Ключевые слова: трансформатор, аморфный сердечник, экономия электроэнергии.

Введение. Вусловиях постоянного роста потребления электроэнергии и ужесточения требований к ее качеству, повышение эффективности трансформаторов становится ключевой задачей для энергетической отрасли. В среднем обычный трансформатор за 5–10 лет потребляет электроэнергии на сумму, равную стоимости самого трансформатора.

Наиболее перспективным решением является использование трансформаторов с аморфным сердечником вместо используемых в данный момент масляных и герметичных трансформаторов, в которых установлен сердечник из электротехнической стали. Такие трансформаторы используются там, где особенно важна экономия электроэнергии. Например, солнечные электростанции, удаленные от цивилизации автономные объекты, а также другие проекты, на которых требуется обеспечить особое энергосбережение. Сердечник аморфного металлического трансформатора изготовлен из аморфной металлической ленты, которая намотана в непрерывную однослойную ленту вокруг сердечника. Форма и размер аморфного ядра могут варьироваться, но обычно оно имеет прямоугольную форму. Намотка первичной и вторичной катушек производится вокруг сердечника, как в обычном трансформаторе. Аморфный металл, используемый в трансформаторах, обычно представляет собой сплав железа, кобальта, никеля и других элементов. Металлическая структура аморфных металлов не имеет регулярного расположения атомов, обычно встречающегося в кристаллических металлах. Случайное расположение атомов приводит к отличным магнитным свойствам.

Рис.1. Сравнение намагниченности сталей сердечника

Преимущества аморфных сердечников. Одним из преимуществ трансформаторов из аморфного металла является их высокий КПД. Аморфный металлический сердечник трансформатора имеет меньшие потери в сердечнике, чем традиционный трансформатор с кремниевым стальным сердечником. Потери в сердечнике — это мера энергии, потерянной из-за намагничивания и размагничивания материала сердечника. Чем ниже потери в сердечнике, тем выше КПД трансформатора. Типичный КПД аморфного трансформатора составляет от 95 до 98 процентов, тогда как у обычных трансформаторов типичный КПД составляет 94 процента или меньше. Еще одним преимуществом трансформаторов с аморфным сердечником является снижение тепловыделения. Более низкие потери в сердечнике трансформаторов с аморфным металлическим сердечником означают, что они выделяют меньше тепла, чем традиционные трансформаторы. В результате трансформатор с аморфным сердечником может работать при более низкой температуре, что может продлить срок службы трансформатора и снизить затраты на техническое обслуживание.

Трансформаторы с аморфным сердечником также имеют меньшие размеры и вес по сравнению с традиционными трансформаторами аналогичной номинальной мощности. Меньшие размеры и вес делают их более удобными при транспортировке и установке. Кроме того, трансформаторы из аморфного металла имеют более длительный срок службы, чем традиционные трансформаторы. Снижение тепловыделения и меньшие потери в сердечнике трансформаторов из аморфного металла означают, что у них меньший риск перегрева и вероятность выхода из строя. Это приводит к снижению затрат на техническое обслуживание и увеличению срока службы. [2]

Основное преимущество трансформаторов с АС — значительное снижение потерь холостого хода (Pхх). Это обусловлено уникальными свойствами аморфных сплавов, которые отличаются хаотичной, некристаллической структурой. Такая структура приводит к значительно меньшим магнитным потерям по сравнению с электротехнической сталью.

Сравним два трансформатора:

Трансформатор ТМГ-1000 кВА: Pхх = 1600 Вт

Трансформатор АТМГ-1000 кВА: Pхх = 450 Вт

Как видно из примера, использование АС позволяет уменьшить Pхх в 4–5 раз. Это, в свою очередь, приводит к ряду преимуществ:

1. Снижение температуры трансформатора: меньшие потери означают меньшее выделение тепла, что снижает рабочую температуру трансформатора и увеличивает срок его службы.
2. Сокращение затрат на передачу электроэнергии: снижение потерь в трансформаторе означает, что больше энергии доходит до потребителя, что приводит к снижению затрат на ее передачу.
3. Уменьшение потребления энергии и выбросов вредных веществ: повышение эффективности трансформаторов ведет к снижению общего потребления энергии, что, в свою очередь, уменьшает объем сжигаемого топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу.

Несмотря на то, что трансформаторы с АС дороже традиционных на 20–30 %, снижение потерь электроэнергии обеспечивает их окупаемость в течение 3–5 лет.

Сравним два трансформатора одинаковой мощности, только один будет с аморфным сердечником, а другой будет с обычным

Стоимость трансформатора ТМГ-630 кВА: 100 000 руб.

Стоимость трансформатора АТМГ-630 кВА: 125 000 руб.

Годовая экономия электроэнергии: 7000 кВтч (при стоимости 5 руб/кВтч)

Срок окупаемости: (125 000–100 000) / (7000 * 5) = 3,5 года

Важно отметить, что срок окупаемости может варьироваться в зависимости от ряда факторов:

1. Стоимость электроэнергии: Чем выше стоимость электроэнергии, тем быстрее окупится трансформатор с АС.
2. Режим работы трансформатора: Трансформаторы, работающие с высокой нагрузкой, окупятся быстрее.
3. Стоимость трансформатора: Разница в стоимости между трансформаторами с АС и ТМГ/ТМ может варьироваться в зависимости от производителя и модели.

Трансформаторы с аморфным сердечником, несмотря на более высокую начальную стоимость, обеспечивают существенную экономию электроэнергии и затрат на ее передачу. В долгосрочной перспективе они являются более выгодным вложением, чем традиционные трансформаторы ТМГ/ТМ.Помимо экономической целесообразности, следует учитывать и другие факторы:

1. Экологический аспект: Трансформаторы с АС способствуют снижению выбросов вредных веществ в атмосферу.
2. Повышение надежности: Снижение температуры трансформатора увеличивает его срок службы и повышает надежность электроснабжения.
3. Соответствие современным требованиям: Трансформаторы с АС соответствуют современным требованиям к энергоэффективности и качеству электроэнергии.

Внедрение трансформаторов с АС является важным шагом на пути к созданию более эффективной и экологичной энергетической системы.

Заключение

Трансформаторы с аморфным сердечником представляют собой перспективное решение для повышения эффективности и экологичности энергетических систем. Несмотря на более высокую начальную стоимость, они обеспечивают существенную экономию в долгосрочной перспективе.

Литература:

1. https://rostradecom.ru/equipment/transformers/oil-transformers/transformers-tm-tmg/amorf/
2. http://ru.alloystrip.com/news/what-is-an-amorphous-core-transformer-70800341.html