![«Планета Электрика» представляет: новые модификации ПЧВ3 [M01] от ОВЕН мощностью до 450 кВт](https://img.elec.ru/BA0Wyf0WKgfAoTFZ2hIIk1J1rWW1SAb1imf8gAN7n_4/rs:fit:90:60/ex:1:ce/g:sm/aS81OC8xZi81ODFm/NjcyNzliOTQ2OWU0/Zjk1YWMxNDIxYzFj/ZmI3MDBjZDZhMDY3/LmpwZw)
Статья посвящена дальнейшему развитию теоретических аспектов обеспечения функционирования электроэнергетического комплекса, а именно: разработке методологических основ важнейшей процедуры — оптимизации продуктов трансформаторного производства — силовых/распределительных трансформаторов. Анализируются возможности и направления снижения материалоемкости силового/распределительного трансформатора. Сделана попытка создания упрощенной математической модели для определения предела оптимизации силового трансформатора.
Введение
Причиной актуальности темы сокращения материалоемкости силового/распределительного трансформатора является текущая ситуация на рынке: пандемия «встряхнула» экономики всех стран. Откликом этой встряски стали и структурные изменения в промышленности, и сокращение темпов роста производства, и ужесточение конкуренции во всех отраслях. Не обошли изменения и трансформаторную отрасль.
Как сообщало в начале 2021 года Минэнерго, в нашей стране электропотребление по итогам 2020 года снизилось на 2,3 % по сравнению с 2019 годом [1]. Наряду с другими факторами это привело снижению потребности в силовых трансформаторах. Таким образом ужесточилась и без того сильная конкуренция среди производителей силового высоковольтного оборудования.
В условиях конкурентной борьбы все производители трансформаторов стали искать пути снижения затрат на свою продукцию ради одной цели — снижения цен на них.
Анализ направлений и возможностей сокращения материалоемкости силовых/распределительных трансформаторов
Самой существенной статьей затрат в производстве трансформаторов являются расходы на активные материалы. При этом, как указывал автор в одной из статей [2], за последние 5 лет из-за роста цен на активные материалы, цены на трансформаторы в среднем должны были увеличиться, в среднем, более чем на 50 %.
Поэтому в конструкторских подразделениях трансформаторных заводов активизировалась работа по минимизации массы трансформаторов за счет сокращения массы магнитопроводов и обмоток. В настольной книге П. М. Тихомирова [3] всех конструкторов силовых распределительных трансформаторов анализируется взаимосвязь и взаимовлияние различных параметров трансформаторов между собой. Там же определены рабочие диапазоны изменения электрических и относительных габаритных характеристик, в пределах которых они могут изменяться у реальных конструкций.
Автор уже касался тем взаимосвязи изменения электрических характеристик трансформатора (потерь ХХ и КЗ) с массовыми характеристиками и ценой трансформатора [4]. В этой работе представлена методика, с помощью которой можно оценить адекватность изменения цены на трансформатор при изменении его потерь холостого хода и короткого замыкания. В статьях [2, 5] автор изложил разработанные им упрощенные методик оценки приемлемости декларированных параметров мощности масляных и сухих силовых распределительных трансформаторов.
Однако ужесточившаяся конкурентная борьба и инициированная ей оптимизация и минимизация массовых и габаритных характеристик требует разработки новых методик оценки качества усовершенствованных конструкций в аспекте не только оценки адекватности декларированных номинальных характеристик мощности трансформатора, но и диапазона изменений массовых характеристик, в пределах которых сохраняется работоспособность трансформатора.
Как показано в [3] изменение массы активных материалов для заданной номинальной мощности трансформатора может быть достигнуто двумя способами: изменением индукции и изменением основного габаритного параметра трансформатора — отношения средней длины окружности канала между обмотками ВН и НН к высоте обмотки (устоявшееся обозначение этого параметра — β).
На рис.1 приведен график из монографии П. М. Тихомирова ([3] стр. 147) зависимости массы активных материалов при изменении параметра β.
На рис. 2 показан график из упомянутой монографии ([3, стр. 489], который отражает зависимость массы магнитопровода от изменения индукции в стержне. Как видно из зависимостей на рис. 1 и 2, уменьшение массы активных материалов обеспечивается:
- уменьшением параметра β — трансформатор становится более «худым» и коротким, но более высоким;
- увеличением индукции — трансформатор сокращается в размерах при сохранении постоянства параметра β для сохранения постоянным напряжения короткого замыкания.
Математическая модель расчета изменения массовых параметров силовых/распределительных масляных трансформаторов
Ниже дана формула из работы П. М. Тихомирова [3, стр. 489], описывающая зависимость изменения относительной массы стали магнитопровода от изменения индукции, график которой изображен на рис. 2 (в формуле сохранены обозначения автора):
На основании этой формулы автором статьи получена зависимость для относительного изменения массы активных материалов. Для этого необходимо в приведенные расчёты добавить изменение массы обмоток, которое вызвано изменением размера магнитопровода при изменении индукции. Относительное изменение массы обмоток, как это следует из формулы Г. Н. Петрова ([3, стр. 106], приведенной ниже, пропорционально относительному изменению диаметра стержня магнитопровода в степени 1,5 (в формуле сохранены обозначения П. М. Тихомирова):
Таким образом, изменение массы активных материалов для сухих трансформаторов равно:
G=0.76·Gст.н+0.24·Gоб.н
где:
Коэффициенты 0,76 и 0,24 — статистические весовые коэффициенты доли массы магнитопровода и массы обмоток в общей массе активных материалов.
Графическое представление последней зависимости приведено на графике.
Как и в монографии П. М. Тихомирова, относительное изменение индукции принято от индукции 1,45 Тл.
На нижеследующем графике приведено относительное изменение массы активных материалов при изменении β, полученное автором для трансформатора ТМ-1600/35.
Выводы
На основе изложенных выше зависимости можно сделать два фундаментальных вывода:
- Изменение индукции при заданной номинальной мощности трансформатора позволит сократить массу активных материалов до 30 %.
- Изменение параметра β для тех же условий позволит сократить массу активных материалов ориентировочно на 10 %.
Дальнейшая «экономия» активных материалов приведет к фактическому обману покупателя: масса активных материалов не позволит обеспечить соблюдение требований стандартов по перегрузочной способности трансформатора.
Автор: эксперт по специальным техническим разработкам, кандидат технических наук Юрий Михайлович Соколов-Савинцев.
Список литературы.
- «РИА Новости»/«Прайм». Финансовые новости. [Электронный ресурс]. Дата обращения 26.07.2021
- Савинцев Ю. М. «"Кот в мешке": как проверить реальную мощность трансформатора?» [Электронный ресурс]. Дата обращения 26.07.2021
- Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для ВУЗов. — 5-е изд. перераб. и доп.//Энергоатомиздат. — 1986. 528 с.
- Савинцев Ю. М. «Энергоэффективность в трансформаторостроении — время пришло» [Электронный ресурс]. Дата обращения 26.07.2021.
- Савинцев Ю. М. «Сухие силовые распределительные трансформаторы: на рынок пришли изменения» [Электронный ресурс]. Дата обращения 26.07.2021.
Автор публикации выражает искреннюю благодарность заводу «Трансформер» за помощь в подборе материалов для работы.
