Расчета параметров силовых трансформаторов

АХТЯМОВА С.Б., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р техн. наук, профессор ГРАЧЁВА Е.И.

От надежности и качества функционирования силовых трансформаторов в большой степени зависит надежность и качество функционирования такого крупного электротехнического комплекса, как электропитающие системы. Выход из строя одного или нескольких силовых трансформаторов может привести к очень высоким техническим и экономическим издержкам.

При этом надо отметить, что для электропитающих систем кроме проблемы, связанной со «старением» электрооборудования, на современном этапе возникла новая проблема, связанная с увеличивающейся долей потребителей с нелинейной нагрузкой в связи с повсеместным использо-ванием импульсной электронной техники (компьютеры, преобразователи частоты, энергосберегающие лампы и т.д.). Гармоники, генерируемые нелинейной нагрузкой, создают дополнительные потери в трансформа-торах. Эти потери могут привести к значительным потерям энергии и быть причиной выхода из строя трансформаторов вследствие перегрева.

Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву. Срок службы трансформатора зависит от нагрева его частей и не позволяет при несинусоидальном токе использовать трансформатор на всю его номинальную мощность, ее приходится занижать. Например, полная загрузка трансформатора может наступить при использовании лишь 80 % номинальной мощности, указанной в его паспортных данных. Если не учитывать превышение температуры и попытаться использовать трансформатор «в соответствии» с его номинальными данными, срок его службы вполне может сократиться с 40 лет до 40 дней.

Кроме того, высокочастотные гармоники тока – это причина появления вихревых токов в обмотках трансформатора, что вызывает дополнительные потери мощности и перегрев трансформатора. Для линейных нагрузок потери на вихревые токи со значением тока составляют в общих потерях приблизительно 5 %, с нелинейной нагрузкой они иногда возрастают в 15–20 раз.

Поэтому одной из актуальных задач повышения надежности и качества функционирования электропитающих систем является разработка методики обоснования рациональных режимных параметров силовых трансформаторов, комплексно учитывающей нелинейность нагрузки, вихревые токи, явление гистерезиса и влияние квазистационарных переходных электромагнитных и тепловых процессов.

УДК 628.971

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УСТАНОВКАХ

НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ГОРОДОВ

АШУРОВ Д.Х., КузГТУ, г. Кемерово

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ДОЛГОПОЛ Т.Л.

С каждым годом увеличивается число светильников наружного освещения, так как они все чаще используются не только для освещения проезжей части улиц и пешеходных дорожек, но и для подсветки зданий и рекламного освещения, поэтому объемы электропотребления на осветительные нужды современных городов значительны. В связи с этим использование инновационных технологий для повышения энергоэффективности уличного освещения является весьма актуальным.

Основными энергосберегающими мероприятиями в осветительных установках являются замена используемых источников света на энергоэффективные, т.е. обладающие большей световой отдачей, а также внедрение систем автоматического управления освещением.

В настоящее время для уличного освещения используются ртутные лампы (ДРЛ) или натриевые лампы (ДНаТ). Современной альтернативой этим источникам света является светодиодное освещение, выполненное светодиодными матрицами или светодиодными лампами.

Из-за большей световой отдачи светодиодов для обеспечения требуемых уровней освещенности понадобятся лампы меньшей мощности, что позволит уменьшить количество источников питания уличного освещения. Например, для освещения одного км автодороги устанавли-вается более 60 опор, и при использовании светодиодных светильников достаточно одной трансформаторной подстанции для их питания.

В системах уличного освещения могут быть использованы и другие, более современные, инновационные технологии: резонансные системы освещения, светильники с автономным питанием от солнечных батарей. Рассмотрим возможность использования этих инновационных технологий для освещения улиц областного центра Кузбасса.

Использование в резонансной электрической системе питания уличного освещения однопроводных воздушных или кабельных линий приводит к значительному уменьшению потерь в осветительных линиях и снижению капитальных затрат на реализацию систем уличного освещения.

Еще одной из современных технологий в уличном освещении является применение солнечных батарей, установленных на опорах и служащих для автономного питания источников света.

В настоящее время выпускаются комплектные осветительные устройства с автономными источниками питания, включающие в себя не только осветительное оборудование и солнечные батареи, но и опоры (мачты) освещения.

На примере проспекта Ленина областного центра Кузбасса протяженностью 7,6 км рассмотрим затраты на реализацию всех современных технологий: светодиодного освещения, автономного питания от солнечных панелей и резонансных систем питания.

Так как у светодиодных ламп направленное светораспределение, для замены натриевых ламп мощностью 150 Вт и световым потоком 14500 лм, которые в настоящее время используются для освещения проспекта, можно использовать светодиодные лампы мощностью 80 Вт со световым потоком 7500 лм.

Количество опор уличного освещения на проспекте Ленина – 456, т.е. понадобится 912 светодиодных светильников общей стоимостью чуть более 18,5 млн руб. Экономия электроэнергии с каждого светодиодного светильника составит 255,5 кВт·ч в год. В денежном выражении при использовании светодиодного освещения проспекта Ленина экономия составит более 700 тыс. руб. в год.

Использование опор с солнечными панелями и светодиодными светильниками будет еще более дорогим мероприятиям и обойдется городу в 72 млн руб., и эти затраты не окупятся с учетом срока службы как самих светильников, так и солнечных батарей.

Капитальные затраты на реализацию резонансных систем освещения меньше на 30–35 % традиционных схем питания светильников уличного освещения. В связи с этим их экономически целесообразно использовать не при реконструкции систем уличного освещения, а в новых проектах. Например, при реконструкции освещения проспекта Ленина к затратам на приобретение светодиодных ламп добавятся расходы на полную реконструкцию осветительной сети и приобретение оборудования, необходимого для систем резонансного освещения.

УДК 621