Современные тенденции применения аморфных сплавов в магнитопроводах силовых трансформаторов используемых в ТПП 20/0,4 кВ

Важными направлениями энергетической отрасли является повышение качества электрической энергии, надёжности систем электроснабжения, а также снижение потерь при передаче и вырабатывании электроэнергии.

Снижения потерь при передаче и генерировании электроэнергии можно добиться заменой распределительных трансформаторов с магнитопроводами из электротехнической стали на энергоэффективные трансформаторы. В конструкции магнитопроводов таких трансформаторов применяют сложенную впятеро ленту из аморфного сплава типа Fe₇₈B₁₃Si₉. При этом достигается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода и примерно шестикратное снижение удельных магнитных потерь трансформаторов по сравнению с классическими магнитопроводами. К тому же трансформаторы с магнитопроводами из аморфных сплавов обладают высокой магнитной проницаемостью и индукцией насыщения на высоких частотах.

Проведен сравнительный анализ потерь электроэнергии при замене в трансформаторной подстанции (ТП) трансформаторов с магнитопроводами из электротехнической стали на трансформаторы с магнитопроводами из аморфного сплава.

Схема участка сети, для которого был проведен расчет потерь электроэнергии, показана на рисунке 1.

Трансформаторная подстанция получает питание от главной понизительной подстанции (ГПП) 110/6(10, 20) кВ. Расстояние от ГПП до ТП составляет 5 км. В трансформаторной подстанции были рассмотрены следующие трансформаторы:

Таблица №1 Электрические характеристики трансформаторов

Тип трансформатора	Номинальное напряжение трансформатора, кВт		Потери электроэнергии в силовых трансформаторах, кВт
	ВН	НН	ХХ	КЗ
ТМ-250-6,10/0,4	6,10	0,4	610	3700
ТМ-400-6,10/0,4			900	5500
ТМ-630-6,10/0,4			1250	7600
ТМ-250-20/0,4	20		650	3100
ТМ-400-20/0,4			830	5500
ТМ-630-20/0,4			1050	7600
ТМГ-250-6,10/0,4	6,10		530	3900
ТМГ-400-6,10/0,4			715	6150
ТМГ-630-6,10/0,4			960	8350
ТМГ-250-20/0,4	20		530	3500
ТМГ-400-20/0,4			660	5500
ТМГ-630-20/0,4			920	7100
ТСЛ-250-6,10/0,4	6,10		750	3500
ТСЛ-400-6,10/0,4			1150	4900
ТСЛ-630-6,10/0,4			1500	7300
ТСЛ-250-20/0,4	20		800	3400
ТСЛ-400-20/0,4			1020	4700
ТСЛ-630-20/0,4			1310	6100
АТМГ-250-6,10,20/0,4	6,10,20		128	1617
АТМГ-400-6,10,20/0,4			161	4457
АТМГ-630-6,10,20/0,4			238	6353

Потери электроэнергии в силовых трансформаторах состоят из потерь электроэнергии холостого хода и нагрузочных потерь:

По полученным результатам построены диаграммы потерь электроэнергии в трансформаторах различных мощностей с магнитопроводом из электротехнической стали и в трансформаторах с магнитопроводом из аморфного сплава.

В трансформаторах напряжением 6/0,4 кВ и 10/0,4 кВ потери холостого хода, также как и потери короткого замыкания совпадают.

Исходя из диаграмм 2, 3, 4 следует, что при переходе от напряжения 6,10/0,4 кВ к напряжению 20/0,4 кВ потери электроэнергии в трансформаторах с магнитопроводом из электротехнической стали:

• мощностью 250 кВА — уменьшаются на 6,2%;
• мощностью 400 кВА- снижаются на 4%;
• мощностью 630 кВА — падают на 6,3%.

При замене трансформаторов с магнитопроводами из электротехнической стали на магнитопроводы из аморфной стали потери снижаются:

• в трансформаторах мощностью 250 кВА — на 68%;
• в трансформаторах мощностью 400 кВА — на 37%;
• в трансформаторах мощностью 630 кВА — на 33,5%.

Кроме снижения потерь холостого хода в трансформаторах, также:

• снижается температура трансформатора и увеличивается его срок службы;
• в несколько раз снижаются затраты при передаче электроэнергии потребителю;
• имеет место общее сокращение энергопотребления в энергетике страны.

Одним из путей повышения качества электроэнергии и надёжности функционирования систем электроснабжения является переход с напряжения 10 и 35 кВ на напряжение 20 кВ. При использовании напряжения 10 кВ возникают большие потери мощности и напряжения. Недостатком использования 35 кВ являются большие затраты на оборудование. Переход на напряжение 20 кВ приведет к уменьшению потерь, но вместе с тем возрастут затраты на оборудование по сравнению с сетями 10 кВ. Так стоимость оборудования 20 кВ при серийном производстве будет дороже на 10-20%, чем аналогичного оборудования на 10 кВ. Оборудование на 35 кВ уже значительно дороже (в 2-3 раза), и его использование для распределительной сети существенно увеличит стоимость схемы электроснабжения. Но при этом, применение напряжения 20 кВ в распределительных сетях позволит перейти на более высокий уровень электроснабжения городских потребителей в России, увеличить пропускную способность как минимум в 2-2,5 раза по сравнению с сетями 6-10 кВ в пределах той же территории, сократить количество трансформаторных мощностей.