Энергосберегающие трансформаторы и их виды

Энергосбережение — ключевое направление развития современной электроэнергетики. Даже самые эффективные силовые трансформаторы неизбежно теряют часть энергии в виде тепла, и при мощности порядка 1 МВА это уже несколько киловатт постоянных потерь в год, превращающихся в десятки мегаватт‑часов. На уровне энергосистемы такие потери складываются в серьёзную статью расходов для компаний, поэтому в распределительных сетях всё чаще используют энергосберегающие трансформаторы с пониженным уровнем потерь.

Энергосберегающие трансформаторы проектируются с пониженным уровнем потерь в стали и обмотках, что снижает нагрев и повышает ресурс оборудования. Для них предусмотрены нормативы по классам энергоэффективности (например, Х2К2), определяющим допустимые значения потерь. Серия ТМГ33 служит практическим примером: она разработана в соответствии со стандартами ПАО «Россети» СТО 34.01‑3.2‑011‑2017, а уровень потерь холостого хода и короткого замыкания соответствует классу энергоэффективности Х2К2.

На практике для трансформаторов 1000 кВА разница в суммарных потерях между типовой серией ТМГ21 и энергосберегающей ТМГ33 составляет около 2,4 кВт, что при среднем тарифе порядка 5,5 руб/кВт·ч даёт экономию более 115 тыс. руб. в год на один трансформатор.

Конструктивные особенности

Современные энергосберегающие трансформаторы создаются на базе улучшенных магнитопроводов и оптимизированных электрических схем. В них применяются:

• электротехническая сталь с пониженным содержанием углерода и толщиной листов 0,23–0,27 мм, что снижает вихревые токи.
• магнитопровод усовершенствованной формы с сокращённой длиной магнитного пути (минус 10–20% относительно традиционного исполнения того же габарита).
• медные или алюминиевые обмотки увеличенного сечения: у ТМГ33 1000 кВА потери короткого замыкания снижаются с ≈11,6 кВт (ТМГ21) до 9,5–9,6 кВт.
• вакуумная пропитка и изоляция с низкими диэлектрическими потерями, обеспечивающие ресурс 25–30 лет без ухудшения характеристик.
• система охлаждения под режим работы (естественная или принудительная вентиляция). В герметичных масляных исполнениях, таких как ТМГ33, это позволяет обходиться без регенерации масла и вскрытий весь срок службы.

В результате потери холостого хода снижаются в среднем на 30–40%, а нагрузочные — на 15–20% по сравнению с традиционными моделями.

Типы энергосберегающих трансформаторов

• Масляные с пониженными потерями. Используют холоднокатаную сталь и усиленное охлаждение, снижая суммарные потери до 1,2–1,5% от мощности.
• Сухие с повышенной эффективностью. Применяют эпоксидную или полимерную изоляцию, отличаются пожаробезопасностью и простым обслуживанием. КПД достигает 98,5–99%, а суммарные потери на 10–15% ниже, чем у обычных сухих трансформаторов того же класса.
• Трансформаторы с регулируемым уровнем потерь. Несколько модулей автоматически подключаются или отключаются по мере изменения нагрузки, что уменьшает потери при коэффициенте загрузки около 0,3–0,7.​
• Трансформаторы с аморфным магнитопроводом. Аморфные сплавы снижают потери холостого хода на 70–80%. В распределительных сетях и уличном освещении это даёт экономию до 3–5 тыс. кВт·ч в год на один трансформатор.

Преимущества и экономический эффект

• Повышенный КПД. Энергосберегающие трансформаторы достигают КПД до 99,5%. Для ТМГ33 1000 кВА это даёт экономию свыше 11 000 кВт·ч в год по сравнению с ТМГ21 при средней загрузке.
• Долговечность. Снижение нагрева увеличивает срок службы примерно на 20–25%. За 25–30 лет суммарная экономия на потерях и обслуживании достигает сотен тысяч рублей на один трансформатор 1000 кВА.
• Снижение эксплуатационных затрат. Герметичное исполнение и отсутствие регламентных операций с маслом сокращают расходы на обслуживание и простои оборудования.
• Экологичность. Замена 1000 трансформаторов 1000 кВА серии ТМГ21 на ТМГ33 даёт экономию более 110 тыс. тонн условного топлива и уменьшение выбросов свыше 200 тыс. тонн за 30 лет.
• Совместимость с «умными» сетями. Возможность интеграции в автоматизированные системы управления энергопотреблением (Smart Grid).

Области применения

Энергосберегающие трансформаторы используют в распределительных сетях 6–10/0,4 кВ, на промышленных предприятиях, в жилой и транспортной инфраструктуре, особенно при круглосуточной работе или больших перепадах нагрузки.

Конструкция рассчитана на эксплуатацию примерно от минус 45–60°C до плюс 40 °C, что позволяет применять их при наружной и внутренней установке в умеренном и холодном климате.

Применение таких трансформаторов даёт экономию до 10–15% электроэнергии за счёт снижения потерь и продлевает срок службы всей энергосистемы.