Электротехнический-портал.рф

...для студентов ВУЗов электротехнических специальностей и инженеров

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Главная Статьи, обзоры Пределы оптимизации массовых характеристик силовых/распределительных трансформаторов
Четверг, 05 Августа 2021 13:01

Пределы оптимизации массовых характеристик силовых/распределительных трансформаторов

Оцените материал
(0 голосов)

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 силовых распределительных трансформаторов.

В условиях конкурентной борьбы все производители трансформаторов стали искать пути снижения затрат на свою продукцию ради одной цели – снижения цен на трансформаторы.

 

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.

 

 

Рис. 1. Изменение массовых параметров 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 2, уменьшение массы активных материалов обеспечивается: 1) уменьшением параметра β, - трансформатор становится более «худым» и коротким, но более высоким); 2) увеличением индукции, - трансформатор сокращается в размерах при сохранении постоянства параметра β для сохранения постоянным напряжения короткого замыкания.

 

 

 

Рис. 2. Зависимость массы магнитопровода от индукции

 

 

Математическая модель расчета изменения массовых параметров

Силовых/распределительных масляных трансформаторов

 

 

Ниже дана формула из работы П.М. Тихомирова [3, стр.489] приведена формула, описывающая зависимость изменения относительной массы стали магнитопровода от изменения индукции, график которой изображен на рис. 2 (в формуле сохранены обозначения П.М. Тихомирова):

 

 

На основании этой формулы автором получена зависимость для относительного изменения массы активных материалов.   Для этого необходимо в приведенную формулу 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

 

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.

 

Рис. 3. Относительное изменение массы активных материалов от индукции

 

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

Рис. 4. Изменение массы активных материалов от параметра β

 

 

Выводы

 

На основе изложенных выше зависимости можно сделать два фундаментальных вывода:

  1. Изменение индукции при заданной номинальной мощности трансформатора позволит сократить массу активных материалов до 30%.
  2. 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.

 

Выражаю искреннюю благодарность ООО «Трансформер» за помощь в подборе материалов для данной статьи.

 

 

Список литературы

 

  1. РИА Новости/Прайм. Финансовые новости.    [Электронный ресурс]. URL: https://mfd.ru/news/view/?id=2403990 (Дата обращения 26.07.2021).
  2. Савинцев Ю.М. «Кот в мешке»: как проверить реальную мощность трансформатора?   [Электронный ресурс]. URL: https://www.elec.ru/articles/kot-v-meshke-kak-proverit-realnuyu-moshnost-transf/http://gnatukvi.ru/ind.html (Дата обращения 26.07.2021).
  3. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для ВУЗов. – 5-е изд. перераб. и доп.// Энергоатомиздат. – 1986. - 528с.
  4. Савинцев Ю.М. Энергоэффективность в трансформаторостроении — время пришло​   [Электронный ресурс]. URL: https://www.elec.ru/publications/analitika-rynka/5172/ http://gnatukvi.ru/ind.html (Дата обращения 26.07.2021).
  5. Савинцев Ю.М.  Сухие силовые распределительные трансформаторы: на рынок пришли изменения   [Электронный ресурс]. URL: https://www.elec.ru/publications/analitika-rynka/5172/ http://электротехнический-портал.рф/statya-obzor/item/734-сухие-силовые-распределительные-трансформаторы-на-рынок-пришли-изменения.html http://gnatukvi.ru/ind.html (Дата обращения 26.07.2021).

 

Автор статьи: Ю.М. Соколов-Савинцев, к.т.н., независимый эксперт

По любым вопросам можно связаться с автором по адресу:

sokolov-savintsev@yandex.ru

Прочитано 73 раз

Основное меню

Авторизация


© 2021 Электротехнический портал. Все права защищены.

Яндекс.Метрика