввиду особенностей организации системы охлаждения. Разберем подробнее достоинства и недостатки ВТСПТ.
Рассмотрим технические характеристики следующих аппаратов равной мощности и класса напряжения 10/0,4 кВ: ТСЗ-1000 производства Группы СВЭЛ, г. Екатеринбург, ТМГ-1000 производства ЗАО Трансформер, г. Подольск и ВТСП трансформатор 1 МВА, 10/0,4 кВ ОАО “ЭНИН” [2]. Для всех трансформаторов отношение мощности нагрузки к номинальной мощности трансформатора принимается равным 0,7. Результаты анализа приведены в таблице ниже.
|
|
ТСЗ-1000 |
ТМГ-1000 |
ВТСПТ |
|
Тип обмотки |
Алюминий, медь. Литая изоляция обмоток ВН |
Алюминий, медь. Бумажная или эмалевая изоляция. Конусообразная технология укладки межслойной изоляции. |
ВТСП провод SS Amperium wire, 12 мм, ламинированный нержавеющей сталью и изолированный полиимидной пленкой |
|
Потери ХХ, Вт |
1650 |
1600 |
1100 ±15% |
|
Потери КЗ, Вт |
9200 |
10800 |
600 ±10% |
|
Ток ХХ, % |
1,7 |
0,5 |
0,9 ±30% |
Таким образом, трансформатор с ВТСП обмотками демонстрирует снижение потерь холостого хода в магнитопроводе в 1,5 раза и потерь короткого замыкания более чем в 17 раз, по сравнению с трансформаторами, имеющими обмотку из медных или алюминиевых проводов. Отметим, что стоимость потерь ХХ в несколько раз превышает стоимость потерь КЗ, ввиду переменного графика последних, составляет основную часть капитализированных потерь в трансформаторе. Использование ВТСП материалов в изготовлении трансформаторного оборудования является перспективным методом повышения энергоэффективности работы распределительных силовых устройств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 3
Ссылка для цитирования:
Бабенко П.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАЦИЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАБОТЫ // Вестник науки №5 (62) том 3. С. 629 - 633. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8279 (дата обращения: 26.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+