عند اختيار محول توزيع كفء في استخدام الطاقة، غالبا ما يتم النظر في تقنيتين:محولات سبيكة غير متناسبةومحولات جوهر ثلاثية الأبعاد باستخدام فولاذ كهربائي موجه نحو الحبوب (GOES) أو فولاذ السيليكون.

كلاهما يمكن أن يقلل من خسائر المحولات مقارنة بالتصاميم التقليدية ، لكنهما يحققان ذلك من خلال مواد وهياكل أساسية مختلفة. لذلك ، يجب ألا يستند الاختيار الصحيح فقط إلى سعة المحول أو سعر الشراء.

العوامل الرئيسية هيخسارة الحمل، خسارة الحمل، ساعات التشغيل السنوية، ملف تعريف الحمل، تكلفة الكهرباء، المتطلبات الميكانيكية، والتكلفة الإجمالية للملكية.

ما هو الفرق بين محول سبيكة غير معدنية ومحول 3D Wound-Core؟

أهم تمييز هو التكنولوجيا الأساسية.

إنمحول سبيكة غير متكاملةيستخدم مواد معدنية غير معدنية للنواة المغناطيسية. يتم إنتاج سبيكة غير معدنية كشريط معدني رقيق جدا مع هيكل ذري غير بلوري. فقدان النواة المنخفضة يجعلها جذابة بشكل خاص للمحولات التي تبقى مشغولة لفترات طويلة أثناء العمل بأحمولة منخفضة نسبيا.

Aمحول جوهر الجرح ثلاثي الأبعاديستخدم نواة مغناطيسية ثلاثية الأبعاد ، عادة ما تصنع من الفولاذ الكهربائي الموجه نحو الحبوب (GOES). يتم لف النواة باستمرار في دائرة مغلقة مغناطيسية ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكن أن تقلل من عدم استمرارية التدفق المغناطيسي وتحسين الهيكل الأساسي العام.

تصف هذه المصطلحات الجوانب المختلفة لتكنولوجيا المحولات:

وبالتالي، فإن المقارنة في هذه المقالة تركز في المقام الأول علىمحولات سبيكة غير متكاملة مقابل محولات جوهر ثلاثية الأبعاد باستخدام GOES.

لماذا لا يهم فقدان الحمل؟

يمكن تقسيم خسائر المحولات بشكل عام إلىخسارة لا تحميلوخسارة الحمل.

تحدث خسارة عدم الحمل كلما تم تشغيل المحول ، حتى عندما يكون هناك حمولة جانبية ثانوية قليلة أو لا. وهذا يجعله مهم بشكل خاص لمحولات التوزيع التي تبقى متصلة بالشبكة باستمرار.

على سبيل المثال، افترض أن محول 500 kVA يعمل لمدة 8760 ساعة في السنة.

إذا كانت خسارة عدم التحميل هي:

• التصميم التقليدي: 500 واط

• تصميم كفاءة الطاقة: 300 واط

الفرق السنوي في الطاقة بدون حمولة هو:

200 واط × 8,760 ساعة =1,752 كيلوواط/سنة

بتكلفة الكهرباء 0.15 دولار/كيلوواط/ساعة:

1,752 × \(0.15 = \)$262.80/سنة

الادخار الفعلي يعتمد على الخسائر المضمونة للمحول المختار وتعريفة الكهرباء المحلية.

هذا هو السبب في أن الخسارة المنخفضة بدون حمولة يمكن أن تكون قيمة بشكل خاص في التطبيقات حيث يبقى المحول مشغلا على مدار الساعة.

لماذا يهم فقدان الحمل؟

تغير خسارة الحمل مع تحميل المحول وترتبط ارتباطا قويا بالتيار.

للحساب المبسط ، يمكن تقدير خسارة الحمل على النحو التالي:

خسارة الحمل ≈ خسارة الحمل المقدرة × عامل الحمل ²

على سبيل المثال، إذا كان المحول لديه خسارة حمولة تصل إلى 5000 واط:

عند تحميل 50٪:

5,000 × 0.5² = 1,250 W

عند تحميل 80٪:

5,000 × 0.8² = 3,200 W

عند تحميل 100٪:

5,000 × 1² = 5,000 W

وهذا يوضح لماذا المحول مع خسارة منخفضة جدا بدون حمولة ليست تلقائيا الحل الأقل تكلفة في كل حالة تشغيل.

عندما يعمل المحول عند حمولة معتدلة أو عالية لساعات عديدة ، يصبح فقدان الحمل مهمًا بشكل متزايد.

مثال 1: 500 kVA محول التوزيع الريفي

فكر في محول 500 kVA الذي يوفر شبكة توزيع ريفية.

المحول قد:

• ابقى نشطا على مدار 24 ساعة في اليوم

• يعمل حوالي 8760 ساعة سنوياً

• تجربة متوسط ​​الحمل حوالي 25٪

• قضاء فترات طويلة عند حمولة 15-40٪

• توريد الحمولات السكنية أو الزراعية أو الموزعة المتجددة

في هذا نمط التشغيل ، يتم تشغيل المحول بشكل مستمر ، ولكن قد يبقى حمولته منخفضة نسبياً لمدة معظم السنة.

لذلك،لا يمثل فقدان الحمل جزءًا كبيرًا من خسارة الطاقة السنوية.

وبالتالي قد يستحق محول سبيكة غير متكاملة تقييمها لأن خسارة النواة المنخفضة يمكن أن توفر توفير الطاقة طوال فترة التشغيل بأكملها.

ومع ذلك، يجب أن يستند القرار النهائي إلى عدم الحمل المضمون من قبل الشركة المصنعة وخسائر الحمل، وسعر الشراء، وتعريفة الكهرباء، وفترة التشغيل المتوقعة.

مثال 2: 500 kVA محول صناعي

الآن فكر في محول 500 kVA مثبت في منشأة صناعية.

قد تكون شروط التشغيل:

• تشغيل على مدار الساعة خلال فترات الإنتاج

• متوسط الحمل حوالي 60-70٪

• تحميل يتقلب بين حوالي 50٪ و 85٪

• التيار العالي للعديد من ساعات التشغيل

• أهمية أكبر على القوة الميكانيكية وظروف التثبيت

في هذه الحالة، يساهم فقدان الحمل بشكل كبير في استهلاك الطاقة السنوي.

Aمحول جوهر 3D باستخدام الصلب السيليكونلذلك قد تكون واحدة من التكنولوجيات التي تستحق التقييم ، خاصة عندما يتناسب أدائها المضمون لفقدان الحمل والتصميم الميكانيكي وسعر الشراء ومتطلبات التشغيل مع المشروع.

هذا لا يعني أن تكنولوجيا جوهر الجروح ثلاثية الأبعاد دائما أكثر اقتصادية عند الحمل العالي. تعتمد النتيجة الفعلية على بيانات الخسارة المضمونة وسعر الشراء للمحول المحدد.

سبيكة غير معدنية مقابل 3D Wound-Core Transformer

يمكن استخدام المقارنة التالية كدليل هندسي أولي.

وينبغي النظر إلى الجدول على أنهمقارنة التكنولوجيا بدلا من التصنيف العالمي . يختلف الأداء الفعلي بين تصاميم المحولات والمصنعين.

كيف يجب أن تؤثر قدرة المحول على الاختيار؟

لا ينبغي أن تحدد قدرة المحول وحدها ما إذا كان يتم اختيار تكنولوجيا سبيكة غير متكاملة أو تكنولوجيا نواة الجروح ثلاثية الأبعاد.

ولا توجد عتبة عالمية للقدرة الدولية تصبح فيها تكنولوجيا واحدة غير مناسبة تلقائيا.

ومع ذلك، تزداد أهمية العوامل التالية مع زيادة القدرات:

• متطلبات التصنيع الأساسية

• الأبعاد الأساسية والقوة الميكانيكية

• النقل والتعامل

• تصميم لف

• الأداء الحراري

• الخسائر المضمونة

• تكلفة التصنيع

• فترة استرداد المشروع

بالنسبة لمحولات التوزيع الأصغر والمتوسطة ، يمكن أن تكون كلتا التكنولوجيتين عملية تقنياً.

بالنسبة للمحولات الكبيرة، يصبح التقييم الهندسي والاقتصادي أكثر تحديدا للمشروع.

وبالتالي، تصريحات مثل "لا يمكن لمحولات سبيكة غير متناسبة أن تتجاوز تصنيفًا معينًا لـ kVA"يجب تجنبها عموما ما لم تشير إلى مجموعة منتجات مصنع معينة أو مواصفات مشروع.

كيفية حساب تكلفة الطاقة السنوية

بالنسبة للمحول الذي يعمل عند حمولة ثابتة نسبياً، فإن حساب الخسارة السنوية المبسطة هو:

الخسارة السنوية للطاقة = P ₀ × t + P ₖ × β² × t

أين:

• P₀ = عدم فقدان الحمل

• Pₖ = خسارة الحمل المقدرة

• β = متوسط عامل الحمل

• t = ساعات التشغيل السنوية

على سبيل المثال:

يحتوي محول 500 kVA على:

• لا خسارة الحمل: 300 واط

• خسارة الحمل: 5000 واط

• متوسط عامل الحمل: 50٪

• وقت التشغيل: 8,760 ساعة/سنة

الخسارة السنوية:

0.3 × 8,760 + 5 × 0.5² × 8,760

= 2,628 + 10,950

= 13,578 كيلوواط/سنة

إذا كانت تكلفة الكهرباء 0.15 دولار/كيلوواط/ساعة:

13,578 × $0.15 = $2,036.70/سنة

هذا حساب مبسط.

بالنسبة للمحول مع اختلاف كبير في الحمل ، يجب استخدام منحنى الحمل بدلا من عامل حمولة متوسط واحد.

الحساب الأكثر دقة هو:

الخسارة السنوية للطاقة = Σ[P] ₀ + Pₖ × (Iₜ / Iᵣ) ²] × Δt

ويحسب هذا النهج التيار التشغيلي الفعلي خلال فترات مختلفة من السنة.

ماذا عن سعر الشراء الأولي؟

لا ينبغي تقييم كفاءة الطاقة بشكل منفصل عن سعر الشراء.

على سبيل المثال:

على الرغم من أن ترانسفورمر ب لديه خسائر طاقة سنوية أقل ، إلا أن الاستثمار الإضافي يتطلب حوالي 12 سنة للتعافي بموجب هذه الافتراضات.

إذا كان المحول يعمل لمدة 20-25 عامًا ، فقد يكون الحساب جذابًا.

إذا كانت فترة التشغيل الفعلية أقصر بكثير ، فقد يكون الاقتصاد مختلفًا.

هذا هو السببلا يجب تقييم خسارة الحمل، خسارة الحمل، سعر الكهرباء، ملف تعريف الحمل، سعر الشراء، وعمر الخدمة المتوقع معًا.

أي محول يجب أن تختاره؟

بدلًا من اختيار المحول بناءً فقط على كلمات "غير متكاملة" أو "جوهر ثلاثي الأبعاد"، ابدأ بظروف التشغيل الفعلية.

فكر في تقييم محول سبيكة غير متكاملة عندما:

• يبقى المحول مشغلاً لمعظم السنة

• الحمل منخفض نسبيا لفترات طويلة

• استهلاك الطاقة بدون حمولة هو مصدر قلق كبير

• التعريفة الكهربائية تجعل الخسائر المستمرة اقتصاديا كبيرة

• يضع المشروع تركيزا قويا على تقليل الخسائر الأساسية

فكر في تقييم محول جوهر الجرح ثلاثي الأبعاد عندما:

• يعمل المحول تحت أحمال معتدلة أو متغيرة

• القوة الميكانيكية وظروف النقل مهمة

• يفضل هيكل جوهر الجرح ثلاثي الأبعاد

• بيانات الخسارة المضمونة من قبل الشركة المصنعة توفر تكلفة دورة الحياة المناسبة

• يجب التوازن بين الاستثمار الأولي وتكلفة التشغيل

هذه هياعتبارات الاختيار وليس قواعد ثابتة . نفس تكنولوجيا المحولات يمكن أن تكون مناسبة لتطبيقات مختلفة جدا اعتمادا على أدائها الفعلي المضمون.

خمسة معايير للمقارنة قبل الطلب

لمشروع شراء المحولات الدولي، اطلب المعلومات التالية من كل مصنع:

1. القدرة المقدرة

على سبيل المثال، 315 kVA، 500 kVA، 630 kVA، أو 1,000 kVA.

2. لا خسارة الحمل

وهذا مهم بشكل خاص للمحولات التي تبقى تعمل باستمرار.

3. خسارة الحمل

مقارنة القيمة المضمونة تحت نفس الشروط المرجعية.

4. ملف تعريف الحمل السنوي

لا تعتمد فقط على القدرة الاسمية. تقدير كم ساعة يعمل المحول عند تحميل 20٪، 40٪، 60٪، 80٪، و 100٪.

5- إجمالي تكلفة الملكية

النظر في:

سعر الشراء + تكلفة فقدان الطاقة السنوية + الصيانة + عمر الخدمة المتوقع.

مبدأ الاختيار النهائي

المقارنة بينمحول سبيكة غير متكاملةو أمحول جوهر الجرح ثلاثي الأبعادلا ينبغي أن يقلص إلى سؤال بسيط حول أي تكنولوجيا لها خسائر أقل.

ولدى التكنولوجيتين مواد أساسية وخصائص بناء مختلفة، ويعتمد أدائهما الاقتصادي بشكل كبير على التطبيق.

بالنسبة للمحول المحمول بخفيفة التحميل الذي يبقى مشغلا باستمرار ، يمكن أن يكون لخسارة عدم التحميل المنخفضة تأثير كبير على استهلاك الطاقة السنوي.

بالنسبة للمحول الذي يعمل عند حمولات معتدلة أو أعلى ، تصبح خسارة الحمل مهمة بشكل متزايد ، مما يجعل ملف تعريف الخسارة الكامل وتصميم التلف مهمًا.

لذلك ، فإن طريقة الاختيار الأكثر موثوقية هي المقارنةخسارة غير محملة مضمونة ، خسارة محملة مضمونة ، ملف تعريف الحمل السنوي الفعلي ، تعريفة الكهرباء ، سعر الشراء الأولي ، وعمر الخدمة المتوقع.

وينبغي أن يستند القرار النهائي إلى تكلفة دورة حياة كاملة لتصاميم المحولات المحددة التي يتم اقتباسها - وليس فقط على ما إذا كانت النواة سبيكة غير متكاملة أو جرح ثلاثي الأبعاد GOES.

شركة تحويل الشباب المحدودة