Твердый снаружи, аморфный внутри

19.11.12 11:34

По общему мнению, замена традиционных распределительных трансформаторов на трансформаторы с магнитопроводом из аморфных сплавов (АС) приведет к существенной экономии.

«Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 900-1000 млрд кВт·ч, при этом общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 млрд кВт·ч и примерно 50% — это потери в магнитопроводах трансформаторов, — пишет в одной из своих работ Юрий Савинцев, к.т.н, генеральный директор электротехнической компании «Русский трансформатор» (г. Люберцы Московской обл.). — Наиболее перспективный путь снижения затрат на производство и эксплуатацию силовых распределительных трансформаторов — применение магнитопроводов из аморфных сплавов, при этом обеспечивается пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопроводами из электротехнической стали».

«У электросетевых компаний применение трансформаторов с аморфной сталью, обеспечивающих повышение КПД распределительных трансформаторов примерно на 1%, позволит (если заменить все распределительные трансформаторы на аморфные) снизить потери в электрических сетях и дать в целом по России экономию электрической мощности не менее 2 ГВт», — уверен Виктор Ковалев, д.т.н., вице-президент Академии электротехнических наук РФ, директор по науке и инновационным программам ОАО «Электрозавод» (г. Москва).

Низкие потери холостого хода (Рхх) в «аморфных» трансформаторах обеспечиваются за счет особых свойств этих сплавов. Аморфные сплавы отличаются беспорядочной, некристаллической структурой. Их удается получить при очень быстром охлаждении расплавов металлов. В этом случае атомы не успевают образовать кристаллическую решетку, и вынуждены оставаться на месте, формируя аморфное (стеклообразное) состояние. Не случайно аморфную сталь изначально называли «metglass» — «металлическим стеклом».

Магнитопроводы из аморфных сплавов имеют значительно меньшие удельные магнитные потери по сравнению с аналогами из электротехнической стали, обладают высокой магнитной проницаемостью и индукцией насыщения на высоких частотах.

«В магнитопроводе из обычной электротехнической стали потери холостого хода (энергия, уходящая на перемагничивание) равны 0,8-1,2 Вт/кг, в магнитопроводе из аморфного сплава  - порядка 0,2-0,25 Вт/кг, — приводит цифры Валерий Печенкин, к.т.н., руководитель НИОКР группы «Трансформер» (г. Подольск). — К примеру, трансформатор ТМГ мощностью 1000 кВА с сердечником из электротехнической стали имеет Рхх 1600 Вт, у АТМГ той же мощности Рхх составляют не более 450 Вт».

 

Активная часть трансформатора АТМГ
(фото ЗАО «Трансформер»)

 

Первые отечественные образцы

До недавнего времени трансформаторы с магнитопроводом из АС производились только за рубежом. Сегодня на рынке лидируют японская фирма Hitachi и американская — AlliedSignal. Также «аморфные» трансформаторы производят в Словакии (BEZ Transformatory), Индии и Китае. 

«На сегодняшний день, по моим сведениям, распределительные силовые трансформаторы с магнитопроводом из АС в России массово не используются, несмотря на достаточно широко представленный ассортимент такого оборудования производства Китая и Индии, — рассказывает Юрий Савинцев. — Причин тому несколько. Во-первых, отсутствует опыт монтажа, ввода в эксплуатацию и опыт практической эксплуатации. Во-вторых, репутация в части качества указанных стран-поставщиков, мягко говоря, неоднозначна. В-третьих, стоимость таких трансформаторов на 25-30% выше среднерыночной.

Тем не менее, спрос на трансформаторы с сердечником из АС реально существует. И отраслевым локомотивом здесь выступает компания «ТНК-ВР». Здесь разработали новые требования к закупаемым компанией трансформаторам типа ТМПНГ. Требуемый уровень потерь могут обеспечить только трансформаторы с магнитопроводом из аморфной стали».

Удовлетворить и развить существующий спрос на «аморфные» трансформаторы в ближайшем будущем рассчитывают сразу несколько российских производителей.

В августе этого года компания «Трансформер» приступила к производству распределительных трансформаторов серии АТМГ (масляные герметичные с аморфным сердечником) мощностью 32-1000 кВА. Первые опытные образцы предназначены для установки в сетях Холдинга МРСК.

Специалистами предприятий ХК  «Электрозавод» разработана серия трансформаторов с магнитопроводом из аморфной стали ТМГАМ на напряжение 10 кВ мощностью 400, 630 и 1000 кВА. Трансформаторы этой серии изготавливаются в герметичном корпусе с полным заполнением маслом, без расширителя. Первый трансформатор серии ТМГАМ мощностью 630 кВА в настоящее время проходит заводские испытания. Серийное производство планируется начать в начале 2013 г. на новом предприятии холдинга — Уфимском трансформаторном заводе (Башкортостан).

 

Оборудование для намотки магнитопровода для трансформаторов АТМГ (фото ЗАО «Трансформер»)

 

Переплата или экономия?

Тема производства трансформаторов с магнитопроводом из АС прорабатывается и на других российских предприятиях, однако пока производители не готовы говорить о ведущихся разработках на широкую аудиторию. Похоже, очень скоро «трансформаторы будущего», как их еще недавно называли в публикациях, станут широко представленным продуктом. Вопрос теперь в том, насколько достаточным окажется платежеспособный спрос на него. На что рассчитывают сами производители?

«Сегодня спрос на трансформаторы с магнитопроводом из аморфной стали очень ограничен, — признает Виктор Ковалев. —  В России практически нет государственной политики в сфере энергосбережения и стимулирования применения энергосберегающих технологий». Однако в компании рассчитывают, что потенциальные потребители все же оценят экономическую эффективность оборудования нового типа. «Применение  трансформаторов  с магнитопроводом из аморфной стали позволяет уменьшить затраты потребителя на потери электроэнергии, — поясняет эксперт. — Стоимость трансформаторов  с магнитопроводом из АС примерно на 20% выше, чем традиционных, однако, по нашим оценкам, при современном уровне цен на электроэнергию это удорожание окупается примерно за 4 года».

«Оценивая перспективы спроса на «аморфные» трансформаторы, мы опираемся на наш опыт продвижения трансформаторов с пониженными потерями, — поясняет Валерий Печенкин. — В кризисный период 2008-10 гг. повышенного спроса на энергосберегающее оборудование мы не наблюдали, в этот период клиенты интересовались более дешевыми аналогами в стандартном исполнении. Сегодня экономическое положение в стране стабилизировалась, покупательная способность растет, увеличивается спрос и на энергоэффективное оборудование. Цены на трансформаторы с аморфным сердечником, конечно, будут выше, особенно на первых этапах их выпуска. Однако данное оборудование будет вполне доступно — разность в стоимости уже через 3-5 лет компенсируется за счет экономии энергии».

 

В компании «Трансформер» рассчитывают, что в первую очередь трансформаторы с сердечником из АС будут востребованы сетевыми компаниями, так как именно на распределительные трансформаторы приходится 25-30% технических потерь в энергосистемах. «В дальнейшем, с развитием технологий производства силовых трансформаторов с аморфным сердечником, переходом на серийный выпуск, такое оборудование найдет применение и в других сферах — на промышленных предприятиях, объектах строительства, в частном секторе и т.д.», — считает В. Печенкин.

 

О конструкции и технологии

За более высокой стоимостью «аморфных» трансформаторов кроются и расходы компаний на проведенные НИОКРы, и бОльшие затраты на ленту для изготовления магнитопровода. Свою лепту вносят и особенности техпроцессов.

«Аморфная сталь наряду с низкими потерями на перемагничивание имеет и другие свойства, отличающие ее от электротехнической стали, — поясняет В. Печенкин. — Аморфные сплавы — очень хрупкий материал, как стекло. Сердечник из АС не допускает чрезмерной весовой нагрузки. Поэтому магнитопровод крепится к обмоткам, расположенным на несущей базе, что требует дополнительных мероприятий по увеличению жесткости конструкции.

Стоит также отметить, что аморфная сталь имеет более низкую рабочую индукцию, что приводит к более массивной активной части самого трансформатора.

Сравнительные проектные параметры силовых распределительных трансформаторов с сердечником из аморфной (АС) и из холоднокатаной электротехнической стали (ЭС). Автор — Ю. Савинцев.

 

Еще одна особенность «аморфных» трансформаторов – прямоугольная намотка. Вследствие прямоугольного сечения магнитопровода, обмотки имеют такую же форму, и потому менее устойчивы к токам КЗ. При этом прямоугольная форма затрудняет математическое моделирование короткого замыкания. Очевидно, что прямоугольные обмотки больше подвержены электродинамической деформации, чем цилиндрические».

Особые свойства аморфной стали влияют не только на конструкцию трансформатора, но и на технологическую последовательность его производства.

«Для работы с очень тонкой (20-25 мкм) и хрупкой аморфной лентой необходимо специальное оборудование, — рассказывает Валерий Печенкин. — Аморфная лента поставляется в рулонах и нарезается на специальных машинах, отличающихся от машин нарезки пластин из электротехнической стали. Элементы сердечника должны быть подвергнуты отжигу в печи и покрыты защитным слоем смолы. Для выполнения прямоугольной намотки необходима особая оснастка. Меняется и вся производственная логистика. То есть требуется создание новой технологической линии».

За рубежом «аморфные» трансформаторы производятся более 10 лет, поэтому поставщики оборудования уже разработали соответствующее оборудование для выпуска такой продукции. Именно его сейчас используют российские производители.

Зарубежные производители также освоили выпуск аморфной ленты шириной до 220 мм, достаточной для изготовления сердечников силовых трансформаторов мощностью до 1600 кВА. Снижение ее стоимости с $50 до $3 за 1 кг сделало производство «аморфных» силовых трансформаторов экономически оправданным, в том числе и в нашей стране.

В России аморфные сплавы тоже производится. Однако сегодня наши соотечественники предлагают аморфную ленту шириной до 80 мм. Этого достаточно только для выпуска измерительных «аморфных» трансформаторов. Тем не менее, компании надеются, что производство ленты требуемой ширины все же будет организовано на территории России, когда появятся достаточные объемы рынка сбыта.

 

Линия по изготовлению магнитопровода из аморфной ленты (оборудование для нарезки аморфной ленты и сборки магнитопровода, фото ЗАО «Трансформер»)

 

Завоевать рынок

Все особенности, связанные с применением аморфных сплавов при производстве трансформаторов, разработчикам приходится учитывать, чтобы обеспечить надежность нового энергоэффективного оборудования. Полноценно же оценить стабильность характеристик и проверить достаточность примененных конструкторских решений специалисты смогут только по итогам опытной эксплуатации. Именно поэтому мониторингу за работой оборудования в полевых условиях они придают большое значение.

Расширять же модельный ряд «аморфных» трансформаторов предприятия пока не торопятся.

«Зарубежные производители уже изготавливают сухие силовые трансформаторы с аморфным сердечником, — поясняет Валерий Печенкин. — Однако в нашей стране их производство требует дополнительного технико-экономического обоснования. Такое оборудование является более дорогостоящим по сравнению с масляным аналогом, и в существующих рыночных условиях может оказаться невостребованным».

В отношении же маслонаполненных трансформаторов с магнитопроводом из АС позиции отечественных компаний, по мнению экспертов, достаточно сильны. «Шанс создать мощную конкуренцию зарубежным производителям трансформаторов с магнитной системой из АС у российских заводов, безусловно, есть, — убежден Юрий Савинцев. — Российский сегмент трансформаторостроения — один из самых мощных в мире».

 

Кира Патракова

На первой фотографии: трансформатор АТМГ «Трансформер» - масляный герметичный с аморфным сердечником (фото ЗАО «Трансформер»)

(С) Медиапортал сообщества ТЭК www.EnergyLand.info
Копирование возможно только для платных подписчиков
Кража контента приведет к пессимизации вашего MFA-сайта

Читайте также: