§ 16.2. Расчет экономической эффективности
Расчет ведется исходя из годовых затрат Зг. Для учебных целей расчетная формула несколько упрощена:
Зг= Зтр + ЗхРх + 3кPк + 3pQp,
где Зтр = 0,185 X оптовую цену — стоимость трансформатора в год;
Рх — потери холостого хода, квт;
Рк — потери короткого замыкания, квт;
Qp — реактивная мощность, квар.
Принимаются
Зх = 50 руб./квт — стоимость 1 квт потерь холостого хода в год; Зк = 25 руб./квт — стоимость 1 квт потерь короткого замыкания в год.
Затраты на компенсацию реактивной мощности Зр = 1,5 руб./квар — стоимость 1 квар реактивных потерь в год.
Реактивная мощность
где S — номинальная мощность, ква;
Io — ток холостого хода, %;
Up — реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %;
8760 — число часов в году;
8700 — число часов, в течение которых имеют место потери холостого хода в году;
4000 — то же, потери короткого замыкания.
Таким образом, расчетная формула годовых затрат имеет вид
При выборе наилучшего варианта проектируемого трансформатора наиболее экономичным будет тот, у которого значение Зг будет наименьшим.
Глава XVII перспективы развития трднсформаторостроения в ссср
Развитие линий электропередач связано с непрерывным ростом напряжения и мощности каждой электрической машины и трансформатора. В настоящее время освоены напряжения линий до 500 кв, ведутся опытные передачи при напряжении 750 кв и теоретические разработки на более высокие напряжения 1000—1200 кв, которые позволят передавать большие мощности на расстояния до 3000—4000 км (от мощных сибирских гидроэлектростанций в европейскую часть СССР). В Советском Союзе уже строятся трансформаторы мощностью 417 и 630 Мва и запроектированы трансформаторы мощностью 800 и 1000 Мва.
Совершенствование трансформаторостроения началось с момента его возникновения. В основном характеристики трансформаторов и их весогабаритные данные улучшались с применением более качественных и специальных материалов. Так, например, с применением (в 1904 г.) легированной стали вес трансформаторов сразу уменьшился почти вдвое. Улучшение качества электротехнической стали продолжается и по настоящее время и от этого улучшения в основном зависит уменьшение расхода активных материалов и повышение к. п. д. трансформаторов.
Силовые трансформаторы имеют весьма высокий к. п. д., для большинства составляющий 98—99% и более. Однако ввиду установки в распределительных сетях общей мощности трансформаторов, в 7— 8 раз превышающей мощность генераторов, общие потери во всем парке трансформаторов достигают 6% от всей электроэнергии, вырабатываемой электростанциями.
ГОСТ 11677—65 (общий стандарт на силовые трансформаторы) предусматривает ряд улучшений в конструкции силовых трансформаторов по сравнению с ранее действовавшим ГОСТ 401—41. В первую очередь это относится к улучшению их характеристик холостого хода и короткого замыкания, т. е. в целом значения к. п. д. Повышение к. п. д. в основном стало возможным вследствие внедрения холоднокатаной электротехнической стали, имеющей меньшие значения удельных потерь и намагничивающей мощности по сравнению с горячекатаной сталью. Одновременно с этим для лучшего использования холоднокатаной стали потребовались отмена отверстий в пластинах магнитопровода и применение его бесшпилечной прессовки, косых и
комбинированных стыков пластин, отжига пластин, продольных каналов из неметаллических материалов, бандажей из стеклоленты или стекловолокна, изготовление магнитопровода без предварительной зашихтовки верхнего ярма, применение магнитных мостов и другие виды прогрессивной технологии.
Большого внимания требует совершенствование технологических процессов производства обмоток и изоляции трансформаторов. Обмотки и изоляция—ответственные и вместе с тем трудно контролируемые узлы конструкции. Весьма важным является вопрос о качестве электротехнического картона как одного из основных изоляционных материалов. Применяемый в настоящее время изоляционный картон имеет усадки, достигающие 8—9% по толщине, что требует введения дополнительных операций по стабилизации размеров изоляции.
Наилучшим решением данного вопроса являлось бы получение малоусадочного картона, но из-за его отсутствия на трансформаторных, заводах вводятся процессы предварительной стабилизации картона; вылеживанием и опрессовки изоляционных деталей и обмоток в целом, на разных стадиях изготовления.
Для крупных трансформаторов в перспективе применение многоходовых обмоток НН с числом параллельных проводов до 200, петлевых обмоток ВН с применением транспонированного провода и отдельных регулировочных многоходовых слоевых обмоток ВН по числу ступеней регулирования.
Для повышения электрической прочности целесообразно более широко практиковать отмену пропитки обмоток.
Из отдельных конструктивных решений и направлений конструирования можно отметить применение разъемных баков и баков колокольного типа, прямотрубных навесных охладителей вместо трубчатых баков, изготовление нажимных колец, намотанных из электротехнической стали и запекаемых на эпоксидных смолах.
Экономичность работы электрических сетей и поддержание постоянства величины напряжения у потребителей требует расширения выпуска трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). Выпуск таких трансформаторов требуется довести до 50% суммарной мощности выпускаемых силовых трансформаторов, включая большинство трансформаторов с напряжением ПО кв и выше, а также распределительные трансформаторы мощностью от 25 до 6300 ква на напряжение 10 и 35 кв. При разработке этих трансформаторов должно быть отдано предпочтение переключающим устройствам с токоограничивающими резисторами, как имеющим меньшие габаритные размеры по сравнению с реакторными устройствами и не требующим отдельного бака для контакторов.
Разработка параллельных серий силовых трансформаторов с медными и алюминиевыми обмотками позволит получить большую экономию меди. Эта медь может быть использована в трансформаторах большой мощности с целью уменьшения потерь короткого замыкания при меньших габаритных размерах, что не может быть достигнуто при алюминиевых обмотках. Трансформаторы с медными и алюминиевыми обмотками могут иметь одинаковые характеристики при одинаковом весе электротехнической стали, меньшем общем весе, но с большей высотой сердечника, а следовательно, и трансформатора [Л. 2]. Силовые трансформаторы с алюминиевыми обмотками мощностью до 6300 ква обеспечивают полноценную замену трансформаторов с медными обмотками, так как могут иметь те же характеристики холостого хода и короткого замыкания. Стоимость этих трансформаторов примерно одинакова, и поэтому такая замена может считаться равноценной в техническом и экономическом отношениях.
Экономия активных, изоляционных и конструктивных материалов может быть получена в первую очередь за счет широкого применения автотрансформаторов на напряжения ПО—500 кв путем снижения испытательных напряжений, уменьшения изоляционных промежутков при разработке новых конструкций изоляции, применения новых систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной принудительной циркуляцией масла и новых типов охладителей.
С повышением напряжения размеры и надежность работы трансформатора в большой степени зависят от качества изоляционных материалов и от конструкции самой изоляции. Рациональная конструкция, применение новых, более совершенных материалов и внедрение прогрессивной технологии позволят уменьшить изоляционные промежутки и, следовательно, соответственно уменьшить размеры и вес трансформатора. В части повышения надежности трансформаторов при импульсных воздействиях большую роль сыграло введение емкостной защиты, принцип и конструкция которой продолжают непрерывно совершенствоваться.
Расширение производства трансформаторов, рост мощности в одной единице и напряжения обмоток ВН вызывают необходимость в более широком развитии научно-исследовательских работ, связанных с трансформаторостроением. Сюда следует отнести исследования полей рассеяния с целью уменьшения вызываемых ими добавочных потерь, механической прочности обмоток при коротком замыкании, электрической прочности изоляции при промышленной частоте и при импульсных воздействиях, разработки новых, более эффективных, охладительных систем, рациональной технологии производства, в частности, вакуумной сушки трансформаторов, рациональных методов проектирования трансформаторов и их экономической оценки.
Научно-исследовательские работы необходимы в целях оказания помощи трансформаторным заводам при разработке и изготовлении трансформаторов, отвечающих требованиям современной энергетики как в отношении высших уровня мощности и класса напряжения, так и в отношении качества. Основные показатели качества: получение экономической трансформации — снижения потерь энергии, экономии материалов, уменьшения веса и габаритных размеров, увеличение электрической и механической прочности и повышение надежности.