Eff2 класс энергоэффективности

Международные стандарты энергоэффективности электродвигателейВ недавнем прошлом в разных странах мира действовали собственные стандарты энергоэффективности. Например, в Европе руководствовались нормами СЕМЕР, Россия ориентировалась на ГОСТ Р 5167 2000, США — на стандарт EPAct. В целях гармонизации требований к энергоэффективности электродвигателей Международной энергетической комиссией (МЭК) и Международной организацией по стандартизации (ISO) был принят единый стандарт IEC 60034-30. Данный стандарт классифицирует низковольтные асинхронные электродвигатели и унифицирует требования к их энергетической эффективности. Классы энергоэффективностиСтандарт IEC 60034-30 2008 определяет три международных класса энергоэффективности:

• IE1 – стандартный класс (Standard Efficiency). Примерно эквивалентен европейскому классу EFF2.
• IE2 – высокий класс (High Efficiency). Примерно эквивалентен классу EFF1 и классу EPAct в США для 60 Гц.
• IE3 – премиум. Идентичен классу NEMA Premium для 60 Гц.

Стандарт распространяется почти на все промышленные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Исключение составляют двигатели:

• работающие от частотного преобразователя;
• встроенные в конструкцию оборудования (например, в насосный агрегат или вентилятор), когда невозможно провести независимое испытание.

Соотношение единого международного стандарта с нормами различных стран мира. Распределение мощностей по различным стандартамСтандарт IEC 60034-30 охватывает электродвигатели мощностью от 0,75 до 375 кВт с числом пар полюсов 2р = 2, 4, 6. Показатели СЕМЕР распределялись по КПД для электродвигателей мощностью до 90 кВт и полюсностью 2р = 2, 4. Нормы Epact – величина мощности от 0,75 до 150 кВт с парным числом полюсов 2р = 2, 4, 6. Особенности стандартизацииБлагодаря единому стандарту IEC заказчики электродвигателей во всем мире могут легко распознать оборудование с необходимыми параметрами. Классы энергетической эффективности IE, описываемые стандартом IEC/EN 60034-30, основываются на результатах испытаний, проводимых в соответствии с международным стандартом IEC/EN 60034-2-1-2007. Этот стандарт определяет энергоэффективность, основываясь на показателях потерь мощности и КПД. Отметим, что у российского рынка электродвигателей есть свои особенности. Отечественных производителей условно можно разбить на две группы. Одна группа указывает в качестве главного показателя КПД, другая не указывает ничего. Таким образом формируется недоверие к электрооборудованию, что служит барьером к приобретению российской продукции. Методы определения энергоэффективностиСуществует два метода определения КПД: прямой и косвенный. Прямой метод основан на экспериментальном измерении мощности и отличается некоторой неточностью. Новый стандарт предполагает использование косвенного метода, который опирается на следующие параметры:

• исходная температура
• нагрузочные потери, которые определяются с помощью измерений, оценки и математического расчета

Показатели КПД сопоставимы только при одинаковом методе определения значений. Косвенный метод подразумевает:1. Измерение потерь мощности, рассчитанных по результатам нагрузочных испытаний. Оценка потерь подводимой мощности при номинальной нагрузке до 1000 кВт. Математический расчет: используется альтернативный косвенный метод с расчетом потерь Р (мощности). Определяется по следующей формуле:где: Р2 — полезная мощность на валу двигателя; Р1 – активная мощность из сети; ΔР – суммарные потери в электродвигателях. Более высокое значение КПД уменьшает потери и потребление электроэнергии электродвигателя и повышает его энергоэффективность. Ряд российских стандартов, например, ГОСТ Р 54413-2011, можно соотнести с международными стандартами.

Соответствие российских ГОСТ международным стандартам. Отличия российских стандартов от международных заключаются:

• в некоторых особенностях математических расчетов для определения параметров оборудования;
• в различиях в единицах измерения;
• в процессах испытаний;
• в параметрах испытательного оборудования;
• в условиях выполнения испытаний;
• в особенностях эксплуатации.

В России приняты те же классы энергоэффективности, что и в Европе. Информация о классах содержится в паспортных данных, технической документации, маркировке и на шильдиках. Все о классах энергоэффективности двигателей. Классы IE1, IE2, IE3 и IE4. Благодаря единому стандарту IEC заказчики электродвигателей во всем мире могут легко распознать оборудование с необходимыми параметрами. Классы энергетической эффективности IE,описываемые стандартом IEC/EN 60034-30, основываются на результатах испытаний, проводимых в соответствии с международным стандартом IEC/EN 60034-2-1-2007. Этот стандарт определяет энергоэффективность, основываясь на показателях потерь мощности и КПД. В целях гармонизации требований к энергоэффективности Международной энергетической комиссией (МЭК) и Международной организацией по стандартизации (ISO) был принят единый стандарт IEC 60034-30. Данный стандарт классифицирует низковольтные асинхронные электродвигатели и унифицирует требования к их энергетической эффективности. Согласно международным стандартам на сегодняшний день разработаны 4 класса энергоэффективности двигателей IE1, IE2, IE3 и IE4. IE означает «International Energy Efficiency Class» — международный класс энергоэффективности:• IE1 стандартный класс;• IE2 высокий класс;• IE3 сверхвысокий класс;• IE4 максимально высокий класс. На фото приведены кривые зависимости КПД двигателя, соответствующего класса энергетической эффективности, от номинальной мощности. Под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне нагрузочной мощности. В процессе преобразования энергии, часть ее теряется в виде тепла. Величина потерянной энергии определяется энергетическими показателями двигателя. Применение энергоэффективных электродвигателей позволяет существенно снизить потребление энергии и уменьшить содержание углекислого газа в окружающей среде. Основным показателем энергоэффективности электродвигателя, является его КПД: η=P2/P1=1 – ΔP/P1, где Р2 – полезная мощность на валу электродвигателя, Р1 – активная мощность потребляемая электродвигателем из сети, ΔP – суммарные потери возникающие в электродвигателе. Очевидно, чем выше КПД (и ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания той же самой мощности P2. С ростом энергоэффективности увеличивается и срок службы двигателя. Чтобы видеть наши публикации не забывайте подписываться на канал и ставить лайки!Электродвигатели энергоэффективные

Энергоэффективные электродвигатели АИР общепромышленного назначения предназначены для работы в режиме S1 от сети переменного тока 50Гц, напряжением 380V (220, 660V). Стандартная степень защиты – IP54, IP55, климатическое исполнение и категория размещения – У3, У2. Класс энергоэффективности – IE2 (в соответствии с ГОСТ Р51677-2000 и международным стандартом IEC 60034-30). Применение энергоэффективных двигателей позволяет:

• снизить потребление электроэнергии;
• увеличить срок жизни двигателя и смежного с ним оборудования;
• повысить коэффициент мощности;
• улучшить перегрузочную способность;
• повысить устойчивость двигателя к тепловым нагрузкам и к изменениям условий эксплуатации.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры энергоэффективных двигателей соответствуют габаритным, установочным и присоединительным размерам двигателей основного исполнения. Энергоэффективные электродвигатели EFF1/IE2 производства ЭНЕРАЛЭнергоэффективные электродвигатели EFF1 — трехфазные асинхронные односкоростные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Энергоэффективные электродвигатели — это электродвигатели общепромышленного назначения, у которых суммарные потери мощности не менее, чем на 20% меньше суммарных потерь мощности двигателей с нормальным КПД той же мощности и частоты вращения. Основные характеристики:Класс энергоэффективности Eff 1 отвечает стандарту IE2 Технические характеристики энергоэффективных двигателей производства ЭНЕРАЛ представлены в таблице:

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором составляют в настоящее время значительную часть среди всех электрических машин, более 50% потребляемой электроэнергии приходится именно на них. Почти невозможно найти сферу, где бы они ни использовались: электроприводы промышленного оборудования, насосы, вентиляционная техника и многое другое. Причем и объем технологического парка, и мощности двигателей постоянно растут. Увеличена масса активных материалов (медной обмотки статора и холоднокатаной стали в пакетах статора и ротора);2. Применяются электротехнические стали с улучшенными магнитными свойствами и уменьшенными магнитными потерями;3. Оптимизированы зубцово-пазовая зона магнитопровода и конструкция обмоток;4. Использована изоляция с повышенной теплопроводностью и электрической прочностью;5. Уменьшен воздушный зазор между ротором и статором с помощью высокотехнологичного оборудования;6. Использована специальная конструкция вентилятора для снижения вентиляционных потерь;7. Применяются подшипники и смазки более высокого качества.

Дополнительный эффект дает уменьшение трения и вибрации, а значит и перегрева, за счет применения высококачественной смазки и подшипников, в том числе более плотного подшипникового замка.

Ещё один аспект, связанный с более низкой температурой работающего двигателя, это возможность эксплуатации при более высокой температуре окружающей среды или возможностью снижения расходов, связанных с внешним охлаждением работающего двигателя. Это также ведет к снижению затрат на электроэнергию. Одно из важных преимуществ нового энергоэффективного двигателя – сниженный уровень шума. В электродвигателях класса IE2 использованы не столь мощные и более тихие вентиляторы, что также играет роль в улучшении аэродинамических свойств и снижении вентиляционных потерь.

Минимизация капитальных и эксплуатационных затрат являются ключевыми требованиями к промышленным энергоэффективным электродвигателям. Как показывает практика, срок компенсации из-за разницы цен при приобретении более совершенных асинхронных электродвигателей класса IE2 составляет до 6 месяцев только за счет снижения эксплуатационных расходов и потребления меньшего количества электроэнергии. Снижение расходов при замене двигателя на энергоэффективный:АИР 132М6Э ( IE2) Р2=7,5кВт; КПД=88,5%; Iн=16,3А; cosφ=0,78АИР132М6 ( IE1) Р2=7,5кВт; КПД=86,1%; Iн=17,0А; cosφ=0,77Потребляемая мощность: P1=Р2/КПДНагрузочная характеристика: 16 часов в день = 5840 часов в годЕжегодная экономия расходов на электроэнергию: 1400 кВт/часПри переходе на новые энергоэффективные двигатели учитываются:

• возросшие требования к экологическим аспектам;
• требования к уровню энергоэффективности и эксплуатационным характеристикам продукции;
• класс энергоэффективности IE2 наряду с возможностями экономии действует как унифицированный «знак качества» для потребителя;
• финансовый стимул: возможность снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы комплексные решения: энергоэффективный двигатель + эффективная система управления (регулируемый привод) + эффективная система защиты = наилучший результат.

Преимущества:— Обеспечивают снижение суммарных потерь мощности не менее чем на 20% по отношению к двигателям с нормальным КПД той же мощности и частоты вращения;— Повышенный КПД в режиме частичной нагрузки (на 1,8 — 2,4%);— Имеют улучшенные эксплуатационные характеристики:

• более устойчивы к колебаниям в сети;
• меньше перегрев, меньше энергопотери;
• работают с пониженным уровнем шума;
• Повышенная надежность и увеличенный срок службы;
• При более высокой закупочной стоимости (на 15-20% по сравнению со стандартным), ЭЭД окупают доп.затраты за счет снижения энергопотребления уже за 500-600 часов эксплуатации;
• Снижение общих эксплуатационных расходов.

Таким образом, энергоэффективные двигатели – это двигатели повышенной надежности для предприятий, ориентированных на энергосберегающие технологии. IE4 или IE5: будущее все ближе

В «Справочном сценарии ЕС до 2050 г. », опубликованном в прошлом году Еврокомиссией, отмечается, что европейские требования по энергоэффективности будут ужесточаться. Связано это с несколькими факторами. В о-первых, ожидается падение общего уровня энергопроизводства. При этом сильно возрастет доля возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе: с 21% в 2020 году до 24% – в 2030 году и 31% – в 2050-м. Это в свою очередь потребует снижения числа энергоемких потребителей, особенно не связанных с промышленностью (то есть в основном речь идет о ЖКХ и аграрном секторе). Во-вторых, планируется рост издержек в энергетической отрасли, связанных с прогнозируемым в ближайшей перспективе повышением цен на ископаемое топливо. Они стабилизируются не раньше 2030 г. Предполагается, что в связи с этими факторами общие затраты на энергосистемы увеличатся примерно до 12,3% ВВП ЕС к 2020 году. Как следствие, средние розничные цены на электроэнергию будут неуклонно повышаться – до 18% (по сравнению с уровнем 2010 года) к 2030-му. В период 2030 –2040 годов рост стабилизируется на 20% ежегодно. Для достижения заявленных в прогнозе целей единственным способом является сокращение электропотребления, причем без последствий для роста промышленности и других производящих отраслей. Очевидным значительным резервом такого снижения была и остается энергоэффективность применяемого электрооборудования, главным образом – электродвигателей. По различным оценкам, именно на долю моторов приходится до 46% от общемирового потребления электроэнергии. 70% от этого количества «съедают» двигатели промышленного назначения (до 80% — асинхронные моторы). При этом усредненный КПД электродвигателей составляет около 70%. Очевидно, что повышение доли энергоэффективного оборудования, выведение из технологических схем устаревших моделей и разработка новых конструктивных решений помогут заметно сократить энергозатраты.

Чтобы стимулировать и гармонизировать этот процесс, Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission; IEC, МЭК) в 2014 году предложила ввести обновленную систему классификации электродвигателей по уровню энергоэффективности. Это добровольный стандарт, принятый на основе консенсуса интересов производителей и потребителей разных стран. Стандарт IEC 60034-30-1 ed1. 0:2014 «Электрические машины вращательного действия – Часть 30-1: Классы эффективности электродвигателей переменного тока с питанием от сети (код IE)» принят взамен прежней редакции от 2008 года. Настоящий стандарт распределяет электродвигатели по КПД на четыре класса:

• § IE1 – стандартная энергоэффективность (Standard);
• § IE2 – высокая энергоэффективность (High);
• § IE3 – энергоэффективность уровня «премиум» (Premium);
• § IE4 – энергоэффективность уровня «суперпремиум» (Super Premium).

В настоящее время разрабатывается еще один уровень энергоэффективности – IE5, который, возможно, уже в недалекой перспективе сменит категорию «суперпремиум». Классификация позволяет регуляторам принявших стандарт стран определять минимальные требования к уровню энергоэффективности при составлении норм и правил по энергопотреблению. Например, в ЕС с января 2015 года все двигатели мощностью от 7,5 до 375 кВт должны быть классом не ниже IE3, а двигатели IE2 допускаются только с устройствами частотной регулировки. С января 2017 года уже все двигатели мощностью от 0,75 до 375 кВт должны быть классом не ниже IE3 (ограничения для IE2 продолжают действовать). Россия также присоединилась к решению МЭК и разработала на основе предложенной классификации свой стандарт – ГОСТ IEC 60034-1-2014 «Машины электрические вращающиеся». На практике в странах ЕС к настоящему моменту уже превалируют электродвигатели класса IE3, а производители активно выпускают на рынок моторы IE4, хотя регламенты для класса Super Premium еще находятся в стадии утверждения в МЭК. Для наиболее распространенных асинхронных двигателей основной проблемой дальнейшего увеличения энергоэффективности стал практически достигнутый конструктивный предел уменьшения потерь при использовании апробированных технических решений и материалов. То есть в настоящий момент возможность повышения КПД таких электродвигателей класса IE4 связана с перекомпоновкой и экстенсивным улучшением (использованием большего количества меди и стали, изменением конструкции ротора). Однако снижение потерь таким образом ведет к увеличению массогабаритных параметров двигателя и, как следствие, повышению цены и усложнению монтажа. Поэтому ведущие производители в настоящий момент развивают альтернативные, но зарекомендовавшие себя технологии. К ним относятся, например, синхронные двигатели на постоянных магнитах. Потенциально такое решение способно обеспечить наибольшую энергоэффективность при сохранении компактности и небольшого веса двигателя. Этому способствует и активное улучшение технических характеристик магнитов на основе редкоземельных металлов. Скорее всего, электродвигатели этой конструкции и станут основой нового класса энергоэффективности. Синхронные двигатели на постоянных магнитах, которые можно отнести к классу выше, чем IE4, и маркировать, как IE5, уже появились на мировом рынке. Их выпускает компания GRUNDFOS, ведущий мировой производитель насосного оборудования. Новые электродвигатели MGE, которые будут устанавливаться на большинстве промышленных моделей компании, имеют более высокие характеристики, чем класс IE4. Этого удалось добиться благодаря улучшению микропроцессорных составляющих встроенного частотного преобразователя мотора, уменьшению потерь в обмотке статора, пластинах статора и ротора, а также сведению к минимуму потерь при прохождении тока через пазы и контактные кольца ротора и на трение в подшипниках. Обновленными электродвигателями уже комплектуются одни из самых востребованных линеек оборудования GRUNDFOS — вертикальные многоступенчатые насосы CRE, CRNE и установки повышения давления на их основе Hydro Solo-E, Hydro Multi-E, Hydro MPC-E. Моторы MGE также устанавливают на насосы серий TPE, NBE, NKE, которые предназначены для центральных тепловых пунктов, котельных и мини-ТЭС. Все эти модели выпускаются на российском заводе концерна в Истринском районе Подмосковья, и уже с 1 марта 2017 года они серийно оснащаются электродвигателями класса IE5. «Зачастую насосное оборудование работает практически круглосуточно, и чтобы сократить затраты на электроэнергию, необходимо оптимизировать его работу. Новые двигатели позволяют существенно снизить финансовые затраты на оплату коммунальных счетов. По предварительным данным исследований GRUNDFOS, при использовании насосов с двигателями класса IE5 затраты на электричество сократятся до 10% по сравнению с оборудованием класса IE3, самого распространенного на сегодняшний день», – отмечает Роман Марихбейн, руководитель по развитию бизнеса Департамента промышленного оборудования, ООО «ГРУНДФОС».

В 2009 году в странах ЕС на основе IEC 60034-30:2008 разработан стандарт EN 60034-30:2009 «Машины электрические вращающиеся. Часть 30. Классы эффективности односкоростных, трехфазных, асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (код IE)», согласно которому классификация КПД электродвигателей изменяется следующим образом:

• IE1 — «стандартный» класс КПД (аналог EFF2);
• IE2 — «повышенный» класс КПД (аналог EFF1);
• IE3 — «премиум» класс КПД;
• IE4 — «суперпремиум» класс КПД.

«Класс IE4 относится к классу будущего, но компания GRUNDFOS переходит на него уже сейчас, — рассказывает Роман Марихбейн, руководитель направления «Инженерные системы зданий и сооружений» компании GRUNDFOS, ведущего мирового производителя насосного оборудования. — По предварительным исследованиям, при использовании насосов, оснащенных новыми двигателями MGE, затраты на электричество сократятся на 15% по сравнению с оборудованием касса IE3».

Частота вращения двигателей составляет 3450 об/мин (ранее 2900 об/мин), это позволяет на 15 % улучшить предыдущие показатели. Еще одно новшество MGE — повышение максимально допустимой температуры окружающей среды. Насос с таким двигателем может постоянно функционировать при +50°С и кратковременно при +60°С. Кроме того, новое оборудование работает тише своих более ранних аналогов.

«Двигатели с постоянным магнитом синхронного двигателя (PMSM) специально разработаны для эксплуатации с преобразователем частоты и оптимизированы под высокие нагрузки, — рассказывает Роман Марихбейн. — Именно благодаря сочетанию непревзойденной эффективности двигателя с частотным регулированием достигается больший, чем IE4, уровень энергоэффективности насоса».

Технология, применяемая в новых электродвигателях, позволяет максимально уменьшить потери в обмотке статора и пластинах статора и ротора, связанные с вихревыми токами и отставанием фаз. Сведены к минимуму потери при прохождении тока через пазы и контактные кольца ротора, а также потери на трение в подшипниках.

Агрегаты с MGE могут управляться с помощью приложения «Grundfos GO». Установив программу на свой смартфон, конечный пользователь может контролировать работу насоса или насосной группы. Новыми двигателями будут оснащены насосы серии CRE, TPE, CME, NBE, NKE, MTRE и станции Hydro, применяемые в инженерных системах зданий (водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования, пожаротушения), на водоканалах и промышленных предприятиях.

Аннотация

Статья посвящена обоснованию экономической эффективности способов совершенствования конструкции распределительных трансформаторов в плане повышения их энергоэффективности. Рассмотрены взаимосвязи основных электротехнических характеристик и конструктивных параметров распределительных трансформаторов. На основании этих взаимосвязей получены аналитические зависимости изменения цены трансформатора при изменении характеристик потерь холостого хода и короткого замыкания. В качестве практического применения полученных зависимостей рассчитана окупаемость распределительных трансформаторов различных классов энергоэффективности.

Отраслевой стандарт ПАО «Россети» СТО 34. 01-3. 2-011-2017 «Трансформаторы силовые распределительные 6-10кВ мощностью 63-2500 кВА. Требования к уровню потерь холостого хода и короткого замыкания») определяет 4 класса энергоэффективности для распределительных масляных трансформаторов соответствующих мощностей:

Указанным выше стандартом устанавливаются 4 категории уровня максимальных потерь в силовом трансформаторе 6-10 кВ (холостого хода (далее хх) — с индексом «Х», и короткого замыкания (далее кз) — с индексом «К»): 1, 2, 3 и 4 (4 класса энергоэффективности), приведенные в таблице 1 и таблице 2.

Таблица 1

Мощность, кВА Потери XX, Вт Класс энергоэффективности X1 X1 (допускается до 01. 2019) Х2 Х2 (допускается до 01. 2019) Х3 Х4 63 175 210 160 128 104 100 260 270 217 180 145 160 375 400 300 260 210 250 520 — 425 360 300 400 750 — 565 610 520 430 630 1000 — 696 800 730 560 1000 1400 — 957 1100 940 770 1250 1500 — 1350 1150 950 1600 1950 — 1478 1450 1200 2500 2600 — 2130 2100 1750

Таблица 2

Мощность, кВА Потери К3, Вт Класс энергоэффективности К1 К2 К2 (допускается до 01. 2019) К3 63 1280 1270 1031 100 1970 1591 1475 160 2900 2136 2350 2000 250 3700 2955 3250 2750 400 5400 4182 4600 3850 630 7600 6136 6750 5600 1000 10600 9545 10500 9000 1250 13500 13250 11000 1600 16500 15455 14000 2500 26500 23182 22000

Таблица 3

РХХ РКЗ К1 К2 К3 X1 Х1К1 Х1К2 Х1К3 Х2 Х2К1 Х2К2 Х2К3 Х3 Х3К1 Х3К2 Х3К3 Х4 Х4К1 Х4К2 Х4К3

Как отмечено в стандарте, класс энергоэффективности Х2К2 удовлетворяет требованиям к энергоэффективности, рекомендованным постановлением правительства Российской Федерации от 17. 2015 № 600 «Об утверждении перечня объектов и технологий, которые относятся к объектам и технологиям высокой энергетической эффективности».

Однако, в стандарте однозначно не указано, как определяется класс энергоэффективности — указаны лишь сочетания классов энергоэффективности по потерям хх и потерям кз. Но, по-видимому, разработчики стандарта (это можно проследить по контексту изложения) имели в виду, что класс энергоэффективности, который должен быть обязательно нанесен на табличку (шильдик) трансформатора, определяется по наивысшему классу энергоэффективности в сочетании классов энергоэффективности потерь хх и кз. , для сочетания Х1К2 будет 2-й класс энергоэффективности («энергоэффективный» (усовершенствованная технология).

Сегодня основные трансформаторные заводы, как российские, так и в странах СНГ, выпускают линейки распределительных масляных трансформаторов с характеристиками потерь холостого хода и короткого замыкания в самых широких диапазонах значений. До введения стандарта понятие энергоэффективности для распределительных трансформаторов являлось крайне «размытым». По существу, каждый завод был волен «назначить» энергоэффективным трансформатор с достаточными произвольными характеристиками потерь.

Теперь перед производителями распределительных трансформаторов встала задача переработки конструкторской документации (КД) всех линеек выпускаемых трансформаторов в плане соответствия требованиями Стандарта СТО 34. 01-3. 2-011-2017.

Однако переработка КД — это трудоемкий процесс, затратный в финансовом и временном отношениях. Прежде чем «запускать» процесс переработки необходимо оценить целесообразность переработки КД в аспекте изменения цены новых, доработанных в соответствии с Стандартом, трансформаторов.

Так как изменения конструкции призваны изменить характеристики потерь холостого хода и короткого замыкания, то необходимы математические модели, которые позволяют быстро и адекватно оценить изменение цены трансформатора при изменении характеристик потерь.

Основным при анализе изменения цены трансформатора является «цепочка» зависимостей «параметры потерь — основной конструктивный параметр β — масса магнитопровода Gст — масса обмоток Gо». Причем получены зависимости относительного изменения зависимого параметра от относительного изменения параметра изменяемого (например, относительное изменение параметра βi/ βo от относительного изменения потерь холостого хода. Pixx/Poxx).

• βi/ βo = 2.5587 * (Pxxi/Pxxo) — 1.5456 (1)
• Goi/Go = −0.3954 * (βi/ βo) + 1.3954 (2)
• Gстi/Gсто = 0.3428 * (βi/ βo) + 0.6572 (3)
• Goi/Go = 0.8244 * (Pкзi/Pкзо)2 — 3.1089 * (Pкзi/Pкзо) + 3,3777 (4)

Зависимость (1) определяет относительное изменение основного конструктивного параметра в зависимости от относительного изменения характеристики потерь х. зависимости (2), (3), (4) определяют относительное изменение массы стали магнитопровода и относительное изменение массы обмоток в зависимости от изменения характеристик потерь х. и к.

Это эмпирические зависимости. Они дают возможность получить оценку изменения цены трансформатора (через изменение массы активной части) при необходимости изменения основных параметров, когда требуется модернизировать трансформаторы серии с учетом требований отраслевого стандарта по энергоэффективности СТО 34. 01-3. 2-011-2017.

Изменение основного параметра βi / βo в зависимости от изменения параметров потерь холостого хода

Аналогично получены диапазоны изменения относительных масс магнитопровода и обмоток при изменении величины βi / βo (Рис. 2 и Рис. 3), а также изменение относительной массы обмоток при изменении характеристик потерь короткого замыкания (Рис.

Изменение массы обмоток при изменении параметра βi / βo

Изменение массы магнитопровода в зависимости от изменения параметра βi / βo

Изменение относительной массы обмоток при изменении характеристики потерь короткого замыкания.

Стоимость активной части на основе зависимостей (1) — (3) будет изменяться по закону:

Сачi/Cачо = 0,1689 * (Pxxi/Pxxo) + 0. 832 (5)

Уравнение (5) получено для алюминиевых обмоток и для соотношения цены электротехнической стали и обмоточного провода примерно 1:2.

Изменение стоимости активной части при изменении характеристик потерь холостого хода.

При уменьшении характеристики потерь короткого замыкания на 20%, как видно из графика Рис. 4, масса обмоток возрастает на 40%, при этом стоимость активной части в целом возрастает примерно на 20%.

Полученные зависимости можно также применить для технико-экономического обоснования применения энергоэффективных трансформаторов. Зависимость (5) дает возможность оценить изменение цены при изменении характеристик потерь до уровня энергоэффективных. Далее в соответствии с приложением «Б» стандарта СТО 34. 01-3. 2-011-2017 определяются приведенные затраты при эксплуатации трансформатора.

В соответствии со стандартом СТО 34. 01-3. 2-011-2017 закупка распределительных трансформаторов должна осуществляться с учетом оценки стоимости потерь электроэнергии на протяжении всего нормативного срока службы трансформатора. Упрощенно (для предварительной оценки) — по минимизации приведенных затрат при эксплуатации трансформатора, определяемых по упрощенной схеме (без учета методики расчета совокупной капитализированной стоимости) по формуле:

Зп = СТ/n + А * (N * Pxx + β2 * τ * Ркз), (6)

• Зп — приведенные к году эксплуатационные издержки, руб.;
• СТ — стоимость трансформатора, руб.;
• Рхх — потери холостого хода, кВт;
• Ркз — потери короткого замыкания, кВт;
• τ- число часов наибольших потерь мощности, час;
• β — коэффициент загрузки трансформатора, о. е.;
• А — тариф на компенсацию потерь электроэнергии руб./кВт·ч;
• n — число лет нормативного срока эксплуатации трансформатора;
• N — годовое число часов (8760).

Для трансформатора ТМГ-1000/10/0,4 с алюминиевыми обмотками с характеристиками:

• СТ = 445 000 руб.;
• Рхх = 1,6 кВт;
• Ркз = 10,8 кВт;
• Τ = 1976 час;
• β = 0,5 о. е.;
• А = 1,756 руб./кВт·ч;
• n = 30 лет;
• N = 8760 ч.

Приведенные годовые эксплуатационные издержки равны Зп =48 813 руб.

Стандарт СТО 34. 01-3. 2-011-2017 требует с 1 января 2019 года для трансформаторов мощностью 1000 кВА, чтобы характеристики потерь составляли для Х2К2 Рхх = 0,957 кВт и Ркз = 9,545 кВт увеличение стоимости активной части трансформатора, рассчитанное по формулам (4) и (5), составит 1,274. С достаточной степенью точностью можно принять это увеличение равным увеличению материальной себестоимости трансформатора. С учетом того, что материальная себестоимость трансформатора составляет примерно 60% от цены трансформатора, то увеличение цены трансформатора составит 16% и станет равным примерно 520 000 рублей.

Приведенные годовые эксплуатационные издержки для энергоэффективного трансформатора Х2К2 составят Зп = 40 334 руб.

Нетрудно рассчитать срок окупаемости дополнительных затрат на приобретение энергоэффективного трансформатора: он составляет около 9 лет, т. меньше трети всего нормативного срока эксплуатации.

Таким образом, разработанная математическая модель анализа изменения цен распределительных масляных трансформаторов позволяет с минимальными временными затратами оценить коммерческую целесообразность разработки новых серий трансформаторов с улучшенными характеристиками потерь холостого хода и кроткого замыкания.

На основании полученных данных об изменении цены можно также сразу рассчитать срок окупаемости трансформатора с улучшенными характеристиками потерь.

Выражаю искреннюю благодарность ведущим специалистам завода «Трансформер» (г. Подольск) к. Печенкину В. и к. Стулову А. за предоставленные материалы и конструктивное обсуждение содержания и выводов данной статьи.

н Ю. Савинцев

Список литературы

• Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов: Учеб. пособие для ВУЗов. — 5-е изд. перераб. и доп.// Энергоатомиздат. — 1986. — 528с.
• Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике: 8-е изд., перераб. // Наука. — 1977. — 440с.