Основными потребителями силовых трансформаторов в России являются: электроэнергетика со своим комплексом электросетей, ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС, АЭС; промышленные предприятия — машиностроение, горная, цветная, черная металлургия; нефтегазодобывающая и перерабатывающая отрасль; железные дороги и транспорт. Электроснабжение такого огромного количества объектов требует разветвленной сети трансформаторных подстанций. При этом в каждых отраслях существуют свои планы строительства новых и реконструкции существующих подстанций. Все это активно стимулирует рынок поставщиков трансформаторного оборудования, как следствие увеличивается количество различных типов и марок предлагаемых трансформаторов.

Современной эксплуатацией к трансформатору, как к основному элементу подстанции, предъявляются жесткие требования. Причем как к его основным техническим характеристикам, так и к экологичности применяемого оборудования.

Растущая потребность в больших объемах электроэнергии требует сегодня от трансформаторов эксплуатации с огромными нагрузками, особенно в часы пик и в экстремальных условиях окружающей среды.

Благодаря высочайшему уровню безопасности, по сравнению с маслонаполненным оборудованием, сухие трансформаторы приобретают все большую популярность в мире в качестве систем распределения энергии в торговых центрах, больницах, на заводах и фабриках, на судах, объектах нефтегазодобывающей промышленности, где особое значение имеет высокий уровень безопасности людей, оборудования и окружающей среды.

Этот растущий спрос на безопасное, в том числе и экологически безопасное электрооборудование, одновременно с высоким энергетическим КПД, могут реализовать только сухие трансформаторы, изготовленные с помощью технологии, которая за последние десятилетия доказала свою надежность.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией объединили в себе идеи нескольких смежных областей науки и техники.

Основные преимущества сухих трансформаторов с литой изоляцией:

• Экологическая безопасность. Отсутствие в сухом трансформаторе масла устраняет угрозу загрязнения окружающей среды при его утечке. В случае пожара не выделяются токсичные и едкие газы. Таким образом, исключается угроза загрязнения окружающей среды.
• Безопасность при эксплуатации. Обмотки сухих трансформаторов не горючи и не могут стать источниками пожара; А в случае пожара от внешнего источника, смола не поддержит горение и обеспечит противопожарный эффект.
• Не требуется дополнительных мер противопожарной безопасности в местах установки сухого трансформатора.
• Небольшие габаритные размеры, что обеспечивает возможность установки сухого трансформатора большей мощности в существующем трансформаторном отсеке, например при реконструкции подстанции.
• Устойчивость к воздействию сырости и влаги.
• Минимальные эксплуатационные затраты, так как отсутствует необходимость в периодической проверке и замене диэлектрической жидкости.
• Высокая надежность оборудования.

ЗАО «ЭЛЕКТРОНМАШ» (Санкт-Петербург) представляет на российском рынке итальянскую кампанию «GBE s.r.l», производителя сухих трансформаторов T3R с литой изоляцией. Кампания «GBE.s.r.l» занимается производством сухих трансформаторов Т3R с литой изоляцией уже более 25 лет. На российском рынке эти трансформаторы появились сравнительно недавно, но стали известны и популярны, благодаря высокому качеству, надежности и доступной цене.

Мощность сухих трансформаторов Т3R от 50 кВА до 16 000 кВА, они рассчитаны на все классы напряжения до 35 кВ.

Конструктивно-технические особенности

Вся продукция изготовлена для эксплуатации в наиболее неблагоприятных условиях, согласно требованиям экологической, климатической и противопожарной классификации Е2,С2,F1 соответственно.

Первостепенную важность имеют их огнестойкость и способность функционировать в различных условиях окружающей среды. Сухие трансформаторы Т3R, работающие в условиях термического класса F, позволяют владельцам оборудования пользоваться их способностью выдерживать перегрузки, свойственные этим трансформаторам, без дополнительных расходов, и эксплуатировать их в течение более длительного времени.

Для обеспечения потребностей преобразования электроэнергии в районах с повышенной сейсмоактивностью, сухие трансформаторы Т3R выпускаются в специальном усиленном исполнении с внутренними каркасами жесткости, что позволяет им выдерживать без повреждений мощнейшие землетрясения силой до 9 баллов по шкале MSK.

Сухие трансформаторы Т3R обладают рядом неоспоримых преимуществ, что позволяет им достойно выдерживать конкуренцию на российском рынке.

Одним из основных параметров, определяющих надежную работу сухого трансформатора с литой изоляцией, является стойкость обмоток к перенапряжениям.

Сердечник сухого трансформатора Т3R изготовлен из магнитной пластины с ориентированной зернистой структурой, которая защищена от удельных потерь и обладает высокой магнитной проницаемостью тонкой прокладки из неорганического материала (Carlyte),установленной с обеих сторон. Составные части расположены под углом 45 гр. С перекрывающимися соединениями по технологии «Step Lap»,что позволяет снизить потери и ток холостого хода. Также снизить уровень шума трансформатора.

Обмотки низкого напряжения сухого трансформатора изготавливаются из алюминиевой или медной пластины, такая технология уменьшает осевые нагрузки при коротком замыкании. Для класса Н обмотки пропитываются в вакууме в печи с высоким уровнем цементации, что обеспечивает катушке отличную изоляцию и механическое уплотнение. По требованию обмотку можно в вакууме покрыть эпоксидной смолой. Соединение между алюминиевым и медным листом обмотки и шиной выводного зажима осуществляется путем автоматической сварки в защитной среде. Выводные зажимы обмоток, механически прикрепленные к держателям, являются практичными, компактными и легкодоступными.

Обмотки среднего напряжения сухого трансформатора состоят из ряда катушек, расположенных друг на друге и соединенных согласно требуемой схеме. Использование автоматических машин, которые наматывают друг на друга алюминиевые полосы и пленку изолирующего материала класса F, обеспечивают выравнивание, натяжение обоих элементов и точное число витков. В отличие от традиционных обмоток, которые изготовлены из проволоки, в обмотках из ленточных полос уровень частичных разрядов ниже 10 пКл, кроме этого, благодаря большей изоляции между витками, они устойчивее к осевым усилиям, возникающим из-за короткого замыкания, соответственно, уровень электрической безопасности выше.

Высокотехнологичные решения, и гибкие конструктивные характеристики оборудования позволяют обеспечить индивидуальный подход к изготовлению каждого сухого трансформатора, что позволяет реализовывать особые требования каждого Заказчика, а именно:

• для эксплуатации при температуре в окружающей среде от -50 С до +55 С;
• во взрывозащищенном исполнении;
• с уменьшенными потерями и шумовыми характеристиками;
• с комплектацией противовибрационными приспособлениями;
• с комплектацией вентиляторами принудительного охлаждения, с приборами автоматики;
• в специальном исполнении для эксплуатации выше 1000м над уровнем моря;
• с блоком защиты температур;
• изготовление сухих трансформаторов с классом нагревостойкости Н/Н;
• с защитным кожухом IP 21,23,31;
• сейсмостойкость.

Сухие трансформаторы Т3R имеют положительный опыт эксплуатации в районах Крайнего Севера на объектах предприятия «Норильский Никель», а так же на нефтегазодобывающих предприятиях Сибири и Дальнего Востока.

Постоянный мониторинг и маркетинговые исследования рынка трансформаторного оборудования, позволяет специалистам ЗАО «Электронмаш» отслеживать ценовые тенденции и гарантировать поставку качественных трансформаторов по конкурентной цене.

Ситуацию, сложившуюся на рынке сухих трансформаторов, комментирует заместитель директора по маркетингу и сбыту АО «Электронмаш» Украинский Виктор Иванович.

В современной конкурентоспособной эффективной экономике России приоритетным направлением является развитие энергетического комплекса. Среди разнообразного электротехнического оборудования, используемого при передаче и распределении энергии, одну из ключевых ролей играют силовые трансформаторы.

Основная область применения трансформаторов это объекты электроэнергетики со своим комплексом городских электросетей, ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС, АЭС; промышленные предприятия; горная, цветная, черная металлургия; нефтегазодобывающая и перерабатывающая отрасль, а также железные дороги.

Электроснабжение такого огромного количества объектов требует разветвленной сети трансформаторных подстанций. При этом в каждых отраслях существуют свои планы строительства новых и реконструкции существующих. Все это активно стимулирует рынок трансформаторного оборудования и, как следствие, увеличивается количество различных типов и марок предлагаемых трансформаторов.

В условиях современной эксплуатации к трансформатору, как к основному элементу трансформаторной подстанции, предъявляются жесткие требования. Причем как к основным техническим характеристикам, так и к экологичности (отсутствию ядовитых выбросов при авариях в трансформаторных подстанциях, разливу электроизоляционной жидкости).

В России на большинстве объектов установлены и устанавливаются масляные трансформаторы. В большинстве случаев это обусловлено их относительно невысокой стоимостью. Однако масляные трансформаторы обладают рядом серьезных недостатков, такими как: пожароопасность и экологическая опасность утечки масла. Кроме этого существует постоянная необходимость осуществлять контроль уровня и качества масла. Это, безусловно, усложняет их эксплуатацию и не позволяет применять масляные трансформаторы на объектах, расположенных максимально близко к потребителям. Также их масса и габаритные размеры превышают аналогичные по мощности сухие трансформаторы.

Быстрое развитие научного прогресса и повышенные нормы безопасности при эксплуатации высоковольтного оборудования, все это позволило ввести в эксплуатацию другой тип оборудования - сухие трансформаторы.

Если говорить об особенностях различных вариантов конструктивного исполнения и технологий изготовления сухих трансформаторов, представленных на российском рынке, то наиболее критичный и ответственный элемент конструкции сухого трансформатора, определяющий его потребительские свойства, это обмотки высокого напряжения. Их качество зависит от используемых материалов и технологии изготовления.

Изначально в России широко были распространены сухие трансформаторы с обмотками, выполненными по технологии «монолит». Данная технология достаточно хорошо себя зарекомендовала за многолетний период ее использования. Электропрочность обмоток сухих трансформаторов обеспечивается применением соответствующей изоляции проводов. Механическая прочность конструкции достигается благодаря использованию бандажных лент, гарантирующих монолитность после пропитки лаками и последующим запеканием.

Следует заметить, что после пропитки несколько снижается электропрочность изоляции, но из-за разнесения функций обеспечения изоляции и механической жесткости на разные материалы, такая технология дает возможность длительной эксплуатации оборудования при циклических тепловых нагрузках без снижения электрических характеристик изоляции.

При изготовлении сухих трансформаторов с открытыми обмотками, используются изоляционные свойства проводников обмотки из стеклошелка или номекса и твердые изоляционные материалы в виде специальных прессованных профилей. Они придают одновременно и механическую жесткость конструкции, и обеспечивают изоляционные свойства сухого трансформатора. При использовании изоляционных профилей и высокопрочных изоляторов из фарфора, в конструкции сухого трансформатора формируются вертикальные и горизонтальные каналы для охлаждения, что эффективно охлаждает обмотки.

В последнее время на рынке России появились сухие трансформаторы с литой обмоткой. В них механическая жесткость конструкции обмотки обеспечивается применением специальных наполнителей. Она состоит из эпоксидной смолы с инертными и огнестойкими наполнителями. При этом процесс смешивания и заливки осуществляется в вакууме. Это позволило существенно улучшить механические, теплопроводящие и противопожарные свойства сухих трансформаторов с литой изоляцией. Такая технология придает обмоткам высокие диэлектрические свойства с предельно низким уровнем возникновения частичных разрядов.

Кроме этого, литая обмотка дает возможность в небольших габаритных размерах получить мощные сухие трансформаторы для использования в сетях с более высоким уровнем напряжения.

Преимущества сухим трансформаторам дают новые изоляционные материалы, современные принципы конструирования и технологии изготовления.

В настоящее время рынок сухих трансформаторов в России представлен в основном продукцией зарубежных производителей, таких как Schneider Electric, ABB, Siemens, GBE s.r.l, HTT, Bez Transformatory и др.

Доля российских производителей подобного силового оборудования с использованием современных технологий на сегодняшний день значительно меньше. Хотя открытие новых производственных объединений и постоянное расширение ассортимента в рамках одного производства российскими участниками рынка, позволяет судить о значительном приросте производства российских сухих трансформаторов в скором будущем.

Энергетическая отрасль Российской Федерации переживает принципиально важный виток развития после введения Федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ", который регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. Для промышленных потребителей и сетевых компаний этот закон является основным регулирующим актом в их деятельности.

Мощности производственных предприятий постоянно наращиваются для увеличения прибыли предприятия и расширения присутствия в той или иной отрасли на внутреннем и международном рынках. Все расходы, связанные с передачей электроэнергии от поставщика к потребителю ложатся именно на плечи потребителя, в то время как основные потери электроэнергии приходятся на хозяйства сетевых компаний.

Как в такой ситуации потребитель может экономить на получаемой им электроэнергии? Как снизить колоссальные расходы, связанные с распределением электроэнергии внутри производственных площадок промышленных потребителей?

Производство электрической энергии на электростанциях с мощными генераторами, размещенных вблизи расположения топливных и гидравлических энергоресурсов, делает возможным получать в этих районах большие количества электрической энергии при относительно невысокой ее стоимости. Подлинное использование дешевой электрической энергии, непосредственно у потребителей, находящихся на значительном удалении, рассредоточенных на территории страны, требует при этом создания сложных систем разветвленных электрических сетей.

Безусловно, силовой трансформатор является одним из важнейших элементов каждой электрической сети и дальнейшее развитие трансформаторостроения определяется в первую очередь развитием электрических сетей, а, следовательно, и энергетики страны. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее генерации до места потребления в современных сетях требует высокой степени трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах.

Учитывая, что силовые трансформаторы являются основными элементами электрической сети при передаче электроэнергии на большие расстояния и на отдалённых участках сети, мощности трансформаторов уменьшаются, а удельный расход материалов на изготовление трансформатора и потери, отнесенные к единице мощности, а также цена 1 кВт потерь возрастают. В результате этого значительная часть материалов, расходуемых на все силовые трансформаторы, вкладывается в наиболее отдаленные части сети, то есть в трансформаторы с высшим напряжением 10 и 35 кВ. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь электроэнергии, оплачиваемых потребителем по наиболее высокой цене.

Вот тут и необходимо учитывать основные потери, возникающие в сети для оценки экономической эффективности. К основным потерям в первую очередь относятся потери холостого хода трансформатора которые являются величиной постоянной, независящей от тока нагрузки и возникает в магнитной системе трансформатора в течение всего времени, пока силовой трансформатор подключен к сети. Потери короткого замыкания (или выражаясь иными словами потери под нагрузкой) изменяются с изменением тока нагрузки и зависят от графика нагрузки трансформатора. Характер суточного или годового графика нагрузки трансформатора зависит от его места в распределительной сети и характера нагрузки - промышленная, бытовая, сельскохозяйственная и т.д. Для расчетов эффективности трансформаторов, сети принято разделять на:

• трансформаторы генерирующих электрических станций, основной сети на напряжения 110 кВ и выше;
• трансформаторы распределительной сети, непосредственно питающие потребителей при напряжениях 10 и 35 кВ.

Наиболее важными задачами при повышении качества трансформаторного оборудования являются – использование передовых технологий их производства, качество и экономия материалов при изготовлении трансформаторов и максимально возможные низкие потери энергии при их работе в сети. Экономия материалов и снижение потерь особенно важны в распределительных трансформаторах, в которых расходуется значительная их часть, что может привести к существенной потере энергии всего трансформаторного парка.

Уменьшение потерь короткого замыкания достигается главным образом снижением плотности тока за счет увеличения массы металла в обмотках. В значительной мере это стало возможным после замены медного провода алюминиевым проводом и фольгой в силовых трансформаторах общего назначения мощностью до 30000 кВА.

Итак, потери холостого хода эффективно можно снизить путем:

• увеличения сечения сердечника, что ведет к увеличению стоимости и габаритных размеров;
• применения холоднокатаной рулонной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами - низкими и особо низкими удельными потерями и низкой удельной намагничивающей мощностью;
• применения аморфных металлов в сердечнике. Данный способ является наиболее дорогостоящим и пока не нашел широкого применения в российской энергетике.

В основном потери нагрузки могут быть снижены путем:

• увеличения значений сечения проводника обмотки, что ведет к снижению сопротивления и, следовательно, потерь. Реализация этого метода, ведет к увеличению стоимости и габаритов трансформаторов, хотя частично рост габаритных размеров компенсируется меньшим тепловыделением, что приводит к уменьшению размеров и расходов на охлаждающие конструкции.

• применения материалов повышенной электропроводности, вплоть до сверхпроводников. Данная технология еще не достигла нужного уровня развития и все еще относится к очень дорогим технологиям. Нерешенной проблемой для сверхпроводниковых обмоток является уязвимость для величин токов коротких замыканий, наиболее часто встречающихся в сетях среднего напряжения.

Иначе говоря, технические резервы снижения потерь до конца не исчерпаны, и уровень эффективности КПД трансформатора может быть повышен с использованием уже известных технологий и принципов. Необходимо помнить, что при дальнейшем совершенствовании конструкции приходится учитывать множество взаимосвязанных факторов, от габаритных размеров до шумности, и необходимость сведения к минимуму технологических рисков. Потребители трансформаторов весьма консервативно относятся ко всем новшествам, и вряд ли кто-нибудь возьмется их упрекнуть в этом, осознавая возможный масштаб и продолжительность последствий выхода из строя изделия. Однако и тут компания «GBE S.p.A.» (Италия) дистрибьютором которой является ЗАО «Электронмаш» нашла выход, разделив производственный цикл на цех по производству энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R, и цех по производству сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TS3R со стандартными потерями. Сроки поставки в связи с этим являются равнозначными, как энергоэффективных трансформаторов, так и трансформаторов со стандартными потерями.

Новые конструкции магнитопровода трансформаторов характеризуются применением косых стыков пластин в углах системы (технология Step-Lap), стяжкой стержней и ярм кольцевыми бандажами вместо сквозных шпилек в старых конструкциях и многоступенчатой формой сечения ярма в плоских магнитных системах. Также находят применение стыковые пространственные магнитные системы со стержнями, собранными из плоских пластин, и с ярмами, навитыми из ленты холоднокатаной стали, и магнитные системы, собранные только из навитых элементов. Эти конструкции позволяют уменьшить расход активной стали и потери холостого хода.

Остро стоящие вопросы экономии электрической энергии, связанной с уменьшением потерь в силовых трансформаторах стимулируют развитие энергосберегающих технологий на современном этапе развития трансформаторостроения. Для снижения расходов, связанных с распределением электроэнергии, как для сетевых компаний, так и для промышленных предприятий ЗАО «Электронмаш» предлагает энергоэффективные сухие силовые трансформаторы T3R с литой изоляцией для распределительных сетей, серии TD3R, производства «GBE S.p.A.» (Италия).

Серия энергоэффективных сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией TD3R отличается от стандартной серии трансформаторов TS3R своими характеристиками потерь холостого хода (Ро) от 35% до 40%.

Рассмотрим реальную калькуляцию потерь и затрат с ними связанных на примере одного из наиболее крупных реализованных проектов, где потребители предпочли снизить свои расходы – «Реконструкция трансформаторных подстанций ОАО «Новоросцемент» в 2011 году, куда ЗАО «Электронмаш» были поставлены трансформаторы специального исполнения со сниженными потерями. В данном проекте к энергоэффективным трансформаторам, также были предъявлены требования в части сейсмостойкости до 9 баллов по шкале MSK-64 и эксплуатации в суровых климатических условиях. Мощности трансформаторов: 1000 кВА и 2500 кВА: