Энергопотери в распределительных трансформаторах

Самые малые из встречающихся в энергосистемах трансформаторы, которые обеспечивают подачу промышленным или бытовым потребителям, относятся к распределительным. На рисунке 2 схематично представлена активная часть типичного трехфазного распределительного трансформатора с железным сердечником и медными или алюминиевыми обмотками.[1]

Рисунок 2 – Активная часть трехфазного трансформатора

Потери энергии в трансформаторах бывают двух видов:

- Потери холостого хода, или «в железе», т. е. затраты на создание магнитного поля в металлическом сердечнике при подключении трансформатора к сети даже в отсутствие нагрузки.

- Потери нагрузки, которые вызваны сопротивлением обмоток, токами Фуко, циркулирующими при активной работе трансформатора как в сердечнике, так и в корпусе – иначе называемыми «потери в меди».

На самом деле трансформаторы, используемые в энергоснабжении, относятся к разряду механизмов с одним из самых высоких КПД. В них нет подвижных частей, и большие трансформаторы, установленные на электростанциях и в электротранспортных системах, имеют КПД свыше 99,75 %. Распределительные трансформаторы могут иметь КПД чуть меньший, но все равно около 99 %. Однако, несмотря на высокий КПД каждого отдельного трансформатора, потери происходят на каждом участке движения электроэнергии, связанном с ее преобразованием по напряжению. Даже в самых современных сетях потери на трансформаторное преобразование достигают 10 %, причем такие потери выше при малой или, наоборот, высокой нагрузке.

Принципиально cхема организации системы энергоснабжения во всем мире одинакова, а рознятся лишь значения применяемого высокого напряжения. Так, в Европе напряжение на участке производства на электростанции составляет 10–20 кВ переменного тока с последующим увеличением до 275–400 кВ для транспортировки при помощи ЛЭП.[8]

В районе потребления производится понижение напряжения до величины 110–150 кВ. Именно при таких величинах напряжения электроэнергия обычно продается местным компаниям, осуществляющим ее распределение. При поставке энергии крупным промышленным предприятиям, возможно, величина напряжения не меняется, а при подводе к местным пунктам распределения напряжение снижается до величины 10–20 кВ и в таком виде поставляется на небольшие промышленные объекты, школы, больницы и другие общественные объекты, где преобразование будет осуществлено в соответствии с потребностями.

И в конце концов на распределительных подстанциях вблизи точек потребления производится последнее преобразование – понижение величины напряжения до стандартного во всей Европе уровня 400/230 В. Такая схема организации транспортировки и распределения с четырьмя уровнями напряжения является стандартной независимо от того, используется ли при этом подземные или воздушные способы организации подачи.

Одной из причин того, что именно такая схема была выбрана в качестве стандартной, является опыт, доказывающий ее оптимальность с точки зрения затрат, баланса спроса и предложения и величины (минимальной) потерь. При этом фактическое положение вещей несколько иное. Так, продолжают функционировать созданные ранее сети с промежуточными величинами напряжения, такими как 66, 50 кВ и др. Их доля медленно, но неуклонно снижается по мере обновления основных фондов, но все еще составляет значительную величину.

Более 40 % общих потерь в энергосистемах (исключая потребителей) приходится на распределительные трансформаторы. Остальное приходится на кабели и ЛЭП.

Современные распределительные сети весьма сложны. Трансформаторы могут находиться или под полной нагрузкой весь год, или, наоборот, почти ненагруженными, выполняя резервную роль или из-за просчета в планировании спроса. При проектировании распределительной сети рассчитываются различные факторы: оптимизация нагрузки пространственная, по времени суток и сезонам, необходимость дублирования и, наоборот, обходных путей на случай непредвиденных обстоятельств. Решение задачи по оптимизации осложняется тем, что не все переменные величины являются достоверными на момент проектирования, а также тем, что изменение существующей инфраструктуры может оказаться чрезвычайно дорогим. Однако современные технологии управления сетями включают даже такое мероприятие, как периодическое временное перемещение распределительных трансформаторов на другие участки сети при изменении нагрузок или эксплуатация в режиме перегрузки, что не может не сказаться на величинах потерь.

2 Энергосбережение в России: проблемы внедрения энергоэффективных трансформаторов

Поиск по сайту: