Розподільчий трансформатор працює 25–40 років і весь цей час гріє повітря. Навіть без навантаження. Різниця між двома моделями однакової потужності — кілька сотень ват, але помножена на 8760 годин на рік і на десятиліття служби, вона легко перекриває різницю в ціні.

Два види втрат, які поводяться по-різному

Втрати холостого ходу (P0) виникають у магнітопроводі, щойно на трансформатор подали напругу. Вони не залежать від навантаження: трансформатор, увімкнений у мережу на порожньому складі, витрачає стільки ж, скільки під повним навантаженням. Їх визначає якість електротехнічної сталі і конструкція магнітопроводу.

Втрати короткого замикання (Pk), або навантажувальні, виникають в обмотках через їхній опір. У паспорті їх вказують для номінального струму, а при меншому навантаженні вони падають пропорційно квадрату струму: на половині потужності — до чверті паспортного значення.

8760 годстільки на рік працюють втрати холостого ходу, якщо трансформатор не вимикають
β²у такій пропорції змінюються втрати КЗ: при β = 0,5 — чверть від паспортних
25+ роківтиповий строк служби масляного розподільчого трансформатора

Як порахувати річні втрати

W = P0 × 8760 + Pk × β² × kф × 8760β — середнє завантаження в частках номінальної потужності (кВА, а не кВт); kф — коефіцієнт форми графіка: 1,0 для рівномірного навантаження, 1,2–1,6 для денної зміни або піків.

Коефіцієнт форми потрібен тому, що квадрат середнього менший за середнє від квадратів. Якщо трансформатор пів доби навантажений на 80 %, а пів доби стоїть майже порожній, середнє завантаження 40 %, але втрати в обмотках будуть такими, ніби воно становило близько 57 %.

Про кВт і кВА Завантаження рахуйте за повною потужністю. При коефіцієнті потужності 0,8 навантаження 400 кВт означає 500 кВА, тобто для трансформатора 630 кВА β ≈ 0,79, а не 0,63. Компенсація реактивної потужності зменшує струм, а разом із ним і втрати в обмотках.

Калькулятор: порівняння двох трансформаторів

За замовчуванням порівнюються два трансформатори 630 кВА: умовний старий із паспортними втратами 1,3 і 7,6 кВт та сучасний, що відповідає вимогам ЄС Tier 2 (0,54 і 4,6 кВт). Підставте дані зі своїх паспортів і свій тариф.

КалькуляторРічні втрати і їхня вартість

Трансформатор А

Трансформатор Б

0кВт·год на рік втрачає А
0кВт·год на рік втрачає Б
0грн на рік — різниця
0грн за весь строк, без урахування зміни тарифів

У трансформатора А 0 % річних втрат дає холостий хід і 0 % — обмотки. За весь строк різниця становить 0 кВт·год.

Розрахунок не дисконтує майбутні платежі і не враховує зростання тарифів; для тендерного порівняння використовують капіталізацію втрат, про неї нижче.

Що вимагає ЄС: Ecodesign Tier 2

З 1 липня 2021 року в ЄС можна вводити в обіг лише розподільчі трансформатори, втрати яких не перевищують межі другого етапу (Tier 2) Регламенту 548/2014 зі змінами 2019/1783. Для масляних трансформаторів з обмоткою до 24 кВ і низькою стороною до 1,1 кВ межі такі:

Максимальні втрати, масляні трансформатори, Tier 2
ПотужністьP0, не більшеPk, не більше
400 кВА387 Вт3250 Вт
630 кВА540 Вт4600 Вт
1000 кВА693 Вт7600 Вт

Для порівняння: у паспортах масляних трансформаторів 630 кВА старих серій втрати холостого ходу часто перевищують 1 кВт, а втрати КЗ становлять 7–8 кВт. Саме тому заміна працездатного, але старого трансформатора іноді окупається без жодної аварії, лише на втратах.

Для сухих трансформаторів і для інших класів напруги межі інші, вони наведені в тому ж регламенті. Для потужностей між табличними значеннями межу визначають лінійною інтерполяцією.

Де трансформатор працює найефективніше

ККД трансформатора максимальний тоді, коли втрати в обмотках дорівнюють втратам холостого ходу. Звідси просте завантаження оптимуму:

βопт = √(P0 / Pk)Для трансформатора 630 кВА рівня Tier 2: √(0,54 / 4,6) ≈ 0,34, тобто близько 34 % номінальної потужності.

Сучасні розподільчі трансформатори свідомо проєктують під часткове завантаження, бо більшість із них саме так і працює. З цього випливають два практичні висновки.

  • Завеликий трансформатор «про запас» коштує грошей щороку: його втрати холостого ходу більші, а обмотки майже не навантажені. Запас потужності закладайте під реальний розвиток, а не під «раптом знадобиться».
  • На двотрансформаторній підстанції з малим нічним або сезонним навантаженням один трансформатор можна вимикати. Це прибирає його P0 повністю, але потребує відповідної схеми і рішення служби експлуатації.

Капіталізація втрат у тендері

Енергокомпанії ЄС порівнюють трансформатори не за ціною, а за вартістю володіння. Кожен кіловат втрат перераховують у гроші за весь строк служби:

Вартість володіння = Ціна + A × P0 + B × PkA і B — капіталізовані вартості кіловата втрат холостого ходу і КЗ, грн/кВт. Вони залежать від тарифу, годин роботи, очікуваного завантаження і ставки дисконтування.

Коефіцієнт A завжди більший за B: холостий хід працює весь час, а обмотки — частково. Якщо вказати A і B в технічному завданні, виробник сам оптимізує конструкцію під ваші умови: десь додасть сталі, десь міді.

Допуски За стандартом IEC 60076-1 фактичні втрати можуть перевищувати гарантовані: сумарні на 10 %, а кожна складова на 15 %, якщо сумарний допуск дотримано. Якщо в тендері важливі саме максимальні значення, пропишіть, що гарантовані втрати є граничними, і вимагайте протокол заводських вимірювань для кожного екземпляра.

Що запитати в постачальника

  1. Гарантовані P0 і Pk при номінальній напрузі та 75 °C (для масляних), а не «типові» значення з каталогу.
  2. Протокол заводських випробувань конкретного екземпляра з виміряними втратами і напругою КЗ.
  3. Відповідність Ecodesign Tier 2, якщо трансформатор виготовлено в ЄС для ринку ЄС, або обґрунтування, якщо ні.
  4. Напругу короткого замикання uk: від неї залежать струми КЗ на стороні 0,4 кВ і можливість паралельної роботи з наявними трансформаторами.

Як зіставити позначення старого трансформатора з європейськими параметрами, розібрано в матеріалі про позначення ТМГ, ТСЗ, ТДН. Готові позиції — у розділі масляних розподільчих трансформаторів каталогу.

Корисні джерела

Обговорити проєкт

Розкажіть про свою задачу. Ми допоможемо знайти правильний напрям і підготувати наступний крок.