При выборе энергоэффективного распределительного трансформатора часто рассматриваются две технологии:трансформаторы из аморфного сплаваи3D-трансформаторы с нанесенным ядром, использующие зерноориентированную электрическую сталь (GOES) или кремниевую сталь.

Оба могут уменьшить потери трансформатора по сравнению с обычными конструкциями, но они достигают этого с помощью различных материалов и конструкций ядра. Поэтому правильный выбор не должен основываться только на мощности трансформатора или цене покупки.

Ключевыми факторами являютсяпотери без нагрузки, потери нагрузки, ежегодные рабочие часы, профиль нагрузки, стоимость электроэнергии, механические требования и общая стоимость владения.

В чем разница между трансформатором аморфного сплава и 3D-трансформатором раны-ядра?

Наиболее важным отличием является основная технология.

Атрансформатор аморфного сплаваиспользует аморфный металлический материал для магнитного ядра. Аморфный сплав производится в виде очень тонкой металлической ленты с некристаллической атомной структурой. Его низкая потеря ядра делает его особенно привлекательным для трансформаторов, которые остаются в течение длительного периода времени при работе при относительно низких нагрузках.

A3D трансформатор с ядромиспользует трехмерное магнитное ядро, обычно изготовленное из зерноориентированной электрической стали (GOES). Ядро непрерывно намотано в закрытую трехмерную магнитную цепь, что может уменьшить дисконтинитеты магнитного потока и улучшить общую структуру ядра.

Эти термины описывают различные аспекты технологии трансформаторов:

Поэтому сравнение в этой статье сосредоточено в первую очередь натрансформаторы из аморфного сплава по сравнению с трансформаторами с 3D-ядром с использованием GOES.

Почему важны потери без нагрузки?

Потери трансформатора обычно можно разделить напотеря без нагрузкиипотеря нагрузки.

Потеря без нагрузки происходит каждый раз, когда трансформатор подключается к энергии, даже когда есть небольшая или никакая вторичная сторонняя нагрузка. Это делает его особенно важным для распределительных трансформаторов, которые постоянно подключаются к сети.

Например, предположим, что трансформатор 500 kVA работает 8760 часов в год.

Если потеря без нагрузки:

• Обычная конструкция: 500 Вт

• Энергоэффективная конструкция: 300 Вт

Ежегодная разница в энергии без нагрузки составляет:

200 Вт × 8 760 ч =1 752 кВт/год

При стоимости электроэнергии 0,15 доллара/кВтч:

1,752 × \(0.15 = \)$262.80/год

Фактическая экономия зависит от гарантированных потерь выбранного трансформатора и местного тарифа на электроэнергию.

Вот почему низкие потери без нагрузки могут быть особенно ценными в приложениях, где трансформатор остается на энергии круглосуточно.

Почему потеря нагрузки имеет значение?

Потеря нагрузки меняется с нагрузкой трансформатора и тесно связана с током.

Для упрощенного расчета потери нагрузки можно приблизить следующим образом:

Потеря нагрузки ≈ Номинальная потеря нагрузки × Фактор нагрузки ²

Например, если трансформатор имеет номинальную потерю нагрузки 5000 Вт:

При 50% нагрузки:

5,000 × 0.5² = 1,250 W

При 80% нагрузки:

5,000 × 0.8² = 3,200 W

При 100% нагрузке:

5,000 × 1² = 5,000 W

Это демонстрирует, почему трансформатор с очень низкими потерями без нагрузки не является автоматически самым дешевым решением в каждом рабочем состоянии.

Когда трансформатор работает при умеренной или высокой нагрузке в течение многих часов, потеря нагрузки становится все более важной.

Пример 1: 500 kVA сельский распределительный трансформатор

Рассмотрим трансформатор 500 kVA, обеспечивающий сельскую распределительную сеть.

Трансформатор может:

• Оставайтесь энергичным 24 часа в сутки

• Работает приблизительно 8760 часов в год

• Средняя нагрузка около 25%

• Проводить длительные периоды при нагрузке от 15 до 40%

• Поставка жилых, сельскохозяйственных или распределенных возобновляемых источников энергии

В этом режиме работы трансформатор питан непрерывно, но его нагрузка может оставаться относительно низкой в течение большей части года.

Поэтому,потери без нагрузки составляют значительную часть годовых потерь энергии.

Поэтому трансформатор из аморфного сплава может стоить оценить, поскольку его низкая потеря ядра может обеспечить экономию энергии на протяжении всего периода энергизации.

Однако окончательное решение по-прежнему должно основываться на гарантированной загрузке и потерях загрузки производителя, покупной цене, тарифе на электроэнергию и ожидаемом периоде эксплуатации.

Пример 2: 500 kVA промышленный трансформатор

Теперь рассмотрим трансформатор 500 kVA, установленный на промышленном объекте.

Условия эксплуатации могут быть следующими:

• Круглосуточная работа в производственные периоды

• Средняя нагрузка около 60-70%

• Нагрузка колеблется примерно от 50% до 85%

• Высокий ток во многие рабочие часы

• Большое значение уделяется механической прочности и условиям установки

В этой ситуации потеря нагрузки значительно способствует годовому потреблению энергии.

A3D-трансформатор с сердцем с использованием кремниевой сталиПоэтому может быть одной из технологий, заслуживающих оценки, особенно когда ее гарантированные потери нагрузки, механическая конструкция, цена покупки и эксплуатационные требования соответствуют проекту.

Это не означает, что технология 3D-раны всегда более экономична при высокой нагрузке. Фактический результат зависит от данных о гарантированных потерях и покупной цены конкретного трансформатора.

Аморфный сплав против 3D раны-ядро трансформатора

Следующее сравнение может быть использовано в качестве предварительного инженерного руководства.

Таблицу следует рассматривать какСравнение технологий, а не универсальный рейтинг . Фактическая производительность варьируется между конструкциями трансформаторов и производителями.

Как мощность трансформатора должна влиять на выбор?

Одна только мощность трансформатора не должна определять, выбирается ли аморфный сплав или технология 3D-сердца.

Нет универсального международного порога потенциала, при котором одна технология автоматически становится неприемлемой.

Однако по мере увеличения мощностей приобретают все большее значение следующие факторы:

• Основные производственные требования

• Размеры ядра и механическая прочность

• Транспортировка и обработка

• Дизайн обмотки

• Термическая производительность

• Гарантированные убытки

• Стоимость производства

• Период окупаемости проекта

Для небольших и средних распределительных трансформаторов обе технологии могут быть технически практичными.

Для крупных трансформаторов инженерная и экономическая оценка становятся все более специфическими для проекта.

Поэтому такие заявления, как «Трансформаторы из аморфного сплава не могут превышать определенную номинальную мощность кВА»Как правило, их следует избегать, если они не относятся к конкретному ассортименту продукции или спецификации проекта производителя.

Как рассчитать годовую стоимость энергии

Для трансформатора, работающего при относительно постоянной нагрузке, упрощенный расчет годовых потерь составляет:

Ежегодная потеря энергии = P ₀ × t + P ₖ × β² × т

Где:

• P₀ = потеря без нагрузки

• Pₖ = номинальная потеря нагрузки

• β = средний коэффициент нагрузки

• t = ежегодные рабочие часы

Например:

Трансформатор 500 kVA имеет:

• Потеря без нагрузки: 300 Вт

• Потеря нагрузки: 5000 Вт

• Средний коэффициент нагрузки: 50%

• Время работы: 8,760 ч/год

Ежегодный убыток:

0.3 × 8,760 + 5 × 0.5² × 8,760

= 2,628 + 10,950

= 13 578 кВтч/год

Если электроэнергия стоит $0.15/кВтч:

13,578 × $0.15 = $2,036.70/год

Это упрощенный расчет.

Для трансформатора с значительными колебаниями нагрузки следует использовать кривую нагрузки вместо одного среднего коэффициента нагрузки.

Более точным расчетом является:

Ежегодная потеря энергии = Σ[P] ₀ + Pₖ × (Iₜ / Iᵣ) ²] × Δt

Этот подход учитывает фактический рабочий ток в различные периоды года.

Как насчет первоначальной покупной цены?

Энергоэффективность не должна оцениваться отдельно от покупной цены.

Например:

Хотя Трансформатор B имеет меньшие ежегодные потери энергии, дополнительные инвестиции требуют приблизительно 12 лет для восстановления в соответствии с этими предположениями.

Если трансформатор работает 20-25 лет, расчет может быть привлекательным.

Если фактический период эксплуатации гораздо короче, экономика может отличаться.

Вот почемупотеря без нагрузки, потеря нагрузки, цена электроэнергии, профиль нагрузки, цена покупки и ожидаемый срок службы должны быть оценены вместе.

Какой трансформатор выбрать?

Вместо того, чтобы выбирать трансформатор только на основе слов «аморфный» или «3D-ядро», начните с фактических условий работы.

Рассмотрите возможность оценки трансформатора аморфного сплава, когда:

• Трансформатор остается на энергии большую часть года

• Нагрузка относительно низкая в течение длительных периодов

• Потребление энергии без нагрузки является серьезной проблемой

• Тариф на электроэнергию делает непрерывные потери экономически значительными

• Проект уделяет большое внимание снижению основных потерь

Рассмотрите возможность оценки 3D-трансформатора с ядром раны, когда:

• Трансформатор работает при умеренных или переменных нагрузках

• Важны механическая прочность и условия транспортировки

• Предпочитается трехмерная структура сердца раны.

• Данные о гарантированных потерях производителя обеспечивают соответствующую стоимость жизненного цикла

• Первоначальные инвестиции и эксплуатационные затраты должны быть сбалансированы

Этосоображения выбора, а не фиксированные правила . Одна и та же технология трансформатора может быть подходящей для очень разных приложений в зависимости от ее фактической гарантированной производительности.

Пять параметров для сравнения перед заказом

Для международного проекта закупок трансформаторов запросите следующую информацию у каждого производителя:

1. Номинальная мощность

Например, 315 kVA, 500 kVA, 630 kVA или 1,000 kVA.

2. Нет потери нагрузки

Это особенно важно для трансформаторов, которые постоянно заряжаются энергией.

3. Потеря нагрузки

Сравните гарантированную стоимость при одинаковых исходных условиях.

4. Годовой профиль нагрузки

Не полагайтесь только на номинальную мощность. Оцените, сколько часов трансформатор работает при 20%, 40%, 60%, 80% и 100% нагрузки.

5. Общая стоимость владения

Рассмотрим:

Цена покупки + годовая стоимость потери энергии + обслуживание + ожидаемый срок службы.

Принцип окончательного отбора

Сравнение между однимтрансформатор аморфного сплаваи a3D трансформатор с ядромНе следует сводиться к простому вопросу о том, какая технология имеет меньшие потери.

Две технологии имеют разные основные материалы и конструктивные характеристики, и их экономическая эффективность в значительной степени зависит от применения.

Для легко нагрузанного трансформатора, который постоянно подает энергию, низкие потери без нагрузки могут иметь значительное влияние на годовое потребление энергии.

Для трансформатора, работающего при умеренных или более высоких нагрузках, потеря нагрузки становится все более важной, что делает полный профиль потерь и конструкцию обмотки критическими.

Поэтому наиболее надежным методом отбора является сравнениегарантированная потеря без нагрузки, гарантированная потеря нагрузки, фактический годовой профиль нагрузки, тариф на электроэнергию, первоначальная цена покупки и ожидаемый срок службы.

Окончательное решение должно основываться на полной стоимости жизненного цикла конкретных конструкций трансформатора, а не просто на том, является ли ядро аморфным сплавом или 3D-раной GOES.

Компания Youth Transformer Co.,Ltd.