Анализ тенденции и перспективы развития технологии производства трансформаторов
Объект исследования: технологии производства трансформаторов.
Результаты, полученные лично авторами: проведен анализ современных тенденций развития технологии производства силовых трансформаторов и проанализированы перспективы трансформаторостроения.
Одними из основных элементов электроэнергетики и электротехники являются трансформаторы. Они определяют качество и эффективность энергопреобразования, а также технико-экономические показатели электротехнических устройств и установок.
В современных условиях удорожания электроэнергии задача снижения потерь, повышения коэффициента полезного действия, снижения стоимости и уменьшения габаритов трансформатора является актуальной.
По способу охлаждения трансформаторы подразделяются на масляные и сухие. Сухие трансформаторы имеют следующее преимущества перед масляными:
· не требуют затрат на обслуживание;
· высокая безопасность;
· применимы в сухих помещениях с высокими требованиями к пожарной безопасности.
Важнейшим направлением развития трансформаторостроения является повышение качественных показателей изоляционных материалов. При эксплуатации в условиях закрытых помещений – встроенных подстанциях, сухие трансформаторы будут вытесняют масляные аналоги. Однако на открытом воздухе, альтернативы масляным трансформаторам пока нет, исключая элегаз. Он гораздо эффективнее в качестве диэлектрика, чем азот или воздух. Кроме этого, негорюч и инертен. Все эти достоинства открывают большие перспективы использования элегаза при производстве силовых трансформаторов – такие агрегаты, из-за его физических свойств, могут быть компактнее своих масляных аналогов и выигрывать в плане пожаробезопасности.
Следующим направлением в развитии производства силовых трансформаторов является уменьшение потерь при преобразовании электроэнергии. Здесь присутствует широчайший выбор решений – от создания баков плавных форм для улучшения циркуляции в них масла, до внедрения аморфной стали при производстве сердечников трансформатора.
Главной особенностью аморфных трансформаторов является их высокая энергоэффективность, достигаемая за счет значительного снижения потерь холостого хода. Использование силовых трансформаторов с аморфным магнитопроводом, значительно снижает вред, наносимый окружающей среде.
Перспективным направлением трансформаторостроения является развитие технологий производства твердотельных трансформаторов, которые оснащаются специальными компьютерными чипами, позволяющими быстро и качественно регулировать напряжение.
Твердотельные трансформаторы позволят более эффективно управлять нагрузками, оптимизируют потребление электроэнергии на объектах и дополнят «умную» энергосистему.
Такие трансформаторы будут способны менять напряжение в зависимости от потребности объекта, подключать к домашней сети ветровые турбины, солнечные батареи или дизельные генераторы. Они смогут предотвращать перегрузку электросети и перераспределять энергию, увеличивая ее в те часы, когда стоимость электричества ниже.
Еще одна перспективная тема при создании новых трансформаторов – применение эффекта сверхпроводимости.
Приоритет в разработках сверхпроводимых трансформаторов отдается высокотемпературным сверхпроводниковым материалам.
Такие трансформаторы обладают следующими преимуществами:
· уменьшение на 90% нагрузочных потерь энергии при номинальном токе.
· снижение веса и уменьшение габаритов трансформатора почти на 40%.
· ограничение тока КЗ, что при аварийном режиме защитит электрооборудование системы.
· значительное уменьшение реактивного сопротивления.
· высокая устойчивость к перегрузкам без повреждения изоляции.
· низкий уровень шума.
Помимо всего прочего, ВТСП-трансформаторы более экологичны и пожаробезопасны по сравнению с масляными аналогами.
Недостатками ВТСП-трансформаторов являются проблемы, связанные с их защитой от потери сверхпроводящих свойств при возможных перегрузках, что существенно ограничивает их внедрение. Однако успехи, достигнутые в этой области, позволяют надеяться, что проблема защиты трансформаторов нового поколения будет успешно решена и оборудование займет свое место на электроподстанциях.
Развитие трансформаторостроения идет по пути совершенствования, отвечающего требованиям современной энергетики, основными показателями качества которой является: снижения потерь энергии, экономии материалов, уменьшения веса и габаритных размеров, увеличение электрической и механической прочности и повышение надежности.
Материал поступил в редколлегию 17.04.2017
УДК 621.3
С. П. Маганов, Д. Б. Куроптев, С. А. Корытько
Научный руководитель: доцент кафедры «Промышленная электроника и электротехника», к.т.н. Н. А. Кривоногов