Что такое сухой трансформатор и как он работает?
Для преобразования электрических величин при передаче и потреблении используется различное трансформаторное оборудование. Среди большого разнообразия данного типа электрических машин существуют модели с различным типом изоляции, количества фаз и охлаждения. Отдельным видом трансформаторного оборудования является сухой трансформатор, который постепенно вытесняет маслонаполненные агрегаты.
Что такое сухой трансформатор?
Понятие сухого трансформатора подразумевает, что пространство между обмотками и корпусом не заполнено жидким диэлектриком. Идея сухих преобразователей появилась относительно давно, однако их практическая реализация всячески тормозилась из-за отсутствия подходящих технических средств.
Поэтому на начальных этапах их изготавливали для внутренней установки в сухих помещениях, маломощных приборов с закрытым корпусом, лабораторных образцов и т.д. Но с появлением технологий и материалов, которые позволили не накапливать влагу из окружающего пространства, их сфера применения расширилась и на открытую часть электроустановок высоковольтного напряжения.
Конструкция и принцип работы
Конструкция сухого трансформатора
Конструкция сухого агрегата практически не отличается от классического масляного трансформатора.
Среди элементов силовых трансформатором с воздушным охлаждением выделяют:
- Магнитопровод – является элементом передачи магнитодвижущей силы между обмотками. Чаще всего изготавливается из шихтованной, ленточной или пластинчатой стали. По конструкции сердечники трансформаторов сухого типа могут быть стержневыми, кольцевидными или броневыми.
- Обмотки – представляют собой элемент для протекания электрического тока и формирования электромагнитного взаимодействия, последующей генерации ЭДС и МДС. Для изготовления обмоток применяются медные или алюминиевые проводники, круглого или прямоугольного сечения. Как и в силовых масляных трансформаторах, обмотки высокого напряжения размещаются на обмотках низкого, а в маломощных могут разноситься по полюсам сердечника.
- Изоляция обмоток – применяется для электрического отделения токоведущих частей от заземленных, их защиты от воздействия окружающей среды. Литая изоляция производится электротехническим лаком, полиамидными и эпоксидными смолами, может покрываться полимерными составом, пропитанной тканью и прочими. В состав большинства материалов включаются антипирены – вещества, приводящие к самозатуханию при возгорании.
- Соединительные стяжки, болты, рамы, распорки и другие вспомогательные детали, обеспечивающие надежное закрепление и фиксацию всех частей. В каждой конкретной модели могут применятся все или только некоторые из вышеперечисленных.
- Защитный кожух или корпус – необходим для предотвращения приближения к токоведущим частям на недопустимое расстояние. Изготавливается специальный кожух из металла, а при работе заземляется.
- Изоляторы – необходимы для вывода концов обмоток высокого и низкого напряжения через корпус.
Принцип действия заключается в подаче напряжения на первичную обмотку сухого трансформатора, после чего по ней начинает протекать электроток. От направленного движения заряженных частиц возникает электромагнитный поток, наводящий во вторичной обмотке ЭДС. Которая и обеспечивает разность потенциалов во вторичной обмотке и возможность для протекания тока при подключении номинальной нагрузки.
Всего существует три типа обмоток в сухих агрегатах – открытые, монолитные и литые. Из-за применения монолитных и литых обмоток трансформаторы этой серии значительно хуже отводят тепло, поэтому в них используются проводники большего сечения. А в ходе работы отвод тепловой энергии может потребовать принудительной подачи воздуха или большего пространства в корпусе, наличия дополнительных вентиляционных каналов для отвода воздушных масс.
Рис. 5. Система вентиляции трансформатора
Технические параметры
Перед установкой сухого трансформатора важно точно определить его технические характеристики, которые предоставят базовую информацию о пригодности агрегата для работы в тех или иных условиях.
Среди наиболее важных параметров выделяют:
- Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
- Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
- Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.
- Коэффициенты потерь холостого хода и короткого замыкания.
- Степень пыле- влагоустойчивости и климатического исполнения – определяет внешние условия, при которых допускается эксплуатировать агрегат и сохраняется прочность изоляции.
- Габаритные размеры и масса сухого трансформатора.
Область применения
Рис. 7. Практическое применение сухих трансформаторов
В виду повсеместного использования электрической энергии для всех производственных и технологических процессов сухие трансформаторы, как высоковольтные преобразователи имеют довольно широкое применение. Их используют для электроснабжения систем наземного электрифицированного транспорта, тяговых и трансформаторных подстанций, питания производственных цехов. Кроме промышленного сектора сухие агрегаты используются в сельскохозяйственной отрасли, для торговых комплексов, курортных баз и поселков. В быту они применяются для электропитания многоквартирных домов, школ и дошкольных заведений.
Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.
Преимущества и недостатки
В сравнении с широко применяемыми маслонаполненными электрическими машинами, сухие трансформаторы обладают рядом преимуществ:
- Не наносят вреда экологии местности в случае аварийной ситуации, в отличии от вытекающего трансформаторного масла.
- Более просты в обслуживании – нет нужды контролировать химический состав трансформаторного масла, температуру вспышки, производить слив для вскрытия крышки и т.д. Что существенно сокращает затраты собственника на текущее содержание сухого трансформатора.
- Обеспечивает высокую степень безопасности в аварийных ситуациях – отсутствует угроза возгорания масла, температурного расширения с последующим взрывом и т.д.
- Отличаются простотой конструкции, так как нет необходимости обеспечивать герметичность корпуса.
- Мощные модели обладают сравнительно меньшим весом из-за отсутствия жидкого диэлектрика.
Но, наряду с преимуществами сухие трансформаторы обладают и некоторыми недостатками. Во-первых, такое оборудование будет иметь сравнительно большие габариты, которые увеличиваются пропорционально увеличению мощности трансформатора. Это обуславливается необходимостью обеспечить достаточную ширину воздушного зазора для охлаждения. Во-вторых, из-за применения литой изоляции при низких температурах или их перепадах возможно механическое напряжение в диэлектрике, что может привести к его локальному разрушению в трансформаторе.
Сухие трансформаторы: конструкция и технические характеристики
На сегодняшний день вопрос обеспечения качественного оборудования для линий электроснабжения стоит очень остро. В нашей стране для таких целей, как передача электричества потребителю, используют сухие трансформаторы – устройства, способные преобразовывать напряжение (повышать или понижать его), изменять фазность тока. В этой статье мы максимально подробно разберемся в том, что из себя представляет сухой трансформатор, как он устроен, а также узнаем, как выбрать сухой трансформатор.
Что такое сухой трансформатор, сфера применения устройства
Огромным преимуществом такого устройства является тот факт, что устанавливать его можно и на улице, и в помещении. И что, действительно, важно, чтобы его установить, не требуется каких-то особых условий, специализированных сооружений и т.д.
Особенности конструкции сухого трансформатора, их технические характеристики
В низковольтных используется естественная система охлаждения: воздушные массы естественным путем попадают в вентиляцию преобразователя и, собственно, охлаждают все токоведущие конструктивные элементы. Высоковольтные же могут охлаждаться как путем искусственного обдува, так же и с естественным охлаждением.
Конструкция высоковольтного сухого трансформатора включает в себя следующие элементы:
сердечник или магнитопровод;
обмотки ВН и НН;
ПБВ, при необходимости корпус.
Что касается технических характеристик, то стоит отметить, что они довольно существенно отличаются друг от друга в зависимости от производителя устройства, заявленной мощности.
Преимущества и недостатки сухих трансформаторов, особенности обслуживания
К несомненным плюсам стоит отнести:
стальной корпус, позволяющий минимизировать потери в сети;
легкий вес и малые габариты;
универсальность в плане возможности установки в любых условиях;
простоту монтажа и отсутствие дополнительных условий для установки;
экологическая безопасность, безвредность для окружающей среды и человека;
Обслуживать эти устройства очень просто, что также нельзя не отметить как преимущество. Достаточно проверять систему вентиляции преобразователя раз в полгода, прочищать ее, освобождать другие конструктивные элементы устройства от грязи и пыли.
Среди основных преимуществ сухих трансформаторов стоит отметить, что они обладают более низкой в сравнении с масляными моделями перегрузочной способностью.
Основным и главным недостатком данных устройств, является высокая стоимость оборудования.
Типы и виды сухих трансформаторов — технические характеристики
Сухой трансформатор – техническое оборудование, преобразовывающее переменный электроток. Оборудование нагревается при функционировании. По данной причине в нем предусматривается охлаждающая система. В современных сухих трансформаторах эффективная тепловая защита работает на воздушном охлаждении. Основные достоинства сухих агрегатов перед стандартными масляными – небольшие габариты, легкость применения.
Технические характеристики сухого трансформатора
В настоящее время сухие трансформаторы выбираются для работы в разных электрических системах, поскольку отличаются хорошими техническими параметрами:
- безопасностью – среди деталей конструкции нет горючих материалов. Аппараты замечательно переносят тряску;
- комплектацией прочным защитным кожухом – уменьшение рисков поражения работников током во время функционирования трансформатора;
- возможностью установки в сухих закрытых помещениях, которые отвечают повышенным требованиям к противопожарной безопасности;
- применением внутри помещений с влажностью не больше 80% или в умеренных климатических условиях;
- легкостью обслуживания – нет необходимости в замене масла, как в случае использования масляных трансформаторов.
Оборудование в зависимости от исполнения подходит для электрического снабжения жилого сектора, перерабатывающих нефть, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятий, а также машиностроительных заводов, транспорта и проч.
Конструкционные особенности сухих трансформаторов
Строение сухих трансформаторов похоже на конструкцию масляных аналогов и предполагает наличие обмотки (напряжения низкого/высокого), отводов, магнитопровода, изоляции, кожуха для защиты. Аппараты, имеющие мощность не более 2500 кВт, способны охлаждаться благодаря природной циркуляции воздуха. Что касается мощнейших агрегатов, воздух перегоняется при помощи специальных вентиляционных устройств.
В специальном защитном кожухе расположены обмотки. Каждый сухой трансформатор имеет охлаждающую и защитную среду – воздух, который окружает конструкцию. Его нельзя считать таким же эффективным изолятором, как масло в масляных агрегатах. По данной причине сухие трансформаторы имеют дополнительную изоляцию. Обмотки пропитаны смолой для ее усиления.
Типы сухих трансформаторов
Подбирая силовой агрегат для проекта электроснабжения, важно брать во внимание, какие виды сухих трансформаторов доступны в продаже.
- С литой изоляцией. Силовые модели известны как ТСЛ. Они отличаются монолитным строением. Заливка изоляции обмоток выполняется в глубоком вакууме. Пропитка приводов делается лаком, в последствии запекается. Благодаря такому подходу к производству удается получить оборудование с высокими техническими характеристиками. ТСЛ проявляют стойкость к загрязненным, агрессивным средам.
- Функциональные силовые трансформаторы (сокращенно ТС/ТСЗ) – обмотки с изоляцией, которая пропитана технической смолой. Оборудование имеет защитный кожух. При желании заказчика модель поставляется в открытой конструкции.
- ТСЗГЛ и ТСГЛ — в моделях применяется литая изоляция, сделанная геафоли для улучшения стойкости агрегата к нагреву. Аппараты такого типа относятся к классу F.
Сухие трансформаторы эксплуатируются в среднем до 20 лет, что практически на 10 лет больше, чем масляные аналоги. Важно брать во внимание, что масляные трансформаторы служат дольше только в случае регулярной замены масла. В пользу сухих аппаратов говорит возможность сохранять время и средства на обслуживании. Также представленное оборудование является полностью безопасным для потребителей электрической энергии.
Сухие силовые трансформаторы: жесткая альтернатива
В Интернете, в печатных СМИ периодически появляются публикации, в которых противопоставляются масляные и сухие силовые трансформаторы. «ИЛИ-ИЛИ» — так можно кратко резюмировать суть этих статей. А ведь та или иная конструкция, тот или иной технический объект появляется на свет как ответ технического интеллекта на вызов потребностей общества. И масляные, и сухие трансформаторы появились в результате развития электротехники как составного компонента научно-технического прогресса.
Немного истории. Как известно, первая электропередача на переменном токе была осуществлена в 1883 году для освещения Лондонского метрополитена [1, 2]. Длина линии при этом составляла
23 км. Напряжение повышалось до 1,5 кВ с помощью трансформаторов, которые были созданы в 1882 г. Л. Голяром и Д. Гиббсом во Франции. На деревянной подставке укреплялось несколько индукционных катушек, магнитопровод был разомкнутым, первичные обмотки соединялись последовательно. Вторичная обмотка была секционирована, и каждая секция имела по два вывода для подключения приемников. Для регулирования напряжения на вторичных обмотках использовались выдвижные сердечники. Современные трансформаторы имеют замкнутый магнитопровод и их первичные обмотки включены параллельно. Первый патент на такие трансформаторы получил венгерский электротехник М. Дери (в феврале 1885 г.). Наиболее совершенные однофазные трансформаторы (без больших электромагнитных потерь, с замкнутым магнитопроводом) были сконструированы венгерскими инженерами М. Дери (1854–1934), О. Блати (1860–1939) и К. Циперновским (1853–1942). Именно эти специалисты впервые применили термин «трансформатор». Они предложили также три модификации трансформаторов, которые применяются до настоящего времени: кольцевой, броневой и стержневой. Такие трансформаторы серийно выпускались электромашиностроительным заводом «Ганц и Ко» в Будапеште.
Все упомянутые выше трансформаторы были «сухого» типа, т.е. охлаждение обмоток при работе трансформатора происходило за счет естественной воздушной конвекции — «сухим» способом.
Масляный трансформатор предложил швед Д. Свинберн в 1889 г. , поместив обмотки в керамический сосуд с маслом. В 1891 г. на заводе «Эрликон» (в Швейцарии) был изготовлен первый масляный трансформатор на высокое по тому времени напряжение 30 кВ.
Необходимо отметить, что все описанные выше изобретения представляли собой однофазные электрические машины.
В 1889 г. выдающийся русский ученый и изобретатель М. О. Доливо-Добровольский в результате исследований пришел к связным трехфазным системам и изобрел трехфазный трансформатор. Аналогичные работы велись и в Европе, где в 1893 году в Швеции была запущена одна из первых коммерческих трехфазных линий электропередачи [3].
Первая половина ХХ века — это мировой экономический кризис и Вторая мировая война. Поэтому начавшееся в конце XIX — начале XX века бурное развитие и совершенствование электрооборудования, распределительных электрических сетей продолжилось уже в послевоенные годы. При этом в СССР началом производства силовых трансформаторов можно считать 1928 год, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод). В этот период производились и эксплуатировались в основном силовые масляные трансформаторы, поскольку их конструкция обеспечивает более мощный отвод тепла и, тем самым, не ограничивает мощность трансформаторов.
Хотя маломощные однофазные сухие трансформаторы применялись в устройствах радиотехники, автоматики, сигнализации, связи и т.п. еще в первой половине прошлого века, технология производства силовых сухих трехфазных трансформаторов, предназначенных для преобразования электроэнергии в электросетях и электроустановках, была разработана намного позднее — в последней трети прошлого века.
Подробное описание конструкции различных типов сухих силовых трансформаторов, а также их преимущества и недостатки представлены подробно в статьях [4-7].
Электротехнические характеристики трансформаторов производства одного из лидеров мирового трансфор-маторостроения — фирмы АВВ, представлены в табл. 1.
| Номинальная мощность, кВА | Номинальное напряжение ВН/НН, кВ | Напряжение КЗ, % | Потери ХХ, Вт | Потери КЗ, 75°С, Вт | Уровень шума, dB |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 | 10/0,4 | 6 | 730 | 3400 | 53 |
| 315 | 10/0,4 | 6 | 360 | 5000 | 55 |
| 400 | 10/0,4 | 6 | 1000 | 5700 | 55 |
| 500 | 10/0,4 | 6 | 1150 | 6100 | 56 |
| 630 | 10/0,4 | 6 | 1400 | 6600 | 56 |
| 800 | 10/0,4 | 6 | 1800 | 7700 | 58 |
| 1000 | 10/0,4 | 6 | 1950 | 8800 | 59 |
| 1250 | 10/0,4 | 6 | 2300 | 10 500 | 60 |
| 1600 | 10/0,4 | 6 | 2750 | 12 700 | 61 |
| 2000 | 10/0,4 | 6 | 3200 | 15 500 | 62 |
| 2500 | 10/0,4 | 6 | 4200 | 19 000 | 64 |
Можно выделить два основных типа сухих силовых трансформаторов (помимо того, что обмотки изготавливаются либо из меди, либо из алюминия): с литой изоляцией и воздушно-барьерной изоляцией (открытые обмотки).
На современном этапе развития сухих трансформаторов используется заливка изготовленных обмоток эпоксидными компаундами. Подобные трансформаторы на сегодняшний день выпускаются как за рубежом, так и в России и странах СНГ (МЭТЗ им. В.И. Козлова РБ, ЗАО «Трансформер» г. Подольск; ГК «СВЭЛ» г. Екатеринбург и другие). Существует две технологии изготовления сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией: 1) вакуумная технология; 2) ровинговая технология.
При производстве сухих трансформаторов по вакуумной технологии готовые обмотки трансформатора заливают в вакууме эпоксидным компаундом с кварцевым наполнителем (т.н. геафоль), процесс подготовки которого также происходит в вакууме. До конца 50-х г г. прошлого века повсеместно применялась технология заливки высоковольтных обмоток сухих трансформаторов эпоксидной смолой в воздухе. В соответствии с этой технологией обмотки высокого напряжения пропитывались изоляционным диэлектриком, а затем осуществлялась их сушка. Высоковольтные обмотки трансформатора, залитые по такой технологии, имели низкое качество, поскольку в составе катушек имелись различные примеси и микропоры, заполненные воздухом, что во многих случаях приводило к повышенным значениям частичных разрядов, быстрому старению изоляции, снижению срока службы трансформатора, а в некоторых случаях могло вызвать даже аварийный пробой изоляции. Простота технологии изготовления пропитанных в воздухе обмоток приводила также и к другим, крайне нежелательным, последствиям: обмотки подвергались увлажнению и абсорбции влаги, что опять-таки вызывало поверхностные разряды и ускоренное старение изоляции; трансформаторы с такими обмотками не обладали необходимой механической прочностью, стойкостью к токам короткого замыкания и были достаточно громоздкими.
Вакуумная технология заливки обмоток трансформаторов, пришедшая на смену заливке обмоток в воздухе, позволила полностью исключить из состава изоляции различные примеси и газовые микропоры, значительно улучшила диэлектрическую прочность изоляции по отношению к частичным разрядам. Обработанные по этой технологии обмотки получались закрытыми со всех сторон эпоксидной оболочкой толщиной от 5 до 20 мм, что придавало им необходимую жесткость, защищало от влаги и воздействия агрессивной среды. Конструкция и технология производства сухих трансформаторов на самом высоком техническом уровне были разработаны известной фирмой TRAFO-UNION, которая продала свою лицензию многим фирмам. Таким образом, вакуумная технология заливки обмоток распространилась на многие трансформаторные заводы и к середине 1970-х гг. стала господствующей при производстве эпоксидных трансформаторов.
Трансформаторы, изготовленные по описанной выше вакуумной технологии считались безотказными в любых условиях эксплуатации, даже в самых экстремальных. Но по мере увеличения количества трансформаторов в эксплуатации, стали выявляться следующие недостатки:
- образование трещин в эпоксидном корпусе обмотки при перегрузке порядка 60. 80% номинальной мощности трансформатора, первоначально находившегося в холодном состоянии, или при охлаждении обмоток отключенного трансформатора до температуры ниже -15. -20°С; образование трещин было вызвано тем, что при резких перепадах температур быстро нагревающийся материал обмотки (медь) разрывал эпоксидно-кварцевый корпус обмотки.
- недостаточная стойкость к динамическим усилиям короткого замыкания; обмотки высокого и низкого напряжения составляют два независимых цилиндра обмоток, механическая прочность крепления которых в некоторых случаях оказывается недостаточным.
- В результате исследований фирмой АВВ была разработана новая технология производства трансформаторов с литой изоляцией: путем герметизации слоевых обмоток с использованием чистой смолы и стеклонитей. Идея блочной обмотки заключается в том, что обмотки низкого и высокого напряжения связаны друг с другом посредством реек из стеклопластика и образуют единый твердый блок.
Используя заполнение стекловолокном приблизительно на 80% и оптимальным образом сочетая поперечные и крестообразные направления стекловолокон в процессе намотки, удается получить чрезвычайно прочный блок обмоток с высокой механической прочностью, что исключает любое перемещение обмоток под действием поперечных или продольных сил. Это приводит к высокой устойчивости при коротких замыканиях и стабильности технических характеристик при воздействиях низких и высоких температур.
Трансформаторы, изготовленные по такой технологии, получили фирменное название «РЕЗИБЛОК». По данным ABB, за 20 лет эксплуатации в этих трансформаторах ни разу не было обнаружено растрескивания. Электротехнические характеристики таких сухих силовых трансформаторов представлены в таблице 2.
| Номинальная мощность, кВА | Номинальное напряжение ВН/НН, кВ | Напряжение КЗ, % | Потери ХХ, Вт | Потери КЗ, Вт | Уровень звуковой мощности, dB |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 | 10/0,4 | 6 | 690/540 | 3400 | 65 |
| 400 | 10/0,4 | 6 | 1000/780 | 5000 | 68 |
| 500 | 10/0,4 | 6 | 1200/940 | 5700 | 69 |
| 630 | 10/0,4 | 6 | 1370/1100 | 6600 | 70 |
| 800 | 10/0,4 | 6 | 1700/1330 | 7700 | 72 |
| 1000 | 10/0,4 | 6 | 2000/1500 | 8800 | 73 |
| 1250 | 10/0,4 | 6 | 2400/1880 | 10 500 | 75 |
| 1600 | 10/0,4 | 6 | 2800/2100 | 12 700 | 76 |
| 2000 | 10/0,4 | 6 | 3500/2750 | 15 500 | 78 |
| 2500 | 10/0,4 | 6 | 4300/3000 | 19 000 | 81 |
| 3150 | 10/0,4 | 6 | 5200/3900 | 22 600 | 83 |
В 90-х годах прошлого века на предприятии ООО «Электрофизика», г. С.-Петербург, был освоен выпуск сухих трансформаторов с открытой обмоткой (с воз душно-барьерной изоляцией), где основной изоляцией является изоляция проводов обмотки. В таких трансформаторах с открытыми обмотками, пропитанных смолой компании Дюпон методом вакуум-давление с последующей ее полимеризацией при высокой температуре, достигается прочное изоляционное покрытие катушек толщиной до 0,2 мм, которое гарантирует надежный уровень изоляции и защиту от воздействия окружающей среды и одновременно не препятствует эффективному охлаждению. Применение в производстве катушек изоляции типа NOMEX класса нагревостойкости 220°С определяют высокую стойкость Характеристики сухих силовых трансформаторов производства ООО «Электрофизика» представлены в таблице 3.
| Мощность, кВА | Напряжение КЗ, % | Потери ХХ, Вт | Потери КЗ, Вт при 115°С | Уровень звуковой мощности, dB | Масса, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| 250 | 4 | 900 | 3300 | 65 | 1300 |
| 400 | 6 | 1250 | 5000 | 70 | 1700 |
| 630 | 6 | 1600 | 7100 | 70 | 2200 |
| 800 | 6 | 1850 | 8300 | 75 | 2600 |
| 1000 | 6 | 2200 | 9800 | 75 | 2810 |
| 1250 | 6 | 2500 | 12 600 | 75 | 3320 |
| 1600 | 6 | 3200 | 14 200 | 75 | 3900 |
| 2500 | 6 | 4200 | 20 500 | 79 | 5500 |
Характеристики сухих силовых трансформаторов других производителей приведены в таблице 4.
| Мощность, кВА | Номинальное напряжение ВН, кВ | Напряжение КЗ, % | Потери, Вт | Уровень звуковой мощности, dB не более | Масса, кг | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Потери ХХ | Потери КЗ (115°С) | Lpa | Lwa | ||||
| 250 | 6, 10 | 6 | 750 | 3650 | 51 | 65 | 930 |
| 400 | 6, 10 | 6 | 1150 | 5500 | 53 | 68 | 1300 |
| 630 | 6, 10 | 6 | 1500 | 6400 | 56 | 70 | 1680 |
| 1000 | 6, 10 | 6 | 2200 | 9000 | 59 | 73 | 2480 |
| 1250 | 6, 10 | 6 | 2600 | 11 700 | 60 | 74 | 2850 |
| 1600 | 6, 10 | 6 | 3000 | 10 800 | 60 | 75 | 3850 |
| 2000 | 6, 10 | 6 | 3500 | 15 000 | 61 | 76 | 4050 |
| 2500 | 6, 10 | 6 | 4200 | 19 500 | 61 | 76 | 4800 |
Общей проблемой сухих трансформаторов является ограничение их максимальной мощности, обусловленное условиями охлаждения. До недавнего времени считалось, что предельная мощность для сухих трансформаторов составляет 15 МВА. По данным концерна ABB, в настоящее время уже выпускаются сухие трансформаторы типа Resibloc мощностью до 40 МВА, и в перспективе компания собирается довести это значение до 60 МВА.
Перспективы развития конструкции сухих силовых трансформаторов рассмотрены в статье [8]. Применительно к сухим трансформаторам наибольший интерес представляют следующая новация: новый тип трансформатора — Dryformer, разработанный компанией ABB. Это, так называемый, кабельный трансформатор. Обмотки трансформатора, который является по сути именно сухим, выполняются из кабеля.
Внутри обмотки пучок многожильного провода (медный или алюминиевый) заключен в тонкий слой полупроводящего материала (для исключения неравномерности поля из-за многослойности). Все это заключается в полиэтилен, толщина которого выбирается из соображений электрической прочности (практически достижим уровень напряжения 220 кВ).
Наружная оболочка-экран, выполненная также из полупроводящего материала, заземляется на каждом витке вдоль обмотки, т.е. электрическое поле полностью заключено внутри твердого диэлектрика. Так как трансформатор имеет воздушное охлаждение, то отсутствие масла, а также снижение более чем вдвое доли горючих материалов по сравнению с обычным трансформатором, устраняют риск пожара, взрыва, загрязнения воды и почвы при повреждении трансформатора. Это дает возможность применять такие трансформаторы в местах с большой плотностью населения, в подземных установках, в экологически охраняемых регионах. Повышается безопасность эксплуатации для персонала. Для такого трансформатора не нужны вводы высокого напряжения, поскольку кабель просто протягивается к распределительному устройству. Принципиально Dryformer также снижает общие потери в сети благодаря тому, что его можно установить как угодно близко к месту нагрузки. Перегрузочная способность обычного трансформатора ограничена термостойкостью маслобумажной изоляции и сроком службы масла. Для Dryformer перегрузка ограничена не старением изоляции, а снижением механической прочности обмотки, изолированной полиэтиленом при повышении температуры. Другим недостатком такого трансформатора является высокая цена (примерно вдвое выше, чем у традиционной конструкции). Первый в мире силовой трансформатор без масла, с обмоткой кабельного типа, разработанный для установки в помещении, имеет мощность 20 МВА.
В завершении статьи необходимо остановиться на современном состоянии рынка сухих силовых трансформаторов и перспективах его развития. К сожалению, материалы по данному вопросу практически отсутствуют. В данной статье автор впервые публикует результаты собственных многолетних исследований рынка сухих силовых трансформаторов.
Сегодня на российском рынке представлена продукция восьми трансформаторных заводов, имеющих производственные мощности для полного технологического цикла изготовления сухих силовых трансформаторов (таблица 5).
| Производственные мощности (РФ и СНГ) действующих заводов, производящих сухие силовые трансформаторы | Шт./год (ориентировочные данные) | Тип производимых сухих трансформаторов |
|---|---|---|
| ОАО «ХК «Электрозавод», г. Москва | 3000 | Литая изоляция воздушно-барьерная изоляция |
| УП «МЭТЗ им. В. И. Козлова», РБ, г. Минск | 4000 | Литая изоляция воздушно-барьерная изоляция |
| ООО «Электрофизика», г. С.-Петербург | 1000 | Воздушно-барьерная изоляция |
| Группа компаний «СВЭЛ», г. Екатеринбург | 1000 | Литая изоляция |
| АО «Кентауский трансформаторный завод», ГК, г. Кентау | 1000 | Литая изоляция воздушно-барьерная изоляция |
| ОАО «Укрэлектроаппарат», Украина, г. Хмельницкий | 500 | Литая изоляция воздушно-барьерная изоляция |
| ЗАО «Трансформер», г. Подольск | 1000 | Литая изоляция |
| ОАО «СЗТТ», г. Екатеринбург | 500 | Литая изоляция |
| ВСЕГО: | 12 000 |
Помимо представленных в таблице 5 заводов на рынке широко представлена продукция итальянских, турецких и европейских производителей.
Средние рыночные цены на сухие силовые трансформаторы представлены в таблице 6. Следует отметить, что приведенные значения относятся именно к новым трансформаторам. Делаю такое замечание в связи с тем, что как в сегменте масляных силовых трансформаторов, так и в сегменте сухих силовых трансформаторов недобросовестными поставщиками еще поставляются так называемые «трансформаторы с хранения», «трансформаторы с консервации». Привлекая существенно более низкой ценой (до 30–40% ниже стоимости новых трансформаторов), подобная продукция создает угрозу энергетической безопасности объекту заказчика. И, в конечном счете, оборачивается немалыми финансовыми потерями как из-за остановки бизнеса при выходе из строя такого трансформатора, так и из-за необходимости приобретения нового трансформатора (см. [9]).
| Мощность трансформатора, кВА | Цена трансформатора с литой изоляцией, руб. (с НДС) | Цена трансформатора с открытыми обмотками, руб. (с НДС) |
|---|---|---|
| 100 | 250 000 | 300 000 |
| 160 | 320 000 | 420 000 |
| 250 | 440 000 | 490 000 |
| 400 | 530 000 | 620 000 |
| 630 | 650 000 | 790 000 |
| 1000 | 850 000 | 1 100 000 |
| 1600 | 1 150 000 | 1 350 000 |
| 2500 | 1 800 000 | 1 900 000 |
| 400 | — | 4 700 000 (медные обмотки) |
| 6300 | — | 8 600 000 (медные обмотки) |
Данные моделирования динамики рынка силовых трансформаторов I–III габарита по оригинальной методике автора [10] определяют емкость рынка сухих силовых трансформаторов значением 3–5 млрд рублей, или в натуральном выражении
7000 штук. Подробно данные представлены в таблице 7.
| Мощность, кВА | Прогноз: вновь устанавливаемые, шт. | Прогноз: замены, шт. | Прогноз: всего, шт. | Прогноз: сухие, шт. |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 8785 | 1452 | 10 237 | 2559 |
| 160 | 4900 | 810 | 5710 | 1428 |
| 250 | 3238 | 535 | 3773 | 943 |
| 400 | 2348 | 388 | 2736 | 684 |
| 630 | 1806 | 299 | 2105 | 526 |
| 1000 | 621 | 102 | 723 | 181 |
| 1600 | 512 | 84 | 596 | 149 |
| 2511 | 433 | 71 | 504 | 126 |
| 4000 | 372 | 61 | 433 | 108 |
| 6300 | 324 | 53 | 377 | 94 |
| ВСЕГО: | 47 173 | 7796 | 54 969 | 6799 |
| I-II габарит | 44 911 | 7424 | 52 335 | 6140 |
| III габарит | 2262 | 372 | 2634 | 658 |
Таким образом, из логики технического прогресса, из требований многочисленных потребителей силовых трансформаторов, из анализа потребностей рынка можно сделать вывод о взаимодополнении сегментов трансформаторного рынка: заказчикам нужны и масляные, и сухие трансформаторы. Соотношение первых и вторых: 80% и 20%. По данным автора имеет место тенденция изменения соотношения в пользу сухих трансформаторов. В первом квартале 2012 года приведенное выше соотношение уже трансформировалось как 75% к 25%.
- Веселовский О. Н., Шнейберг Я. А., Очерки по истории электротехники//М. – МЭИ. – 1993.
- Кулик Ю. А. Электрические машины//М. Высшая школа. – 1965.
- Фогельсберг Т., Карлссон А. Трансформаторы в истории человечества. О силовых трансформаторах компании АВВ //АВВ Ревю. 3. – 2007.
- Васильев С. Будущее за сухими трансформаторами// Новости электротехники. – 2002. – 3(15). – С. 40–41.
- Постников С. Трансформаторная триальность//Новости электротехники. – 2002. – 3(15). – С. 42–43.
- Федотов М. Сухие силовые трансформаторы для работы в тяжелых климатических условиях// Новости электротехники. – 2002. – 3(15). – С. 44.
- Кравченко А. Н. Сухие силовые трансформаторы//Элек-трик №7-8, 2006. С. 6.
- Белкин Г. С., Дробышевский А. А., Ивакин В. Н., Ковалев Д., Панибратец А. Н. Перспективные виды электротехнического оборудования//Электротехника. – 2006, № 9. – С. 2–9.
- Зубарьков А. А. Инструкция для покупателя//Энергонад-зор. – 2012, № 1-2 (31). С. 50–51.
- Савинцев Ю. М. Плановое развитие рынка силовых трансформаторов: утопия или необходимость?//Электротех-нический рынок. 2011. № 1-2 (37-38). С. 39–41.
Ю. М. САВИНЦЕВ,
кандидат технических наук,
генеральный директор
ООО «ЭТК «Русский трансформатор»