Почему распределительные устройства с низкими потерями необходимы для промышленных электросетей
Промышленные предприятия являются одними из крупнейших потребителей энергии в любой электрической системе. Электроэнергия, проходящая через распределительные трансформаторы, составляет значительную статью эксплуатационных расходов на металлургических заводах и химических предприятиях, в центрах обработки данных и производственных комплексах. Эффективность трансформаторов долгое время не уделялась должного внимания по сравнению с другими видами оборудования, однако ситуация кардинально изменилась. По мере роста цен на энергию, ужесточения стандартов по выбросам углерода и повышения приоритетности устойчивого развития компаниями низкопотеревые распределительные трансформаторы перестали быть узкоспециализированным требованием при проектировании промышленной электросети и превратились в объект повышенного интереса. Компания Jiangsu Ryan Electric, опираясь на наследие совместного предприятия с Eaton и передовые производственные возможности, способна обеспечить ту эффективность, которая требуется современной промышленности.
Все трансформаторы, независимо от их конструкции, имеют два вида потерь: потери холостого хода (потери в магнитопроводе), возникающие круглосуточно, 365 дней в году, и потери под нагрузкой (потери в обмотках), величина которых изменяется в зависимости от тока. В случае промышленного предприятия, работающего круглосуточно, эти потери напрямую преобразуются в расходы на электроэнергию, которые со временем накапливаются.
Возьмем в качестве примера распределительный трансформатор мощностью 2,5 МВА с загрузкой 80 %. Даже если повысить его КПД на 1 процентный пункт — то есть снизить потери с 1,5 % до 0,5 % — экономия составит около 175 000 кВт·ч/год. При промышленных тарифах на электроэнергию это превышает 15 000 долларов США в год на один трансформатор. При сроке службы 30 лет стратегия экономии позволит получить доход в размере полумиллиона долларов США, что значительно превышает затраты на приобретение оборудования. Значительная экономия достигается в низкопотерных распределительных трансформаторах Ryan Electric за счет использования оптимизированной электротехнической стали для магнитопровода, точно рассчитанных обмоток и передовых методов производства, позволяющих снизить холостые и нагрузочные потери. Общая экономия существенно увеличивает чистую прибыль предприятий, эксплуатирующих несколько трансформаторов.
Сердцевина любого трансформатора с низкими потерями — это его «сердце». Традиционная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью, хотя и эффективна, уже достигла предела своей эффективности. В наших распределительных трансформаторах компания Ryan Electric использует наиболее современные поколения высоко проницаемых ориентированных кремниевых сталей и аморфных металлических сплавов, что позволяет сократить потери в магнитопроводе на 70 % и более по сравнению с традиционными конструкциями.
Геометрия сердечника также играет важную роль в снижении потерь наряду с выбором материалов. Наша конструкция стыков сердечника с пошаговым косым стыком минимизирует воздушные зазоры в местах соединения сердечников, что снижает ток намагничивания и связанные с ним потери. Размеры сердечника оптимизированы с целью максимального использования материала при заданном уровне потерь, чтобы обеспечить наиболее экономически эффективный КПД для каждого конкретного применения. В наших трансформаторах с литой эпоксидной изоляцией и с пропиткой под вакуумом и давлением (VPI) применяются высокотехнологичные системы крепления сердечника, обеспечивающие равномерное распределение давления по пакету сердечника, что позволяет избежать локальных потерь, вызванных механическими напряжениями. Каждый из наших вариантов конструкции сердечника проходит углублённые испытания в наших лабораториях, аккредитованных CNAS, что гарантирует соответствие расчётных значений КПД реальным результатам в эксплуатации.
При малой нагрузке преобладают потери в сердечнике, однако при увеличении нагрузки возрастают потери в обмотках, которые в основном I²R потери в обмотках становятся значимыми. Эти потери устраняются за счёт применения нескольких конструктивных инноваций в низкопотерных распределительных устройствах.
Обмотки трансформаторов Ryan Electric выполнены из меди высокой проводимости вместо алюминия, что снижает потери на сопротивление примерно на 40 % при одинаковом поперечном сечении. Наши методы намотки обеспечивают достаточную точность для поддержания постоянного расстояния между витками и позволяют достичь жёстких допусков, что уменьшает потери на вихревые токи — эти потери возрастают с ростом уровня гармонических составляющих в промышленной среде. В случае крупногабаритных устройств мы применяем транспонированные проводники, которые минимизируют циркуляционные токи в многослойных обмотках, дополнительно снижая потери. Процедура вакуумно-давлениевой пропитки (VPI), используемая в наших сухих и маслонаполненных трансформаторах, устраняет воздушные полости, вызывающие локальный нагрев и увеличение сопротивления. Потери нагрузки находятся на уровне, значительно превосходящем отраслевые стандарты, обеспечивая высокую эффективность, которая возрастает с каждым ампером протекающего тока.
Помимо прямых экономических преимуществ, распределительные устройства с низкими потерями играют ключевую роль в выполнении обязательств по устойчивому развитию и соблюдении нормативных требований. Давление на промышленные предприятия по всему миру усиливается: от них требуется сокращение углеродного следа — будь то корпоративные экологические цели, государственное регулирование или требования заказчиков к их цепочкам поставок.
Эффективность трансформаторов, выраженная в сэкономленных киловатт-часах, приведёт к снижению косвенных выбросов углерода на объекте в соответствии с предельной нормой выбросов электросети. В компаниях, использующих системы отчётности, такие как Глобальная инициатива по раскрытию информации (GRI) или Инициатива по научно обоснованным целевым показателям (SBTi), такие сокращения напрямую влияют на выполнение климатических обязательств. Более того, требования к эффективности продолжают ужесточаться по всему миру — например, недавние нормативы для трансформаторов, принятые Министерством энергетики США, или директива Европейского союза по экодизайну. Низкопотеревые распределительные устройства компании Ryan Electric разработаны так, чтобы превосходить существующие требования, и с учётом будущих стандартов, что защищает заказчиков от риска устаревания оборудования из-за изменений в регулировании.
Мы соответствует стандартам IEEE и UL, CE и другим международным нормативам по эксплуатационным характеристикам и сертифицированы независимыми организациями ASTA, DEKRA и CSA, которые осуществляют верификацию эффективности. Для заказчиков, включая центры обработки данных Microsoft и национальные энергосети более чем в 50 странах, компания Ryan Electric поставляет распределительные устройства, позволяющие снизить эксплуатационные расходы, способствуют достижению целей устойчивого развития и соответствуют динамично развивающимся глобальным стандартам — качествам, необходимым как современным, так и будущим промышленным электрическим сетям.
EN
