Распределительный трансформатор работает 25–40 лет и всё это время греет воздух. Даже без нагрузки. Разница между двумя моделями одинаковой мощности — несколько сотен ватт, но, умноженная на 8760 часов в год и на десятилетия службы, она легко перекрывает разницу в цене.

Два вида потерь, которые ведут себя по-разному

Потери холостого хода (P0) возникают в магнитопроводе, как только на трансформатор подали напряжение. От нагрузки они не зависят: трансформатор, включённый в сеть на пустом складе, расходует столько же, сколько под полной нагрузкой. Их определяют качество электротехнической стали и конструкция магнитопровода.

Потери короткого замыкания (Pk), или нагрузочные, возникают в обмотках из-за их сопротивления. В паспорте их указывают для номинального тока, а при меньшей нагрузке они падают пропорционально квадрату тока: на половине мощности — до четверти паспортного значения.

8760 чстолько часов в год идут потери холостого хода, если трансформатор не отключают
β²в такой пропорции меняются потери КЗ: при β = 0,5 — четверть от паспортных
25+ леттипичный срок службы масляного распределительного трансформатора

Как посчитать годовые потери

W = P0 × 8760 + Pk × β² × kф × 8760β — средняя загрузка в долях номинальной мощности (кВА, а не кВт); kф — коэффициент формы графика: 1,0 для равномерной нагрузки, 1,2–1,6 для дневной смены или пиков.

Коэффициент формы нужен потому, что квадрат среднего меньше среднего значения квадратов. Если трансформатор полсуток загружен на 80 %, а полсуток стоит почти пустой, средняя загрузка составит 40 %, но потери в обмотках будут такими, как если бы она была около 57 %.

О кВт и кВА Загрузку считайте по полной мощности. При коэффициенте мощности 0,8 нагрузка 400 кВт означает 500 кВА, то есть для трансформатора 630 кВА β ≈ 0,79, а не 0,63. Компенсация реактивной мощности уменьшает ток, а вместе с ним и потери в обмотках.

Калькулятор: сравнение двух трансформаторов

По умолчанию сравниваются два трансформатора 630 кВА: условный старый с паспортными потерями 1,3 и 7,6 кВт и современный, соответствующий требованиям ЕС Tier 2 (0,54 и 4,6 кВт). Подставьте данные из своих паспортов и свой тариф.

КалькуляторГодовые потери и их стоимость

Трансформатор А

Трансформатор Б

0кВт·ч в год теряет А
0кВт·ч в год теряет Б
0грн в год — разница
0грн за весь срок, без учёта изменения тарифов

У трансформатора А 0 % годовых потерь приходится на холостой ход и 0 % — на обмотки. За весь срок разница составляет 0 кВт·ч.

Расчёт не дисконтирует будущие платежи и не учитывает рост тарифов; для тендерного сравнения используют капитализацию потерь, о ней ниже.

Что требует ЕС: Ecodesign Tier 2

С 1 июля 2021 года в ЕС можно вводить в оборот только распределительные трансформаторы, потери которых не превышают пределов второго этапа (Tier 2) Регламента 548/2014 с изменениями 2019/1783. Для масляных трансформаторов с обмоткой до 24 кВ и низкой стороной до 1,1 кВ пределы такие:

Максимальные потери, масляные трансформаторы, Tier 2
МощностьP0, не болееPk, не более
400 кВА387 Вт3250 Вт
630 кВА540 Вт4600 Вт
1000 кВА693 Вт7600 Вт

Для сравнения: в паспортах масляных трансформаторов 630 кВА старых серий потери холостого хода часто превышают 1 кВт, а потери КЗ составляют 7–8 кВт. Поэтому замена исправного, но старого трансформатора иногда окупается без всякой аварии, только за счёт потерь.

Для сухих трансформаторов и других классов напряжения пределы другие, они приведены в том же регламенте. Для мощностей между табличными значениями предел определяют линейной интерполяцией.

Где трансформатор работает эффективнее всего

КПД трансформатора максимален, когда потери в обмотках равны потерям холостого хода. Отсюда простая формула оптимальной загрузки:

βопт = √(P0 / Pk)Для трансформатора 630 кВА уровня Tier 2: √(0,54 / 4,6) ≈ 0,34, то есть около 34 % номинальной мощности.

Современные распределительные трансформаторы сознательно проектируют под частичную загрузку, потому что большинство из них именно так и работает. Отсюда два практических вывода.

  • Слишком мощный трансформатор «про запас» каждый год обходится в лишние деньги: его потери холостого хода больше, а обмотки почти не нагружены. Запас мощности закладывайте под реальное развитие, а не под «вдруг понадобится».
  • На двухтрансформаторной подстанции с малой ночной или сезонной нагрузкой один трансформатор можно отключать. Это полностью убирает его P0, но требует соответствующей схемы и решения службы эксплуатации.

Капитализация потерь в тендере

Энергокомпании ЕС сравнивают трансформаторы не по цене, а по стоимости владения. Каждый киловатт потерь пересчитывают в деньги за весь срок службы:

Стоимость владения = Цена + A × P0 + B × PkA и B — капитализированная стоимость киловатта потерь холостого хода и КЗ, грн/кВт. Они зависят от тарифа, часов работы, ожидаемой загрузки и ставки дисконтирования.

Коэффициент A всегда больше B: холостой ход есть всё время, а обмотки нагружены лишь частично. Если указать A и B в техническом задании, производитель сам оптимизирует конструкцию под ваши условия: где-то добавит стали, где-то меди.

Допуски По стандарту IEC 60076-1 фактические потери могут превышать гарантированные: суммарные на 10 %, а каждая составляющая на 15 %, если суммарный допуск соблюдён. Если в тендере важны именно максимальные значения, пропишите, что гарантированные потери являются предельными, и требуйте протокол заводских измерений для каждого экземпляра.

Что запросить у поставщика

  1. Гарантированные P0 и Pk при номинальном напряжении и 75 °C (для масляных), а не «типичные» значения из каталога.
  2. Протокол заводских испытаний конкретного экземпляра с измеренными потерями и напряжением КЗ.
  3. Соответствие Ecodesign Tier 2, если трансформатор изготовлен в ЕС для рынка ЕС, или обоснование, если нет.
  4. Напряжение короткого замыкания uk: от него зависят токи КЗ на стороне 0,4 кВ и возможность параллельной работы с имеющимися трансформаторами.

Как сопоставить обозначение старого трансформатора с европейскими параметрами, разобрано в материале об обозначениях ТМГ, ТСЗ, ТДН. Готовые позиции — в разделе каталога масляных распределительных трансформаторов.

Полезные источники

Обсудить проект

Расскажите о своей задаче. Мы поможем найти правильное направление и подготовить следующий шаг.