Статья посвящена анализу внедрения в распределительных электросетях России энергоэффективных трансформаторов после введения в действие стандарта ПАО «Россети» СТО 34.01-3.2-011-2017 от 12 апреля 22017 года. Дана критическая оценка содержания указанного отраслевого стандарта и нормативных значений потерь холостого хода и короткого замыкания. Приводятся аргументы в пользу научного обоснования нормативных значений потерь холостого хода и короткого замыкания. Рассмотрены характеристики линеек энергоэффективных трансформаторов, появившихся в ассортименте крупнейших российских трансформаторных заводов и заводов стран Таможенного союза.
Введение
Всем известно, что 12 апреля состоялся первый полет человека в космос, и в 2021 году отмечалось 60-летие этого события. Но только специалисты в электроэнергетике (и то, наверное, не все) знают, что 12 апреля 2017 года был введен в действие первый документ, определивший характеристики трансформаторов будущего. Этот документ называется «Трансформаторы силовые распределительные 6-10 кВ мощностью 63-2500 кВА. Требования к уровню потерь холостого хода и короткого замыкания». Данному отраслевому стандарту ПАО «Россети» присвоен номер СТО 34.01-3.2-011-2017.
До введения указанного стандарта параметры энергоэффективности определялись нормативными значениями потерь холостого хода (потерь хх) и потерь короткого замыкания (потерь кз) для силовых трансформаторов, определенном в общем перечне характеристик энергоэффективного оборудования постановлением Правительства Российской Федерации от 17.06.2015 № 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности». Однако данный директивный документ предназначен по сути своей для бухгалтерий предприятий, применяющих трансформаторы, а не для трансформаторных заводов, не для конструкторов трансформаторов. Разработчиками же стандарта СТО 34.01-3.2-011-2017 являются «Энертэкс» и ПАО «МРСК Центра» — производитель силовых трансформаторов и эксплуатирующая организация.
Несомненным достоинством стандарта является то, что для производителей силовых трансформаторов появились четкие ориентиры в части параметров потерь, которые являются одними из основополагающих данных при проектировании трансформатора. Причем эти ориентиры «расщеплены» — установлено 4 класса энергоэффективности силовых трансформаторов. Для заводов это открывает широкий маневр в части формирования ассортиментного перечня выпускаемой продукции: чем выше класс энергоэффективности, тем дороже продукция, но тем уже сегмент потребителей.
Важность выхода СТО 34.01-3.2-011-2017 определена еще и тем, что требования к параметрам потерь силовых трансформаторов определялись ГОСТ 11920-85 (для трансформаторов мощностью 1000-80000 кВА) и ГОСТ 12022-76 (для трансформаторов мощностью 25-630 кВА). Оба стандарта не являются действующими. Поэтому не удивительно, что в России до недавнего времени потери электроэнергии при передаче составляли в иные годы до 12 %, см. таблица 1 [1]. При этом доля потерь в силовых трансформаторах по разным оценкам составляет 17-27-38 % [2-3]. В развитых странах (таблица 2 [1]) потери в сетях составляют 6-9 %. Поэтому очевидно, что нормирование характеристик потерь в силовых трансформаторах — актуальнейшая тема.
Таблица 1.Динамика потерь электроэнергии в электрических сетях Российской Федерации за 1994–2013 гг.
| Показатели баланса электроэнергии | Производство электроэнергии | Отпуск электроэнергии в сеть | Потери электроэнергии абсолютные | Потери электроэнергии относительные | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| от отпуска в сеть | от производства | |||||
| Ед. измерения | млрд кВт·ч | млрд кВт·ч | млрд кВт·ч | % | % | |
| Численные значения показателей по годам | 1994 | 875,9 | 794,7 | 79 | 9,94 | 9,02 |
| 1995 | 860 | 781,8 | 83,5 | 10,68 | 9,71 | |
| 1996 | 847,2 | 766,8 | 84,2 | 10,98 | 9,94 | |
| 1997 | 833,9 | 753,6 | 84,4 | 11,2 | 10,12 | |
| 1998 | 826,1 | 750,3 | 93,3 | 12,44 | 11,28 | |
| 1999 | 845,5 | 772,9 | 96,8 | 12,52 | 11,44 | |
| 2000 | 876 | 803,5 | 101,6 | 12,64 | 11,59 | |
| 2001 | 891,3 | 816,9 | 105,51 | 12,91 | 11,84 | |
| 2002 | 891,3 | 819,9 | 107,5 | 13,11 | 12,06 | |
| 2003 | 916,3 | 812,7 | 110,5 | 13,11 | 12,06 | |
| 2004 | 931,9 | 864,9 | 112,6 | 13,02 | 12,08 | |
| 2005 | 953,1 | 875,7 | 112,6 | 12,86 | 11,81 | |
| 2006 | 995,8 | 911,5 | 107,6 | 11,8 | 10,81 | |
| 2007 | 1015,33 | 937,46 | 104,86 | 11,18 | 10,33 | |
| 2008 | 1018,0 | 955,35 | 109,24 | 11,43 | 10,50 | |
| 2009 | 1040 | 965 | 113,9 | 11,79 | 10,95 | |
| 2010 | 1037 | 963 | 113,76 | 11,81 | 10,96 | |
| 2011 | 1053 | 980 | 113,01 | 11,53 | 10,73 | |
| 2012 | 1064 | 990 | 113,48 | 11,46 | 10,66 | |
| 2013 | 1045 | 975 | 114,8 | 11,77 | 10,98 | |
Таблица 2. Относительные потери электроэнергии в электрических сетях и внутренний валовый продукт (ВВП) по паритету покупательной способности (ППС) на душу населения за 2011 год
| № п/п | Страна | Относительные потери, % | ВВП (ППС), $ тыс. на душу населения |
|---|---|---|---|
| 1 | Финляндия | 3 | 40,18 |
| 2 | Германия | 4 | 41,73 |
| 3 | Япония | 5 | 34,29 |
| 4 | Франция | 5 | 38,57 |
| 5 | США | 6 | 49,75 |
| 6 | Китай | 6 | 10,00 |
| 7 | Австрия | 6 | 42,81 |
| 8 | Италия | 7 | 34,63 |
| 9 | Швейцария | 7 | 51,58 |
| 10 | Португалия | 8 | 25,67 |
| 11 | Великобритания | 8 | 34,79 |
| 12 | Испания | 9 | 31,74 |
Анализ содержательной части стандарта СТО 34.01- 3.2- 011-2017
Стандарт примечателен тем, что впервые на законодательном уровне (хотя пока только на отраслевом) определена необходимость закупки силовых трансформаторов с учетом оценки стоимости потерь электроэнергии на протяжении всего нормативного срока его эксплуатации. Корректнее было бы определять полную стоимость владения [4].
Второй важный момент заключается в том, что в стандарт включено требование по указанию на табличке трансформатора (в дополнение к требованию ГОСТ Р 52719-2011) значений потерь хх и кз, а также класса энергоэффективности трансформатора. Необходимо отметить, что автор настоящей статьи еще в 2010 году отмечал такую необходимость, равно как и необходимость учета стоимости потерь за все время эксплуатации трансформатора [5].
Для анализа адекватности нормативных значений потерь для трансформаторов различного класса энергоэффективности (таблицы 1 и 2), сравним данные по требованиям к потерям всех действующих директивных документов в РФ и за рубежом (в странах ЕС). Эти значения приведены в таблицах 3-6.
Таблица 3. Нормативы потерь хх СТО 34.01-3.2-011-2017
Таблица 4. Нормативы потерь кз СТО 34.01-3.2-011-2017
Таблица 5. Значения потерь энергоэффективных трансформаторов в соответствии с постановлением Совета Европы от 21 мая 2014 года
| Ном. мощность, кВА | Вводятся с 1 июля 2015 г. | Вводятся с 1 июля 2021 г. | ||
|---|---|---|---|---|
| Потери х.х., Вт | Потери к. з., Вт | Потери х.х., Вт | Потери к.з., Вт | |
| ≤25 | Ao (70) | Ck (900) | Ao-10 % (63) | Ak (600) |
| 50 | Ao (90) | Ck (1100) | Ao-10 % (81) | Ak (750) |
| 100 | Ao (145) | Ck (1750) | Ao-10 % (130) | Ak (1250) |
| 160 | Ao (210) | Ck (2350) | Ao-10 % (189) | Ak (1750) |
| 250 | Ao (300) | Ck (3250) | Ao-10 % (270) | Ak (2350) |
| 315 | Ao (360) | Ck (3900) | Ao-10 % (324) | Ak (2800) |
| 400 | Ao (430) | Ck (4600) | Ao-10 % (387) | Ak (3250) |
| 500 | Ao (510) | Ck (5500) | Ao-10 % (459) | Ak (3900) |
| 630 | Ao (600) | Ck (6500) | Ao-10 % (540) | Ak (4600) |
| 800 | Ao (650) | Ck (8400) | Ao-10 % (585) | Ak (6000) |
| 1000 | Ao (770) | Ck (10500) | Ao-10 % (693) | Ak (7600) |
| 1250 | Ao (950) | Bk (11000) | Ao-10 % (855) | Ak (9500) |
| 1600 | Ao (700) | Bk (14000) | Ao-10 % (1080) | Ak (7000) |
| 2000 | Ao (1450) | Bk (18000) | Ao-10 % (1305) | Ak (15000) |
| 2500 | Ao (1750) | Bk (22000) | Ao-10 % (1575) | Ak (18500) |
| 3150 | Ao (2200) | Bk (27500) | Ao-10 % (1980) | Ak (23000) |
Отставание наших, российских требований от европейских очевидно. Даже действующие сегодня в странах Евросоюза нормативы у нас определены для 4-го класса энергоэффективности трансформаторов, серии которых, как указано в нашем стандарте, еще не разработаны.
Другой момент отличий нашего стандарта от европейского иначе как курьезным назвать нельзя назвать. В таблице 1 красными кружками отмечены значения нормативов потерь хх для трансформатора мощности 630 кВА классов Х2 и Х3. Логика тренда параметров однозначно требует, что с повышением класса энергоэффективности норматив потерь становится меньшим. Однако в стандарте СТО 34.01-3.2-011-2017 вопреки логике норматив потерь Х3 больше норматива потерь Х2. Это недоразумение необходимо кк можно скорее исправить. Ведь при внедрении класса энергоэффективности Х3 экономическое обоснование приобретение такого трансформатора при определенных уровнях загрузки трансформатора однозначно укажет на предпочтительный вариант более низкого класса энергоэффективности. Тем самым будет дискредитировано само понятие энергоэффективности. Выражаясь простым языком, просто начнется хаос в электроэнергетической отрасли.
Таблица 6. Значения потерь хх и кз энергоэффективных силовых трансформаторов в соответствии с Постановлением Правительства № 600 от 17 июня 2015 года.
| Номинальная мощность трансформатора, кВА | Энергоэффективные трансформаторы | |
|---|---|---|
| Требования к мощности потерь холостого хода, не более, Вт | Требования к мощности потерь короткого замыкания, не более, Вт | |
| 100 | 250 | 1750 |
| 160 | 375 | 2350 |
| 250 | 530 | 3250 |
| 400 | 650 | 4600 |
| 630 | 800 | 6750 |
| 1000 | 1100 | 10500 |
| 1600 | 1700 | 17000 |
| 2500 | 2450 | 25500 |
Анализ процесса внедрения энергоэффективных силовых трансформаторов
Важным этапом в процессе внедрения энергоэффективных силовых трансформаторов стал «Меморандум о сотрудничестве между производителями государств — членов Евразийского экономического союза в сфере производства и применения на территории Союза евразийских энергоэффективных трансформаторов», подписанный 5 декабря 2018 года рядом предприятий государств Евразийского экономического союза:
- «Армэлектромаш» (Республика Армения),
- «МЭТЗ им. В. И. Козлова» (Республика Беларусь),
- НЛМК в г. Екатеринбурге — «НЛМК-Урал» (Российская Федерация),
- «Электрозавод» (Российская Федерация),
- «Алттранс» (Российская Федерация),
- «Электрощит» (Российская Федерация).
Рекомендуемые параметры энергоэффективных трансформаторов и сроки ввода этих нормативов указаны в таблицах 7 и 8. Этот документ является своего рода дорожной картой внедрения энергоэффективного трансформаторного оборудования не только в РФ, но и в странах Евразийского экономического союза.
Другой важный практический момент «распространения» энергоэффективных трансформатора — это требования ДЗО ПАО «Россети» по закупке оборудования не ниже класса энергоэффективности Х2К2. Крупнейший потребитель трансформаторного оборудования лает сигнал и всем остальным потребителям в части перехода на энергоэффективное оборудование.
Российские производители силовых трансформаторов и трансформаторные заводы РБ и РК энергично откликнулись на требование времени. В ассортименте всех крупнейших заводов появились линейки энергоэффективных трансформаторов. характеристики приведены в виде сканированных копий каталогов на рис. 1-6.
Таблица 7. Планируемые характеристики силовых трансформаторов 6-10 кВ мощностью 63 — 2500 кВА до 1 июля 2021 г.
Таблица 8. Планируемые характеристики силовых трансформаторов 6-10 кВ мощностью 63 — 2500 кВА после 1 июля 2021 г.
Выводы
Анализ динамики внедрения энергоэффективного трансформаторного оборудования после ввода в действие отраслевого стандарта СТО 34.01-3.2-011-2017 показывает, что он стал мощным импульсом для энергичного распространения энергоэффективных трансформаторов в России. Все крупные трансформаторные заводы начали выпуск оборудования, соответствующего новым требованиям энергоэффективности.
К сожалению, нормативы показателей хх и кз в нашей стране продолжают оставаться существенно худшими по сравнению с европейскими. Также необходимо в самое кратчайшее время исправить досадные неточности в указанном стандарте.
Автор выражает искреннюю благодарность заводу «Трансформер» за помощь в подборе материалов для данной статьи.
Список литературы
- Воротницкий В. Э., Овсейчук В. А., Кутовой Г. П. «Снижение потерь электроэнергии. Стратегический путь повышения энергоэффективности сетей». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.04.2021.
- «Расчет потерь электроэнергии в электросетях». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.04.2021.
- «Потери в сетях электроснабжающих организаций Удмуртской Республики и пути их снижения. Нормирование технологических потерь электрической энергии». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.04.2021.
- Макаров С. В. «Полная стоимость владения силовым трансформатором». [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.04.2021.
- Савинцев Ю. М., Боков В.А., Карамутдинов Р.Н. Энергоэффективные распределительные трансформаторы: проблемы и надежды. [Электронный ресурс]. Дата обращения 28.04.2021.
Автор: кандидат технических наук, независимый эксперт Ю. М. Соколов-Савинцев
