Analiza możliwości ograniczenia strat w transformatorach rozdzielczych SN/nn

Straty w transformatorze

Obwód magnetyczny transformatora rozdzielczego składa się najczęściej z trzech kolumn połączonych jarzmami. Kolumny zewnętrzne spełnią funkcję jarzm zamykających strumień magnetyczny i pozostają bez uzwojeń. Schodkowy przekrój kolumny rdzenia jest zbliżony do przekroju kołowego. Konstrukcja rdzenia jest istotnym czynnikiem wpływającym na sprawność transformatora. Geometryczne rozmieszczenie elementów rdzenia i dobrane materiały decydują o stratach jałowych i poziomie hałasu. Do konstrukcji rdzenia najczęściej jest stosowana blacha krzemowa zimnowalcowana o dużej przenikalności magnetycznej. Jest ona cięta poprzecznie z blachy i składana w pakiety kolumn i jarzm. Wykonywanie tych czynności odbywa się na stanowiskach automatycznych, co zapewnia wysoką dokładność wymiaru oraz dużą wartość współczynnika wypełnienia i niskie straty.

Czytaj też: Transformatory rozdzielcze – czynniki wpływające na ograniczenie strat >>

W transformatorach występują dwa rodzaje strat energii: straty w uzwojeniach, które są zależne od obciążenia transformatora, oraz straty w rdzeniu – niezależne od obciążenia. Większość transformatorów energetycznych, z wyjątkiem jednostek w obszarach silnie uprzemysłowionych, pracuje przy obciążeniu wynoszącym około 20%. W przypadku takich warunków pracy głównym czynnikiem odpowiedzialnym za straty w transformatorze są straty w jego rdzeniu. Poprawa sprawności transformatorów energetycznych możliwa jest poprzez zastosowanie materiałów magnetycznych o jak najniższej stratności, takich jak taśmy amorficzne oraz nanokrystaliczne [1]. 

W literaturze podaje się, że zastąpienie rdzenia z blachy transformatorowej przez rdzeń amorficzny daje 75–80% spadek strat w rdzeniu transformatora. Dla jednofazowego transformatora o mocy 50 kVA redukcja tych strat wynosi około 175 W, natomiast dla transformatora trójfazowego o mocy 500 kVA, będącego typową jednostką pracującą powszechnie w Europie, uzyskuje się redukcję strat w rdzeniu rzędu 450 W [1]. Dla przypadku pojedynczego transformatora redukcja strat jest niewielka, jednakże biorąc pod uwagę miliony jednostek pracujących na świecie, całkowite roczne oszczędności energii stają się znaczące. Szacuje się, że dla pięciu największych konsumentów energii elektrycznej, takich jak USA, kraje Unii Europejskiej, Japonia, Chiny oraz Indie, oszczędność energii może wynieść 150–160 TWh [1]. Powyższe szacunki były przeprowadzone przy założeniu sinusoidalnego przebiegu prądu i napięcia w sieci energetycznej. W rzeczywistych warunkach w sieciach występują wyższe harmoniczne, które dodatkowo powodują wzrost strat w transformatorze. Dla transformatorów z rdzeniami z blach elektrotechnicznych, wzrost ten może być 2-krotnie, a nawet 3-krotnie większy, niż w przypadku transformatorów z rdzeniami amorficznymi. Wynika stąd, że możliwy poziom oszczędności energii przy zastosowaniu transformatorów z rdzeniami amorficznymi może być jeszcze wyższy niż podawany w literaturze [1, 2, 3].

Literatura   

1. J. Szczygłowski, M. Najgebauer, K. Chwastek, Energooszczędne transformatory energetyczne, „Przegląd Elektrotechniczny” nr 6/2009.
2. K. Strzałka, Analiza możliwości zmniejszania strat w transformatorach rozdzielczych, „Elektrotechnika i elektronika”, tom 25, zeszyt 1, 2006.
3. W. Wilczyński, Wpływ technologii na właściwości magnetyczne rdzeni maszyn elektrycznych, IEl, Warszawa 2003.
4. I. Wasiak, Elektroenergetyka w zarysie – Przesył i rozdział energii elektrycznej, Politechnika Łódzka, Łódź 2010.
5. Hans De Keulenaer, Wprowadzenie – Poradnik samodzielnej oceny jakości zasilania, Polskie Centrum Promocji Miedzi 2002.
6.  K. Kuczyński, Transformatory rozdzielcze – czynniki wpływające na ograniczenie strat, „elektro.info” 1-2/2019.

[transformatory, transformatory rozdzielcze, energia elektryczna, straty energii, energooszczędność]