Методы энергосбережения при передаче электроэнергии в трансформаторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Мурманский арктический университет»

Кафедра строительства, энергетики и транспорта

Контрольная работа

По дисциплине «Энергоэффективность и энергосбережение»

Методы энергосбережения при передаче электроэнергии в трансформаторе

Мурманск

2024



Содержание

Введение

1. Энергоэффективность и энергосбережение

2. Экономия электроэнергии

3. Трансформаторы. Принцип работы

4. Энергосбережение при передаче электроэнергии в трансформаторах

Заключение

Список литературы



Введение

энергосбережение трансформатор бережный использование

Разумное и бережное использование энергетических ресурсов является одной из самых актуальных и насущных проблем современного общества. Над решением задачи предотвращения масштабного энергетического кризиса, способного привести к катастрофе мирового масштаба, в настоящее время работают ведущие научно-исследовательские центры, крупные компании, государственные корпорации. Наиболее эффективным путем экономии ресурсов является разработка и внедрение современных технологий энергосбережения и повышение энергоэффективности.

Энергосберегающими технологиями называют всевозможные промышленные и бытовые процессы, призванные сократить потребление энергетических ресурсов и материалов на единицу продукции или производство источника энергии.

Нередко между понятиями энергосбережение и энергоэффективность ставится знак равенства. Поэтому следует отметить, что под понятием энергетической эффективности подразумевается комплекс характеристик, отображающих соотношение эффективности использования энергоресурсов к затратам на получение этих ресурсов. К числу характеристик энергосбережения относится класс энергоэффективности, отражающий степень полезности продукта с точки зрения экономии энергоресурсов.

Разработка и внедрение прогрессивных технологий энергосбережения и энергоэффективности как в производственную, так и бытовую сферу, помимо прочего, является важнейшим шагом на пути решения актуальных как никогда ранее экологических проблем, в числе которых глобальное изменение климата, чрезмерное загрязнение атмосферы, истощение природных ресурсов.



1. Энергоэффективность и энергосбережение

Энергоэффективность является важным аспектом современного строительства и проектирования, так как позволяет снизить потребление энергии, уменьшить негативное воздействие на окружающую среду и сэкономить деньги на энергетических расходах.

Энергосбережение - это использование энергии с максимальной эффективностью, чтобы уменьшить потребление ресурсов и негативное воздействие на окружающую среду.

Проблемы экономии электрической энергии на всех стадиях ее жизненного цикла являются одними из центральных проблем стоящих перед энергетикой. Комплексное решение этих проблем связано с переходом на новые информационные ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии производства, передачи и потребления электрической энергии. Необходима минимизации потерь электрической энергии в электрических сетях при ее передаче.

В настоящее время накоплен значительный опыт по моделированию и оптимизации режимов функционирования систем энергетики, т.е. опыт решения задач планирования и управления режимами передачи электрической энергии. Результаты оптимизации структуры и параметров электрических сетей вскрыли значительные резервы экономии непроизводственных потерь электрической энергии до 15-20% от общего объема передаваемой электроэнергии. Однако, некоторые разработанные до настоящего времени модели и методы оптимизации являются детерминированными и не учитывают реальные условия функционирования электрических сетей и рынка электроэнергии. Получаемые с помощью этих методов оптимальные решения, соответствуют только конкретным граничным условиям и находятся, как правило, на границе допустимой области. Естественно, что такие «оптимальные» решения оказываются неприемлемыми на практике. С формальной точки зрения, проблема учета реальных условий функционирования электроэнергетических систем заключается в том, что в моделях математического программирования, к которым сводятся задачи планирования и управления режимами, некоторые параметры целевой функции и ограничений являются случайными величинами. В электроэнергетических системах основным внешними возмущающими факторами являются случайные процессы потребления электрической энергии, а основными внутренними возмущающими факторами являются отказы элементов технологического оборудования.

Электроэнергия в мире повсеместно дорожает, а ее потребление цивилизацией непрерывно увеличивается. Поэтому актуальной проблемой мировой энергетики является экономия электроэнергии переменного тока. Практически все электроприемники обладают индуктивностями. Как известно, индуктивность создает в электрической цепи переменного тока фазовый сдвиг между током и напряжением Во многом именно из-за этого фазового сдвига и возникает огромный перерасход электроэнергии в электрических сетях (так называемая проблема “косинуса фи” - хорошо известна электроэнергетикам). Эта, по сути, острая проблема перерасхода электроэнергии в цепях с индуктивностями носит глобальный характер в мировой электроэнергетике.

Около 70% электроэнергии, вырабатываемой электростанциями России, расходуется на промышленных предприятиях. Из этого можно заключить, какое огромное значение имеют вопросы экономии электроэнергии в промышленных установках. Уменьшение потребления электроэнергии путём рационального её использования позволит расширить производство необходимой стране продукции, даст возможность шире применять электроэнергию в быту людей. Экономия электропередачи на промышленных предприятиях может быть получена за счёт уменьшения потребления её приемниками (электродвигатели, электропечи, электросветильники и пр.) и уменьшение потерь электроэнергии в различных элементах системы электроснабжения (трансформаторы, реакторы, линии и т.д.).

При передаче электроэнергии от источников питания до приёмников теряется 10-15% электроэнергии, отпущенной с шин электростанций; остальная часть (85-90 % электроэнергии)расходуется приёмниками. Поэтому задача экономии электроэнергии на промышленных предприятиях должна решаться технологами и энергетиками путём рационального её использования.

Всякое ухудшение качества электроэнергии влечёт за собой её перерасход. Такое положение справедливо и для тех случаев, когда это ухудшение лежит в пределах нормы и соответствует ГОСТ. При перерасчётах, связанных с проектированием и эксплуатацией СЭС, не учитывают потери, возникающие в устройствах, применяемых для поддержания напряжения на допустимом уровне. Так, например, для трансформаторов с устройствами РПН это потери в регулирующих устройствах.

На основании большого количества исследований, проведённых в МЭИ, можно утверждать, что установка регулирующих устройств любого типа (за исключением технологических) обусловлена выбором нерационального номинального напряжения для СЭС. Поэтому при проектировании и эксплуатации СЭС следует по возможности не применять регулирующие устройства (симметрирующие, фильтрокомпенсирующие и т.д.), так как они приводят к дополнительным капиталовложениям, загружают заводы и министерства электротехнической промышленности ненужными заказами, увеличивают расход чёрных и цветных металлов, изоляции и самое главное, вызывают большие потери электроэнергии.

В последнее время обращают внимание и на такой показатель качества, как отклонение частоты напряжения от номинальных значений, который также приводят к потерям электроэнергии. Производственные затраты обусловленные некачественной электроэнергией не оцениваются и не учитываются, что все-таки делать необходимо. Для этого целесообразно разработать приборы, которые на каждом производстве давали бы возможность сопоставлять количество и качество продукции предприятия, как функцию от качества электроэнергии.

2. Экономия электроэнергии

Заинтересованность промышленных предприятий в снижении затрат на электроэнергию в основном зависит от ее доли в стоимости конечной продукции.

На промышленных предприятиях самыми энергозатратными направлениями считаются обеспечение работы оборудования и освещение. Основная доля работ по повышению энергоэффективности направлена непосредственно на эти виды энергопотребления, а также на отопление, водоснабжение и кондиционирование воздуха.

Большая доля энергетических ресурсов идёт на отопление промышленного предприятия, в этой сфере также можно провести процедуры для повышения энергоэффективности. В первую очередь необходимо обеспечить хорошую теплоизоляцию стен зданий и улучшить состояние окон помещений (в ряде европейских стран разработаны и осуществляются планы по замене старых оконных конструкций новыми, более эффективными), применить тепловые насосы, солнечные коллекторы, использование теплых полов с 313 использованием в них пластиковых труб, вместо привычного отопительного оборудования, что сокращает расходы на эти цели в 1,5-2 раза. Также энергосберегающие мероприятия не могут не затронуть водоснабжение. Затраты на водоснабжение в промышленности достигают 20-25 %. Уменьшить расходы на водоснабжение позволит замена и ремонт трубопроводов, установка современного сантехнического оборудования. Как и во всех сферах энергопотребления необходимы приборы учёта. Для экономии водных ресурсов должны быть использованы системы оборотного водоснабжения и другие НДТ в данной области. Такие системы могут быть реализованы в полной мере на энергетических предприятиях, металлургических комбинатах, машиностроительных заводах, предприятиях химической деятельности. Подобные системы способны сократить расход свежей воды на 85-90 %.

В направлении сокращения затрат энергии на цели освещения имеется и используется целый ряд мероприятий и производятся изменения: применение энергоэффективной светотехнической аппаратуры и покраска стен в светлые тона, содержание осветительных приборов в чистоте, применение местного освещения, внедрение люминесцентного, светодиодного и индукционного освещения, в перспективе - лазерные системы освещения, управляющие световыми потоками с использованием светодиодных матричных светильников. Также осуществляется установка датчиков для совершенствования систем учета электроэнергии, подразумевающих более высокий класс точности прибора, автоматический коммерческий учет (АСКУЭ) и технический учет используемой электроэнергии, снижение электропотребления за счет оптимизации работы производственного оборудования путем установки частотно-регулируемых приводов для управления работой электродвигателей в условиях переменных нагрузок.

На промышленном предприятии силовые трансформаторы устанавливают на главных понизительных, на цеховых и на специальных подстанциях. Преобразовательных электропечных, сварочных и др. Потери электроэнергии в трансформаторах являются неизбежными, однако размер их должен быть доведён до возможного минимума путём правильного выбора мощности и числа силовых трансформаторов, а также рационального режима их работы. Кроме того, следует стремиться к уменьшению потерь электроэнергии путём исключения холостого хода трансформаторов при малых загрузках. Это мероприятие имеет особое значение при эксплуатации цеховых трансформаторов предприятий, работающих в одну или две смены, а также в выходные дни.

Обычно на предприятиях в свободное от работы время или в выходные дни ведутся ремонтные работы, испытания оборудования и т.д.. Для производства таких работ также требуется электроэнергия, но в значительно меньшем количестве, чем в рабочие дни. Включение всех цеховых трансформаторов вызывает большие нерациональные потери за счёт потерь холостого хода трансформаторов. Для устранения таких потерь рекомендуется проектировать новые схемы электроснабжения предусматривая резервные связи (перемычки) на стороне низкого напряжения цеховых трансформаторов. При этом целесообразно питать установки для ремонтных работ, ночного, охранного и дежурного освещения по всей территории предприятия и т.п., включая работу только 1, 2-ух трансформаторов в разных точках сети.

Мероприятия по экономии электроэнергии должны носить комплексный характер. Эффективность принятых мер зависит от качества проведенного и энергоаудита предприятия, и скрупулезного выполнения предписаний энергоаудиторов по вопросам экономии электрической энергии на производстве.

В условиях действующих промышленных предприятий при отсутствии запроектированной схемы такого питания можно путём незначительной реконструкции сети обеспечить целесообразный режим работы силовых трансформаторов. Ограничение холостого хода имеет большое значение также для таких установок, как сварочные и электропечные аппараты.

Следует отметить, что работа трансформаторов в режиме холостого хода или близком к нему вызывает изменение потерь не только в самом трансформаторе, но и во всей системе питания из-за низкого коэффициента мощности при холостом ходе трансформатора.

Потери электроэнергии в линиях зависят от значения сопротивлений и тока, пропускаемого через линии. Сопротивление действующих линий может считаться практически постоянным. Отсюда следует, что для уменьшения потерь электроэнергии возможен один путь - уменьшение протекающего через них тока. Уменьшить значение тока можно, например, использованием в работе значительного количества резервных линий. При наличии параллельных линий желательно из соображений экономии электроэнергии держать их включенными параллельно. При проектировании системы электроснабжения предприятия необходимо выбирать вариант, при котором отсутствуют реакторы, или вариант с минимальными потерями в реакторах. С этой точки зрения, рассматриваемые варианты должны обязательно сопоставляться по технико-экономическим показателям. Так, например, система электроснабжения предприятия на напряжение 6 кВ с реакторами должна сравниваться с системой электроснабжения на напряжение 20 кВ без реакторов.

При питании мощных приёмников электроэнергии (электрические печи и пр.), как правило, применяют многополюсные шинопроводы. Существует так называемый ''эффект близости'', при котором резко возрастает индуктивное сопротивление шин и соответственно увеличивается реактивная составляющая тока, что в конечном счёте приводит к увеличению общего тока и соответственно потерь мощности и энергии.

При неравномерном распределении нагрузок по фазам трёхфазной системы, потери электроэнергии больше, чем при симметричной нагрузке. Равномерность загрузки фаз должна быть обеспечена в первую очередь за счёт правильного распределения однофазных и двухфазных нагрузок по фазам. Вторым мероприятием для уменьшения асимметрии в сетях напряжением до 1000 В является установка нейтраллеров на вводах заземление свинцовой оболочки кабеля. Экономическая целесообразность второго мероприятия определяется соотношением между затратами на установку нейтраллеров и стоимостью сэкономленной электроэнергии в результате устранения асимметрии нагрузки.

Мероприятия по выравниванию нагрузки фаз целесообразно проводить в трансформаторах, загруженных более чем на 30 % номинальной мощности, неравномерностью нагрузки можно пренебречь, так как нагрузочные потери незначительно превышают потери холостого хода.

Установка понижающих трансформаторов с высшим напряжением 110, 32, 10 и 6 кВ вблизи приёмников электростанции и сокращение длины цеховых сетей напряжением 0,69-0,23 кВ дают значительную экономию электроэнергии. Однако, чем выше напряжение питающих сетей, тем дороже электрооборудование (кабельные и воздушные линии, выключатели и т.д.). Рекомендованное в своё время для глубокого ввода напряжение 35 кВ не нашло широкого применения в системах промышленного электроснабжения, так как оказалась слишком высоким для большинства промышленных предприятий. Эксплуатация систем промышленного электроснабжения показала, цеховых подстанций целесообразно ограничивать мощность (принцип разукружения подстанций) используемых трансформаторов 1000 кВА с вторичным напряжением 4000 В и 1800-2500 кВА с вторичным напряжением 35 кВ требуется ток равный 30 А.

Энергоменеджмент и реализация комплекса энергосберегающих мероприятий, разработанного на основе результатов энергоаудита, безусловно эффективны и экономически выгодны для промышленных предприятий. За счет внедрения системы энергоменеджмента снижение энергозатрат начинается уже через 1,5- 2 года и продолжается в течение ряда лет, что в долгосрочной перспективе является весьма выгодным действием.

3. Трансформаторы. Принцип работы

Трансформатор - электроустройство, использующееся для преобразования электрической энергии путем изменения напряжения, основанное на принципе магнитного индукционного взаимодействия двух обмоток.

Трансформаторы являются одним из ключевых компонентов в электротехнике. Они позволяют изменять напряжение и ток электрической энергии, что делает их неотъемлемой частью энергетических систем и устройств.

Основными компонентами трансформатора являются две обмотки - первичная и вторичная, которые обычно обмотаны на одном и том же магнитном сердечнике. Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а вторичная обмотка подключается к нагрузке.

Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, он создает переменное магнитное поле вокруг магнитного сердечника. Это переменное магнитное поле воздействует на вторичную обмотку и индуцирует в ней переменное напряжение.

Принцип работы трансформатора основан на законе Фарадея, который гласит, что изменение магнитного поля в проводнике индуцирует в нем электрическое напряжение. В трансформаторе это изменение магнитного поля происходит благодаря переменному току в первичной обмотке.

Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток определяет соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора. Если число витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной, то выходное напряжение будет больше, чем входное. Если число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, то выходное напряжение будет меньше, чем входное.

Трансформаторы широко используются в электротехнике для передачи электрической энергии на большие расстояния, изменения напряжения для различных устройств и обеспечения изоляции между источником питания и нагрузкой.

Трансформаторы состоят из нескольких основных компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию:

Сердечник является основной частью трансформатора и служит для создания магнитного поля. Он обычно изготавливается из листового железа, чтобы уменьшить потери энергии, вызванные электрическими токами, называемыми вихревыми токами. Железо обладает высокой магнитной проницаемостью, что позволяет эффективно создавать и передавать магнитное поле.

Обмотки. Трансформаторы имеют две обмотки - первичную и вторичную. Первичная обмотка подключается к источнику питания, а вторичная обмотка подключается к нагрузке. Обмотки обычно изготавливаются из провода, обмотанного вокруг сердечника. Число витков в каждой обмотке определяет соотношение трансформации и позволяет изменять напряжение в соответствии с требованиями системы.

Изоляция. Используется для предотвращения короткого замыкания и обеспечения безопасности. Обмотки трансформатора обычно изолируются друг от друга и от сердечника с помощью изоляционных материалов, таких как эмаль, пленка или изоляционные листы. Это предотвращает протекание тока между обмотками и обеспечивает безопасность при работе с трансформатором.

Охлаждение. Трансформаторы могут нагреваться в процессе работы из-за потерь энергии. Для предотвращения перегрева и сохранения оптимальной работы трансформатора используются различные методы охлаждения, такие как воздушное охлаждение, охлаждение маслом или применение специальных охлаждающих систем.

Все эти компоненты взаимодействуют в трансформаторе, чтобы обеспечить эффективную передачу электрической энергии и изменение напряжения в соответствии с требованиями системы.

Трансформаторы могут быть классифицированы по различным критериям, таким как конструкция, применение и способ охлаждения. Вот некоторые из наиболее распространенных типов трансформаторов:

Силовые трансформаторы. Силовые трансформаторы используются для передачи электрической энергии на большие расстояния. Они имеют высокую мощность и обычно используются в энергетических системах для изменения напряжения с целью передачи энергии от генераторов к потребителям.

Распределительные трансформаторы. Распределительные трансформаторы используются для изменения напряжения в распределительных сетях. Они обычно устанавливаются на столбах или в подстанциях и служат для снижения напряжения с высокого уровня, поступающего от силовых трансформаторов, до уровня, пригодного для использования в домах и офисах.

Трансформаторы для электроники. Трансформаторы для электроники используются в различных электронных устройствах, таких как источники питания, зарядные устройства, аудиоусилители и другие. Они обычно имеют небольшую мощность и компактные размеры.

Автотрансформаторы. Автотрансформаторы являются особой разновидностью трансформаторов, в которых обмотки имеют общую часть. Они используются для изменения напряжения в электрических сетях и имеют более компактный и экономичный дизайн по сравнению с обычными трансформаторами.

Трансформаторы тока и напряжения. Трансформаторы тока и напряжения используются для измерения тока и напряжения в электрических сетях. Они позволяют получить пропорциональный сигнал, который может быть использован для контроля и защиты системы.

Это лишь некоторые из типов трансформаторов, которые используются в электротехнике. Каждый тип имеет свои особенности и применение в различных областях.

Трансформаторы являются одним из наиболее важных и широко используемых устройств в электротехнике. Они играют ключевую роль в передаче и распределении электрической энергии, а также в преобразовании напряжения и тока.

Передача и распределение электрической энергии:

Одним из основных применений трансформаторов является передача и распределение электрической энергии. Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения в электрических сетях, чтобы обеспечить эффективную передачу энергии на большие расстояния. Например, высоковольтные трансформаторы повышают напряжение для передачи электроэнергии по линиям электропередачи, а затем низковольтные трансформаторы понижают напряжение для использования в домашних и промышленных сетях.

Преобразование напряжения и тока:

Трансформаторы также используются для преобразования напряжения и тока. Например, трансформаторы понижают напряжение от электрической сети до уровня, необходимого для питания электронных устройств, таких как компьютеры и телевизоры. Они также могут повышать напряжение для использования в промышленных процессах, таких как сварка или электролиз.

Измерение тока и напряжения:

Трансформаторы тока и напряжения используются для измерения тока и напряжения в электрических сетях. Они позволяют получить пропорциональный сигнал, который может быть использован для контроля и защиты системы. Трансформаторы тока обычно используются в счетчиках электроэнергии, а трансформаторы напряжения - в измерительных приборах и системах контроля качества электроэнергии.

Электроника и силовая электроника:

Трансформаторы также широко применяются в электронике и силовой электронике. Они используются для изоляции и преобразования сигналов в различных устройствах, таких как источники питания, усилители, инверторы и преобразователи частоты. Трансформаторы также могут использоваться для снижения шума и помех в электронных схемах.

Это лишь некоторые из областей применения трансформаторов в электротехнике. Благодаря своей универсальности и эффективности, трансформаторы являются неотъемлемой частью многих электрических систем и устройств.

Трансформаторы имеют ряд преимуществ, которые делают их широко используемыми в электротехнике:

Преобразование напряжения: Одним из основных преимуществ трансформаторов является их способность преобразовывать напряжение. Трансформаторы могут повышать или понижать напряжение в зависимости от потребностей системы.

Изоляция: Трансформаторы обеспечивают электрическую изоляцию между входным и выходным обмотками. Это позволяет защитить устройства и оборудование от повреждений и обеспечить безопасность операторов.

Эффективность: Трансформаторы имеют высокую эффективность преобразования энергии. Они могут передавать большую часть энергии от входной обмотки к выходной без больших потерь.

Долговечность: Трансформаторы обычно имеют долгий срок службы и требуют минимального обслуживания. Правильно спроектированные и установленные трансформаторы могут работать без сбоев в течение десятилетий.

Надежность: Трансформаторы являются надежными устройствами, которые могут работать в широком диапазоне условий и нагрузок. Они обычно имеют высокую степень надежности и могут выдерживать перегрузки и короткие замыкания.

4. Энергосбережение при передаче электроэнергии в трансформаторах

Трансформаторные подстанции являются ключевым элементом энергетической инфраструктуры, обеспечивая передачу электроэнергии от высоковольтной линии к конечным потребителям. Такие подстанции потребляют огромное количество электроэнергии, и оптимизация их работы имеет принципиальное значение для повышения энергоэффективности и снижения эксплуатационных расходов. В этой статье мы рассмотрим, как можно сократить расход энергии и повысить эффективность работы оборудования на трансформаторных подстанциях.

Для начала, необходимо проанализировать, какие процессы потребляют больше энергии на трансформаторных подстанциях. Основными источниками потерь энергии являются неэффективная работа трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов, а также потери в кабелях и прочих электрических устройствах.

Существуют различные технические решения и инновационные технологии, которые позволяют сократить расход энергии на трансформаторных подстанциях. Одним из таких решений является использование энергоэффективных трансформаторов, которые имеют более высокую КПД и потребляют меньше электроэнергии. Также можно установить современные регулирующие устройства, которые позволяют эффективно контролировать потребление энергии на подстанции и оптимизировать работу оборудования. Кроме того, использование автоматических систем управления энергопотреблением также может привести к значительной экономии энергии.

Важно понимать, что реализация энергосберегающих мер в трансформаторных подстанциях требует комплексного подхода и учета множества факторов. Но при правильном подходе к этому вопросу можно достичь значительной экономии энергии и повышения эффективности работы оборудования.

Один из важных аспектов энергосбережения на трансформаторных подстанциях - это установка высокоэффективных трансформаторов. Трансформаторы с высокой эффективностью позволяют снизить потери энергии в трансформации напряжения и тем самым сократить расход электроэнергии.

Другой важный аспект - это установка автоматических систем управления, которые позволяют регулировать нагрузку на трансформаторах в режиме реального времени и уменьшить потери энергии.

Также стоит обратить внимание на оптимизацию работы кондиционирования воздуха и освещения на трансформаторных подстанциях. Использование высокоэффективных систем кондиционирования воздуха и LED-освещения может значительно снизить потребление энергии.

Однако, помимо технических аспектов, для реализации энергосберегающих мер необходимо также обучить персоналу трансформаторных подстанций правильному использованию оборудования и проведению технического обслуживания.

В итоге, сокращение расходов электроэнергии на трансформаторных подстанциях может быть достигнуто при комплексном подходе к этому вопросу и учета множества факторов, начиная от выбора высокоэффективных трансформаторов и заканчивая обучением персонала правильному использованию оборудования. Такой подход не только позволит снизить расходы на электроэнергию, но и улучшить работу трансформаторных подстанций и повысить их эффективность.

Энергоэффективность силового трансформатора определяется тремя факторами:

- загрузкой трансформатора;

- мощностью его потерь холостого хода;

- мощностью его потерь короткого замыкания.

Многократное уменьшение потерь холостого хода достигается применением аморфной стали.

Практически все электромагнитные, механические и потребительские свойства аморфной стали превосходят аналогичные для традиционной анизотропной электротехнической, применяемой в современных трансформаторах.

При загрузке силовых трансформаторов на 30% нагрузочные потери примерно равны потерям холостого хода. В среднем на каждой ступени трансформации тратится до 7% передаваемой мощности. Работа трансформатора в режиме холостого хода или близком к нему вызывает излишние потери электроэнергии не только в нем, но и но всей системе электроснабжения из-за низкого коэффициента мощности. В целях экономии электрической энергии целесообразно отключать мало загруженные трансформаторы при сезонном снижении нагрузки.

Экономически целесообразный режим работы трансформаторов, питающих производственные объекты, определяется в зависимости от суммарной нагрузки и числа параллельно включенных трансформаторов.

При использовании экономически целесообразного режима работы трансформаторов следует исходить из следующих положений:

1) не должна снижаться надежность электроснабжения потребителей;

2) трансформаторы должны снабжаться устройством АВР;

3) целесообразно автоматизировать операции отключения и включения трансформаторов.

При передаче электроэнергии от источников питания до приемников теряется от 10 до 15% электроэнергии, отпущенной с шин электростанций; остальная часть (85 -- 90% электроэнергии) расходуется приемниками.

Экономия только 1% электроэнергии на каждом предприятии может в совокупности освободить огромные мощности в энергосистемах.

Потери в распределительных трансформаторах составляют значительную часть общих потерь в системах передачи и распределения электроэнергии.

Учитывая, что силовые трансформаторы являются основными элементами электрической сети при передаче электроэнергии на большие расстояния и на отдалённых участках сети, мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают.

К основным потерям в первую очередь относятся потери холостого хода трансформатора которые являются величиной постоянной, независящей от тока нагрузки и возникает в магнитной системе трансформатора в течение всего времени, пока силовой трансформатор подключен к сети. Потери короткого замыкания (или выражаясь иными словами потери под нагрузкой) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в распределительной сети и характера нагрузки - промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т.д. Для расчетов эффективности трансформаторов, сети принято разделять на:

трансформаторы генерирующих электрических станций, основной сети на напряжения 110 кВ и выше;

трансформаторы распределительной сети, непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ.

Наиболее важными задачами при повышении качества трансформаторного оборудования являются - использование передовых технологий их производства, качество и экономия материалов при изготовлении трансформаторов и максимально возможные низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная их часть, что может привести к существенной потере энергии всего трансформаторного парка.

Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом снижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым проводом и фольгой в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 30000 кВА.

Итак, потери холостого хода эффективно можно снизить путем:

увеличения сечения сердечника, что ведет к увеличению стоимости и габаритных размеров;

применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью;

применения аморфных металлов в сердечнике. Данный способ является наиболее дорогостоящим и пока не нашел широкого применения в российской энергетике.

В основном потери нагрузки могут быть снижены путем:

увеличения значений сечения проводника обмотки, что ведет к снижению сопротивления и, следовательно, потерь. Реализация этого метода, ведет к увеличению стоимости и габаритов трансформаторов, хотя частично рост габаритных размеров компенсируется меньшим тепловыделением, что приводит к уменьшению размеров и расходов на охлаждающие конструкции.

применения материалов повышенной электропроводности, вплоть до сверхпроводников. Данная технология еще не достигла нужного уровня развития и все еще относится к очень дорогим технологиям. Нерешенной проблемой для сверхпроводниковых обмоток является уязвимость для величин токов коротких замыканий, наиболее часто встречающихся в сетях среднего напряжения.

Иначе говоря, технические резервы снижения потерь до конца не исчерпаны, и уровень эффективности КПД трансформатора может быть повышен с использованием уже известных технологий и принципов. Необходимо помнить, что при дальнейшем совершенствовании конструкции приходится учитывать множество взаимосвязанных факторов, от габаритных размеров до шумности, и необходимость сведения к минимуму технологических рисков. Потребители трансформаторов весьма консервативно относятся ко всем новшествам, и вряд ли кто-нибудь возьмется их упрекнуть в этом, осознавая возможный масштаб и продолжительность последствий выхода из строя изделия. Однако и тут компания «GBE S.p.A.» (Италия) дистрибьютором которой является ЗАО «Электронмаш» нашла выход, разделив производственный цикл на цех по производству энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R, и цех по производству сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TS3R со стандартными потерями. Сроки поставки в связи с этим являются равнозначными, как энергоэффективных трансформаторов, так и трансформаторов со стандартными потерями.

Новые конструкции магнитопровода трансформаторов характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы (технология Step-Lap), стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Также находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми из ленты холоднокатаной стали, и магнитные системы, собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.



Заключение

Проблема экономии электроэнергии становится все более актуальной в мире и поэтому предлагаемые в докладе методы ее экономии имеют важное практическое и научное значение. Существующие многочисленные электропотребители переменного тока, содержащие индуктивности (трансформаторы, асинхронные электрические машины), пока неэкономично расходуют потребляемую электроэнергию, поскольку бесполезно обмениваются реактивными токами и реактивной энергией индуктивностей с питающей электросетью. Этот бесполезный реактивный энергообмен сети и индуктивных электроприемников реактивными токами дважды за период, для экономии электроэнергии, вполне можно устранить разными методами. В том числе методом конденсаторной компенсации реактивной мощности, резонансными методами настройки электроприемников на единичный входной коэффициент мощности и метод с использованием компенсирующий конденсаторов и электронным(ими) ключом(ами), включенными последовательно в цепи электропитания последовательно с индуктивной (ыми) обмоткой(ами).

В результате отключения индуктивной нагрузки от сети переменного тока в данные “реактивные” интервалы времени бесполезный переток реактивных токов устраняется. Запасенная ранее реактивная энергия индуктивности длительное время сохраняется внутри многофазных электроприемников благодаря явлению круговой циркуляции ее по фазам индуктивной нагрузки, что и приводит к существенной экономии электроэнергии.

Данный метод циклического отключения индуктивной нагрузки от сети в “реактивные” интервалы позволит получить экономию электроэнергии до 20-30%.

Радикальная экономия электроэнергии индуктивными электропотребителями (до 100%) может быть достигнута при быстродействующей коммутации тока потребления дважды за период в моменты его максимума.

Эффективность этого ”разрывного” метода экономии электроэнергии заключается в полезном использовании возникающей при разрыве тока в индуктивности явления электромагнитной самоиндукции. Для его реализации индуктивные электрические нагрузки (потребители) должны иметь замкнутые вторичные электрические и электромагнитные контура. В асинхронных электрических машинах вторичным электрическим и электромагнитным контурами служит ее статорный магнитопровод и ротор, в трансформаторах - их магнитопроводы и вторичные обмотки.

Остро стоящие вопросы экономии электрической энергии, связанной с уменьшением потерь в силовых трансформаторах стимулируют развитие энергосберегающих технологий на современном этапе развития трансформаторостроения.



Список литературы

1. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат. 1984.

2. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. ГОСТ Р 52719?2007. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

5. Энергосбережение в Европе: применение энергоэффективных распределительных трансформаторов // Энергосбережение. - № 4. - 2003.

6. https://beelead.com/energoeffektivnost-i-energosberezhenie/.

7. https://dzen.ru/a/YW_A_w5Ufyv2X-Ig.

8. https://krcsr532.ru/news/2023/10/13/news1_972.html.

9. https://storge-bk.ru/articles/energosberezhenie-na-transformatornyx-podstanciyax-sovety-po-optimizacii-energopotrebleniya/.

10. https://nauchniestati.ru/spravka/transformatory-i-ih-primenenie/.

11. https://ozlib.com/865949/tehnika/pyataya_sberezhenie_elektricheskoy_energii.

Размещено на Allbest.ru

...