Экспертный анализ рынка силовых трансформаторов России

Эволюционность вектора развития конструкции силового трансформатора экономически определяется противоборством двух тенденций: 1) требование рынка к удешевлению трансформатора в целом как товара; 2) необходимость применения более дорогих технологий для изготовления трансформатора как товара с более привлекательными потребительскими свойствами. Сформированные законом спроса и предложения рыночные цены на новые силовые трансформаторы (например, рыночная цена на российский ТМГ-1000/10/0.4 составляет примерно 475 000 рублей у разных производителей) жестко удерживают собственников трансформаторных заводов от революционного развития конструкции трансформатора, т.к. это приведет к его резкому удорожанию. А кому захочется стать аутсайдером рынка, пусть и с инновационной продукцией?

Но сегодня энергоэффективность любого хозяйства, хоть коммерческого, хоть личного – уже не благое пожелание. Потери энергии – это потерянные финансовые средства; рост потерь – это тренд, ведущий к банкротству без всяких преувеличений. И наоборот сокращение потерь энергии – это тренд, ведущий к росту благосостояния. А сокращения потерь электроэнергии в значительной мере можно добиться именно революционным изменением конструкции трансформатора и материалов, в нем используемых.

Прежде чем сделать обзор уже разработанных и разрабатываемых радикальных изменений в трансформаторостроении, теоретически определим возможные способы повышения энергоэффективности силового трансформатора.

Коэффициент полезного действия силового трансформатора выражается известной формулой, рекомендуемой ГОСТом:

= 1 – (²Pк + Pх) / (S_номcos₂ + ²Pк + Pх),

где Pк – мощность потерь короткого замыкания, Вт;

Pх – мощность потерь холостого хода, Вт;

 – коэффициент нагрузки;

Sном – номинальная мощность трансформатора В*А;

cos₂-коэффициент мощности.

Несмотря на нелинейность зависимости, легко видеть, что передаваемая во вторичную цепь мощность будет увеличиваться, если:

Коэффициент нагрузки будет оптимальным.

Коэффициент мощности cos₂ будет увеличиваться (в идеале – до единицы).

Мощность потерь Pх будет уменьшаться.

Мощность потерь Pк будет уменьшаться.

А теперь развернем теоретические выводы п.п.1…3 в направления совершенствования конструкции силового трансформатора.

Пункты 1 и 2. Оптимальный коэффициент нагрузки – это прежде всего отсутствие колебаний напряжений в сети, как в первичной, так и во вторичной. Высокий коэффициент мощности – это компенсация реактивной мощности. Т.е. очевидной является необходимость так называемой «умной сети» (Smart Grid, как ее называют в англоязычных странах). Термин «Smart Grid» означает построение интеллектуальной электрической распределительной сети, позволяющей на фоне устаревания основных фондов и увеличения объемов потребления повысить рентабельность, надежность и безотказность работы, снизить потери в сетях. Также эти системы направлены на гораздо более эффективную эксплуатацию, оптимизацию и распределение нагрузки в сети, что снижает потребность в масштабных капитальных затратах на новые подстанции и линии электропередач. В условиях чрезвычайных происшествий Smart Grid позволяет быстрее реагировать на ситуацию и восстанавливать работоспособность сети. При применении различных моделей тарификации для конечных потребителей, «умная» инфраструктура обеспечивает двустороннюю связь с потребителями и активно способствует сокращению электропотребления и снижению пиковых нагрузок. При этом в такие сети легко впоследствии интегрировать и возобновляемые источники энергии. Что все вышесказанное означает с точки зрения конструкции силового трансформатора? Чтобы скомпенсировать колебания напряжения, необходимо переключаться с одной вторичной обмотки на другую, с отличающимся числом витков. В настоящее время наиболее перспективным признано использование в качестве электронных переключателей тиристоров – полупроводниковых устройств, использующих свойства p-n перехода. Реализация проекта повысит качество электрической энергии, что означает не только стабильность напряжения, но также и более надежную топологию энергетической сети. Так, в настоящее время напряжение в сети регулируется трансформаторами, в которых переключения между обмотками осуществляется электромеханическим способом. Учитывая же, что в некоторых случаях такое переключение должно длиться не более одной секунды, мы получим «на выходе» быстрый износ контактов. Проблему может решить отказ от электромеханических переключателей и переход к твердотельным, использующим свойства полупроводникового перехода. Надежность таких переключателей существенно выше. Однако, и управлять ими существенно сложнее.

Пункт 3. Уменьшение мощности потерь холостого хода Pх (потерь в магнитопроводе), очевидно, связано с изменением конструкции и материала магнитопровода.