В огромной энергосистеме электричество, производимое электростанциями, должно проходить через -длинные линии передачи и уровни снижения напряжения, прежде чем наконец зажечь лампу и привести в действие двигатель. Ключевым оборудованием для завершения преобразования напряжения «последней мили» является распределительный трансформатор. Он не выделяется на крупных узловых подстанциях, таких как трансформаторы сверхвысокого напряжения, и не громко заявляет о преобразовании энергии, как генераторные установки. Тем не менее, он распространяется в больших количествах, сотни тысяч, на углах городских улиц, сельских обочинах дорог, в жилых распределительных помещениях и на углах промышленных предприятий, бесшумно выполняя основную задачу по снижению напряжения электроэнергии среднего напряжения до низкого напряжения, которое пользователи могут безопасно использовать. Итак, какое оборудование представляет собой распределительный трансформатор? В чем разница между ним и обычно называемым силовым трансформатором? С какими технологическими усовершенствованиями и вопросами выбора сталкиваются распределительные трансформаторы в условиях тенденции энергосбережения, защиты окружающей среды и внедрения новых источников энергии?
С точки зрения определения,распределительный трансформатор, сокращенно «распределительный трансформатор», относится к статическому электрическому устройству, которое работает в распределительной системе и преобразует переменное напряжение и ток в соответствии с законом электромагнитной индукции для передачи электрической энергии переменного тока. На практике к распределительным трансформаторам обычно относят трансформаторы с уровнем напряжения ниже 35 кВ (чаще 10 кВ и ниже), мощностью 6300 кВА и ниже и прямым электроснабжением конечных потребителей. Будь то внутренний трансформатор, установленный в распределительном помещении, подстанция коробчатого типа, размещенная на открытом воздухе, или трансформатор, установленный на опоре, подвешенный к опоре электросети, все они, если уровень напряжения находится в пределах 20 кВ или ниже, относятся краспределительные трансформаторы. Напротив, силовые трансформаторы, как следует из названия, используются для передачи электрической энергии между электрическими сетями разного уровня напряжения. Например, на региональных подстанциях между уровнями напряжения 500 и 220 кВ устанавливаются большие трансформаторы для обмена электрической энергией между двумя энергосетями. Эти трансформаторы имеют огромную мощность, но не решают напрямую задачу энергоснабжения конечных потребителей. Короче говоря, силовые трансформаторы решают «связь между электрическими сетями», а распределительные трансформаторы завершают «связь между электрическими сетями и потребителями».
В большом семействе распределительных трансформаторов их можно в основном разделить на две категории в зависимости от различных изоляционных и охлаждающих сред: масляные распределительные трансформаторы и распределительные трансформаторы сухого-типа. Масляные распределительные трансформаторы полностью погружают железный сердечник и обмотку в изолирующее масло, полагаясь на превосходную теплопроводность и изоляционные характеристики трансформаторного масла для достижения рассеивания тепла и изоляции. Его максимальная номинальная трехфазная мощность может достигать 2500 кВА, и его можно устанавливать на опорах, если мощность составляет 315 кВА или ниже. Он подходит для наружного распределения на промышленных и горнодобывающих предприятиях, а также в гражданских зданиях. В распределительных трансформаторах сухого типа вместо жидких сред используются твердые методы изоляции, такие как вакуумное литье из эпоксидной смолы или пропитанная изоляционная краска, что полностью исключает риски утечки масла и пожара, что особенно подходит для помещений со строгими требованиями пожарной безопасности, таких как высотные здания, больницы, коммерческие комплексы, станции метро и т. д. Кроме того, в зависимости от различных материалов и конструкций железного сердечника распределительные трансформаторы также можно разделить на разные типы, такие как традиционные трансформаторы с ламинированным железным сердечником из кремниевой стали, аморфные трансформаторы. трансформаторы из сплавов и быстрорастущие в последние годы объемы-трехмерных трансформаторов с намотанным железным сердечником.
В технологической эволюции распределительных трансформаторов энергосбережение и снижение потребления всегда были основной движущей силой. Масляные распределительные трансформаторы делятся на серии S9, S11, S13 и другие серии в зависимости от их характеристик потерь. Потери без нагрузки-серии S11 примерно на 20% ниже, чем у серии S9, а серия S13 дополнительно снижает их примерно на 25% по сравнению с S11. Появление трансформаторов из аморфных сплавов вывело энергосбережение на новый уровень. - в качестве материала сердечника используются полосы аморфного сплава на основе железа, а потери на холостом ходу составляют всего около 20 % по сравнению с масляными трансформаторами серии S9, что снижает потери в железе на 70–80 % по сравнению с традиционными трансформаторами из кремниевой стали. За этой характеристикой стоит уникальная неупорядоченная структура расположения атомов аморфных сплавов, потери на гистерезис которых составляют примерно от одной-трети до одной-пятой гистерезисных потерь у традиционных листов кремнистой стали, что обеспечивает значительные преимущества по снижению выбросов углерода и одновременно значительно снижает потребление энергии без-нагрузки. Трансформаторы из аморфного сплава особенно подходят для сценариев энергопотребления, таких как сельские электросети с низкой нагрузкой и длительным временем простоя, поскольку потери трансформаторов на холостом ходу в этих ситуациях доминируют над эксплуатационными потерями. Однако следует отметить, что сами по себе аморфные сплавы обладают недостатком - высокой хрупкостью. При сочетании полос из аморфного сплава с традиционными методами плоской намотки существует риск разрушения железного сердечника при длительной-работе. С этой целью в последние годы отечественные исследовательские институты и предприятия сосредоточили внимание на треугольной трехмерной структуре намоточного железного сердечника -, непрерывно наматывая первоначально плоские листы кремнистой стали или аморфные полосы трехмерным треугольным способом, чтобы сформировать бесшовную и симметричную закрытую структуру с железным сердечником. Несмотря на то, что стабильность железного сердечника значительно улучшена, потери на холостом ходу могут быть уменьшены на 20–50 % по сравнению с традиционными многоярусными трансформаторами с железным сердечником, а также значительно снижается рабочий шум. Продукт, сочетающий в себе аморфные сплавы с трехмерной-структурой намотанного железного сердечника, стал одним из наиболее энергоэффективных-технических решений в современной области распределительных трансформаторов.
Что касается стандартов и политики энергоэффективности, в последние годы Китай постоянно повышает требования-сбережения энергии к распределительным трансформаторам. Обязательный национальный стандарт GB 20052-2024 «Пределы и классы энергоэффективности для силовых трансформаторов» официально вступил в силу 1 февраля 2025 года. Этот стандарт применим к распределительным трансформаторам масляного и сухого-типа с трехфазным уровнем напряжения 10 кВ и номинальной мощностью от 30 до 2500 кВА. Он определяет четкую трехуровневую систему индекса энергоэффективности и, по сравнению с версией 2020 года, впервые добавляет требования к уровню энергоэффективности для новых трансформаторов на стороне производства энергии (фотоэлектрические, ветровые, накопители энергии), что еще больше повышает эффективность использования новой энергии со стороны производства. В рамках политики продвижения распределительные трансформаторы с высокими потерями класса S9 и ниже ускоряют свой уход с исторической сцены. Согласно статистике, около 42% находящихся в эксплуатации распределительных трансформаторов в Китае относятся к моделям S9 и ниже с низким КПД, а новый раунд модернизации электросетей высвободит сотни миллиардов юаней в виде спроса на замену. Для внешнеторговых команд предприятий по производству трансформаторов эта тенденция означает, что спрос на модернизацию на внутреннем рынке продолжает оставаться высоким, а также накапливает зрелые энергосберегающие технологии и системы продуктов для продвижения на зарубежных рынках.
В международной торговле экспортная сертификация и соответствие техническим стандартам распределительных трансформаторов являются незаменимыми связующими звеньями. Серия IEC 60076, являющаяся наиболее авторитетным международным стандартом в области силовых трансформаторов, представляет собой техническую основу для доступа на рынок в большинстве стран и регионов. Он охватывает элементы испытаний типа жилы, такие как предел повышения температуры, уровень изоляции и устойчивость к короткому-замыканию. Исходя из этого, разные целевые рынки имеют свои собственные пути сертификации: для экспорта на рынок Северной Америки продукция должна соответствовать стандартам серии ANSI/IEEE C57 и канадским стандартам CSA, а также получить сертификацию UL в лабораториях NRTL, аккредитованных Управлением по безопасности и гигиене труда США; В то же время Министерство энергетики США установило обязательные предельные значения производительности для холостого хода и потерь нагрузки распределительных трансформаторов, а экспортеры также должны учитывать требования соответствия Министерства энергетики в своих схемах сертификации. При выходе на рынок ЕС вспомогательные и изолирующие трансформаторы с максимальным напряжением, не превышающим 1000 В, попадают в сферу действия Директивы CE по низковольтному оборудованию. Они обычно оцениваются на предмет электробезопасности с использованием стандартов серии IEC/EN 61558 и соответствуют требованиям энергоэффективности Директивы ErP (Регламент внедрения EC 548/2014) для силовых трансформаторов малой и средней-мощности. В России и Евразийском экономическом союзе распределительные трансформаторы должны пройти сертификацию EAC и подпадать под действие обязательных технических регламентов Таможенного союза, таких как ТР ТС 004/2011 и ТР ТС 020/2011. Крупные силовые трансформаторы также должны получить сертификат соответствия от органа по сертификации, признанного профсоюзом. В регионах Ближнего Востока и Африки (таких как SABRE в Саудовской Аравии, PVoC в Кении и SONCAP в Нигерии) обычно применяется режим предэкспортной проверки соответствия, требующий, чтобы импортируемое электрооборудование получало сертификат соответствия перед отправкой для таможенного оформления. Разумное применение системы CB (Международной системы квалификационных испытаний и взаимного признания электротехнической продукции) может значительно сократить цикл многократной сертификации -. После получения отчета об испытаниях CB на основе стандартов IEC в стране-члене производители могут на основании этого подать заявку на внутреннюю сертификацию в других странах-членах, избегая огромных затрат на отправку дубликатов образцов и тестирование.
Учитывая будущие тенденции развития, распределительные трансформаторы быстро развиваются в сторону интеллекта, энергосбережения, защиты окружающей среды и высокой надежности. Согласно отраслевым данным, объем мирового рынка распределительных трансформаторов достигнет примерно 21,95 миллиарда долларов США к 2025 году и, как ожидается, вырастет до 39,67 миллиарда долларов США к 2034 году, при совокупном годовом темпе роста около 6,8%. Рынок интеллектуальных трансформаторов быстро растет, совокупный годовой темп роста превышает 15%, а Азиатско-Тихоокеанский регион доминирует на мировом рынке с долей 42%, что полностью отражает огромные инвестиции развивающихся стран в модернизацию и преобразование электросетей. В Китае общий объем производства трансформаторной промышленности к 2025 году превысит 300 миллиардов юаней, что составит более 50% мирового производства. Доля энергосберегающих трансформаторов, работающих в сети, увеличилась на десять процентных пунктов по сравнению с 2020 годом. В то же время продвижение и применение трансформаторов с растительным маслом также привело к прорыву в области защиты окружающей среды. - замена традиционного минерального масла натуральной изоляционной жидкостью на основе сложного эфира, скорость биоразложения может достигать почти 100 %, и они продемонстрировали хорошие эксплуатационные характеристики в экологически чувствительных районах и-высотных районах.
Когда клиенты задаются вопросом о предложениях по выбору распределительных трансформаторов, может быть полезно посоветовать им рассмотреть следующие вопросы: Будет ли оборудование установлено в помещении или на открытом воздухе? Какие конкретные требования предъявляются местными правилами пожарной безопасности к расстоянию пожарной безопасности и выбору среды? Относится ли силовая нагрузка к длительной-непрерывной высокой нагрузке или имеется явный период легкой нагрузки, который определяет компромисс-веса между отсутствием-потери нагрузки и потерей нагрузки? Основаны ли система сертификации и стандарты энергоэффективности рынка, на котором реализуется проект, на базе IEC или ANSI/IEEE? После выяснения этих ключевых вопросов один за другим будет определен выбор между масляными трансформаторами и распределительными трансформаторами сухого-типа, выбор материалов из кремнистой стали и аморфных сплавов, а также баланс между традиционными многослойными и трехмерными-структурами с намотанным железным сердечником. В качестве ключевого узла, соединяющего электросеть и пользователей энергосистемы, распределительные трансформаторы, возможно, не являются самым впечатляющим оборудованием, но они распределены сотнями тысяч в каждом узле питания, молча поддерживая источник питания, без которого современное общество не может обойтись.
