Промышленные трансформаторы — это оборудование, от которого зависит функционирование завода в целом. Они также являются последним оборудованием, о котором кто-либо задумывается, пока оно не выходит из строя. Промышленные трансформаторы принимают напряжение от электроснабжающей компании и преобразуют его в напряжение, необходимое компонентам оборудования. Кроме того, трансформаторы определяют ток короткого замыкания, схему защиты и значительную часть стоимости электроэнергии на следующие тридцать лет.
Короче говоря, промышленный трансформатор понижает и повышает напряжение между системой питания и распределительной системой завода. Промышленные силовые трансформаторы обычно рассчитаны на 11 кВ или 33 кВ с понижением до 400 В, 480 В или 690 В. Основные типы трансформаторов — маслонаполненные, сухие с литой изоляцией и блочные подстанции. Один блок сухого трансформатора мощностью 1 000 кВА будет стоить примерно от 18 000 до 45 000 по цене EXW, в то время как маслонаполненный блок с той же мощностью будет примерно на 25–40 % дешевле при покупке, но потребует больших затрат на монтаж.
Существуют принципы и нормы, которые нельзя изменить впоследствии. Самыми важными из них являются коэффициент трансформации, импеданс, векторная группа и повышение температуры. Последний раздел посвящён месту поставщика завода и другим случаям, когда поставщики завода не включены.
Что такое промышленный трансформатор?
Это одно из статических устройств, работающих без движущихся частей. Это устройство передаёт электрическую энергию из одной цепи в другую, используя магнитные поля. В промышленном использовании термин «промышленный трансформатор» относится к трансформаторам, используемым на заводах, электростанциях и в промышленности. Таким образом, он отличается от трансформатора передачи или распределительного трансформатора на опоре.
Номинальная нагрузка начинается от 100 кВА для одного машинного центра и достигает 20 МВА и более для трансформатора промышленной подстанции. Напряжение на первичной стороне зависит от поставляемого энергоснабжением или внутреннего кольцевого питания. Обычно оно составляет около 11, 13,8, 20, 22, 33 или 34,5 кВ. На вторичной стороне напряжение будет равно напряжению энергоснабжения, которое обычно составляет 400 В в большинстве стран, 480 В в США и 690 В для тяжёлых моторных систем.
Промышленный трансформатор отличается от коммерческих трансформаторов по трём факторам. Во-первых, он создан для непрерывной работы при постоянной нагрузке. Во-вторых, он рассчитан на гармонические нагрузки, что предъявляет определённые требования к конструкции обмоток и нейтрали. Наконец, промышленный трансформатор должен иметь необходимый коэффициент K для защиты от гармонических искажений.
Как работает трансформатор: 3 ключевые функции трансформатора
По мере того как первичная обмотка получает переменный ток, она создает переменное магнитное поле внутри сердечника, и благодаря этому магнитному полю на вторичной обмотке индуцируется напряжение. Первичная и вторичная обмотки имеют определенное количество витков, что создает конкретное соотношение напряжений в трансформаторе. Поэтому верно, что трансформатор с 1000 витками на первичной обмотке и 100 витками на вторичной уменьшит 11 кВ до 1,1 кВ.
Он преобразует напряжение и ток обратно пропорционально. Мощность никогда не может быть сгенерирована трансформатором. Когда мы говорим о силовом трансформаторе с номинальной мощностью 1000 kVA и входным напряжением 11 кВ, он может потреблять около 52 Ампер на первичной стороне и отдавать сотни ампер при 400 вольтах.
Он обеспечивает изоляцию между цепями. Нет возможности установить электрическое соединение между цепями. Между ними существует только поле. Поэтому электрическая установка может заземлять нейтраль вторичной обмотки независимо, и таким же образом трансформатор может использоваться как изоляционный трансформатор для подавления высокочастотных помех.
Он также устанавливает фазовые соотношения. Способ подключения обмоток (треугольник или звезда) определяет фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением.
Тепло, выделяемое в сердечнике, обусловлено потерями энергии из-за изменения магнитного потока и потерями в обмотках при протекании тока. Указанные потери рассматриваются в разделе, посвященном эффективности, и являются основными факторами, влияющими на общую стоимость обслуживания трансформаторов.
Типы, используемые в промышленности
В промышленности используется пять типов трансформаторов, которые зависят от условий установки и эксплуатации трансформатора.
- Маслонаполненные трансформаторы имеют обмотки, погруженные в минеральное масло, которое циркулирует за счет конвекции, тем самым отводя избыточное тепло через радиатор. Однако этот тип лучше всего работает при мощности свыше 500 kVA из-за низкой стоимости эксплуатации и лучших тепловых характеристик. Следует помнить, что этот тип трансформатора не может быть установлен внутри здания без огнестойкого корпуса..
- Трансформаторы с литой изоляцией имеют обмотки, залитые эпоксидной смолой, что исключает наличие жидкости и риск возгорания. Этот тип используется в тропических и субтропических странах. Недостатком трансформаторов с литой изоляцией являются более высокие первоначальные затраты и низкие тепловые пределы. Пример серии — трансформатор с литой изоляцией 10 kV с сердечником и обмотками, изготовленными на заводе с использованием оснастки, а корпус разрабатывается при заказе.
- Вентилируемые сухие трансформаторы. Обмотки открытые и охлаждаются воздухом. Они дешевле трансформаторов с литой изоляцией при низких мощностях; очень популярны в вентилируемых машинных залах. Они подвержены воздействию пыли и влаги, поэтому их следует содержать в чистом и сухом помещении, вдали от моечных зон.
- Блочная подстанция. Трансформатор, который крепится непосредственно к секции для получения питания от линии среднего напряжения и секции низковольтного распределения в одном блоке. Это удобно для экономии кабеля и пространства и предпочтительно, когда все нагрузки расположены в одной зоне, а также отсутствуют проблемы с координацией при установке.
- Наземный монтаж. Этот тип состоит из масляного трансформатора в закрытом блоке, который устанавливается на уровне земли с разъемными соединениями и предохранителями на баке, которые не требуют открытия. Используя этот тип блока, нет необходимости в огражденной зоне. В основном используется, когда предприятие получает питание с высокой мощностью и нуждается в наружном распределении.
Все пять типов имеют общую особенность — электростатический экран между первичной и вторичной обмотками, который позволяет использовать любой тип блока в качестве изоляционного трансформатора, что снижает влияние высокочастотных помех, вызванных приводами/выпрямителями. Коэффициент K, обычно обозначаемый как K-4 или K-13, означает, что блок оснащен соответствующей мощностью для работы с гармоническим нагревом.
Классификация напряжений и области применения
Организации используют классификацию напряжений для определения потребления воды и электроэнергии на вашем предприятии. Классификация напряжения определит величину полезной электрической и водяной мощности для вашего объекта до заказа любых трансформаторов для оборудования внутри вашего предприятия.
| Области применения классификации | Использование в промышленности | Типичные соотношения |
|---|---|---|
| 11 кВ | 11 кВ кольцевые сети и входное питание, используемые большинством коммунальных служб в мире. | 11/0,4 кВ, 11/0,415 кВ |
| 13,8 кВ и 12,47 кВ | Использование в промышленных условиях в Северной Америке. | 13,8/0,48 кВ, 13,8/4,16 кВ |
| 20 кВ и 22 кВ | Взято из плотных применений в Европе и Китае. | 20/0,4 кВ или 22/0,4 кВ |
| 33 кВ и 35 кВ | Подпередача в крупные заводы, где соотношение нагрузки по напряжению не влияет на ваши операции. | 33/11 кВ или 33/0,4 кВ. |
| 66 кВ и выше | Очень крупные объекты, такие как собственные электростанции. | 66/11 кВ или 110/33 кВ. |
Можно показать, что завод получает необходимую ему электроэнергию на одном уровне напряжения, распределяет электричество согласно более низкому классу напряжения, который ниже классификации напряжения, подаваемой коммунальным предприятием, и конечному напряжению, используемому для напряжений, питающих нагрузки.
Ток течет аналогично, но в обратном направлении. Например, трансформатор мощностью 2000 кВА будет принимать примерно 105 А при 11 кВ и будет выдавать примерно 2887 А при 400 В с шин низкого напряжения, а не с кабелей. Если в спецификации указана только мощность в кВА без коэффициента трансформации, то утверждение неполное, так как не предоставляет необходимую мощность в кВт.
Когда номиналы напряжения составляют 20 кВ или 22 кВ, трансформаторная установка с масляным охлаждением на 20 кВ как правило, является моделью, указанной для большинства объектов, поскольку этот номинал охватывает как питающее напряжение, так и внутреннюю цепь в одном напряжении.
Потери, эффективность и стоимость владения
Как только трансформатор включен, независимо от того, происходит ли производство, он будет иметь потери, при этом разница между двумя видами потерь указывает, какая система будет наиболее экономичной в течение двадцати лет.
Потери холостого хода всегда присутствуют, как только первая линия подключена на полную мощность. Они являются результатом намагничивания сердечника, а также вихревых токов, протекающих через ламинированные пластины, и не изменяются в зависимости от уровня нагрузки. Потеря при нагрузке Потери нагрузки, с другой стороны, происходят из-за сопротивления в обмотках и увеличиваются пропорционально квадрату тока. Например, работа установки при нагрузке всего 25% будет определяться потерями холостого хода, тогда как установка, работающая на полной мощности, будет определяться потерями нагрузки.
Знание этих принципов имеет практическое значение для структуры ценообразования. Когда завод работает чуть выше потерь холостого хода, следует указывать конфигурацию с низкими потерями холостого хода, хотя и по более высокой цене. С другой стороны, при полной мощности потребуется конфигурация с низкими потерями нагрузки, характеризующаяся большим содержанием меди.
Например, установка мощностью около 1000 кВА потребляет около 1,2% и 1,8% своей мощности в потерях холостого хода, что соответствует 105 000 кВт·ч и 158 000 кВт·ч соответственно в год при 8760 часах работы. Если промышленный потребитель оплачивает кВА по реальному тарифу, покупатель получит срок окупаемости около четырех-семи лет несмотря на оплату премиальной цены на 10-15% выше за конструкции, позволяющие снизить потери холостого хода на 20%. Именно поэтому коммунальные предприятия и крупные потребители используют формулы оценки потерь, а мелкие потребители несут более высокие затраты на свои установки без учета потерь холостого хода.
Отраслевые применения
Приложение предоставляет информацию о типах, корпусах и импедансах для шести секторов рынка.
| Сектор | Обычная структура | Обоснование |
|---|---|---|
| Производство и сборка | Трансформаторы 11/0,4 кВ, с эпоксидной изоляцией для внутреннего монтажа | Разные места для разных центров нагрузки на заводе. Следует учитывать пожарную нагрузку. |
| Сталь, цемент и добыча минералов | 33/11 кВ и 11/0,69 кВ, маслонаполненные наружные | Большая нагрузка на электродвигатели, высокий уровень короткого замыкания и запылённая среда. |
| Центры обработки данных | Несколько трансформаторных блоков с изоляцией из смол, подключённых параллельно, N+1 | Резервирование, низкая пожарная нагрузка и согласование импедансов. |
| Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность | Маслонаполненные с повышенной безопасностью; коэффициент k при преобладании приводов | Классификация опасных зон и гармоническая нагрузка. |
| Водоснабжение и канализация | Маслонаполненные трансформаторы на фундаменте, 11/0,4 кВ | Для наружных установок с периодическими насосными нагрузками и для обслуживания на расстоянии. |
| Возобновляемая и/или собственная генерация электроэнергии | Повышающие трансформаторы 0,69/33 кВ или 11/33 кВ; сборка генерации. |
Наблюдается явная тенденция использования сухой изоляции трансформаторов при внутренней установке, тогда как наружные установки обычно используют маслонаполненные трансформаторы по экономическим причинам. Исключение составляет установка с высокой гармонической нагрузкой, требующая применения трансформаторов с коэффициентом k.
В установке, требующей подачи полной системы распределения среднего напряжения а не только одного трансформатора, разговор начнётся с системы распределения среднего напряжения. Скорее всего, это будет в контексте нового завода, поскольку интерфейсы между трансформаторами, шкафами и реле становятся центром внимания при вводе в эксплуатацию.
Какова цена промышленного трансформатора?
Цены, приведённые здесь, являются ценами EXW на 2026 год и зависят от типа проводника, импеданса, корпуса и режимов испытаний. Различия в ценах между производителями обычно отражают вариации в их коммерческих предложениях на одинаковые технические характеристики. В целом, западные производители берут на 30–50 процентов больше, чем азиатские.
Технические характеристики трансформатора влияют на цену следующим образом:
| Технические характеристики трансформатора | Ценовой диапазон |
|---|---|
| Трансформатор с литой смолой 500 кВА, 11/0,4 кВ | $12,000 to $22,000 |
| Трансформатор с литой смолой 1000 кВА, 11/0,4 кВ | $18,000 to $45,000 |
| Маслонаполненный трансформатор 1000 кВА, 33/0,4 кВ | $14,000 to $30,000 |
| Маслонаполненный или с литой смолой трансформатор 2500 кВА | $45,000 to $95,000 |
| Маслонаполненный трансформатор 5000 кВА, 33/11 кВ | $90,000 to $180,000 |
Компоненты установки удивляют покупателей. При суммировании стоимости оконечивания кабелей среднего напряжения, защитных реле, трансформаторов тока, систем молниезащиты, заземления и строительных работ к цене другого электрического оборудования может добавляться от 40 до 80 процентов.
There are two items that should be priced during the proposal phase. The first component is the type of tap changer that is used. An off-circuit tap changer is included in all standard units, but an on-load tap changer will be an additional cost that ranges between 15 to 30 percent of the cost of the generator. The second item is the test procedure that is performed on the transformer. A full type testing program conducted on the new transformer will cost more than the routine testing that would be conducted on subsequent units produced.
Specified Manufacturers
Due to logistical considerations of transporting a three-ton unit, the market is regionally constrained, and the manufacturers to be listed below reflect that limitation.
SGB-SMIT Group boasts the title of being the largest independent transformer group in Europe. It has manufacturing facilities in Germany, the Netherlands, the Czech Republic, India, and the United States and produces goods that range from small distribution units to large power transformers. It is strong because it can provide a very long list of voltage combinations.
Spain’s Ormazabal offers the medium voltage network as a package that includes switchgear, transformers, and substations that work in unison when installed in conjunction with each other. This integration makes their pitch to plant owners that want a single point of contact for the entire installation.
Hammond Power Solutions is the North American dry-type specialist whose published design specifications and distribution network allows for cast resin units to be procured off a catalogue rather than being custom engineered for a specific project.
Hitachi Energy and Siemens Energy supply the upper end of the market and the utility sector with the type test facilities and service organizations that support it. For 132 kV equipment, they represent a top-level provider; they also work for distribution transformers up to 1000 kVA.
The Chinese manufacturers are responsible for more than half of the global transformer production market today, and approximately ¥64.6 billion in exports was recorded for 2025, representing a massive 36% growth over last year. The reputable companies have IEC type testing certificates and, when applicable, UL or CSA certifications and letters of reference within the destination country.
When Picking: A Selection Chart According to Specification
| If you’re in this position | The type of transformer needed | The pricing range |
|---|---|---|
| Transformer located within a manufacturing plant, considerations of fire load | cast resin, dry type, IP31 to IP54 | $18,000 to $45,000 for 1,000 kVA |
| Transformer installed outdoor, rating of over 1,000 kVA – | Oil immersed, pad-mounted | 25-40 percent less than dry type |
| New plant and concentrated load and want one delivery | Unit substation with MV application and LV distribution | 30-60 percent more than a bare transformer |
| Drive-heavy load with distortion over 15 percent | K-13 rated or shielded isolation transformer | 10-25 percent more |
| Data centre with N+1 redundancy | Several cast resin transformers with matched impedance | Minimum of two transformers with an impedance within 10 percent |
| Big motor group at 690 V | Oil immersed 11kV/0.69kV with high impedance | pricing exceeds 2,500 kVA |
Is it best to read this chart by first beginning with installations needing specification, then move on to the rating, because the type decision regarding the transformer is generally made due to the installation and not due to the load. The discussion of power transformer versus distribution transformer shows the different reasons these units are sized and priced differently which becomes essential when a plant must make a decision regarding whether to purchase one large unit or numerous smaller units.
By far, the major specification error with transformers in this category is sizing to the sum of connected nameplates rather than to a diversified load. Transformers wired in this way will run at 30 percent load constantly wasting no load losses every hour. Because of this, the proper choice should usually be one size below and a plan for another transformer when load rises.
Where SUBIAN Fits
We manufacture distribution and power transformers that range from 10kVA to around 20MVA, with the majority in the range of 30kVA to 2,500kVA at 10, 20, 33, and 35kV, and with both oil immersed and cast resin types. The end customers utilize our transformers as either an EPC contractor, distributor, or plant that requires a standard product.
For the purpose of discussing our products, our output in this sector is the indoor end of that spectrum in cast resin and outdoor work in oil immersed products; we carry standard core and coil designs in stock; however, the enclosure, IP rating, temperature rise, and vector group are based on the customer’s specifications. The oil immersed transformers will include pad mounted and outdoor units for values above 500 kVA.
There are three specific reasons why buyers will be inclined to work with us:
- we will always provide quotes according to a single line diagram, which will indicate the vector group, tap range, and impedance.
- We will provide the routine test report prior to shipping, which includes all information, including no-load and load losses
- we will inform the customers right away when the project is outside of our scope (i.e., above 35kV).
For a project requires the transformers, the switchgear and the protection together at one, the distribution transformer and substation range can meet your demand, which is usually much cheaper to buy a plant substation, since it will be the problem of one supplier to solve the interfaces, not three of them.
Часто задаваемые вопросы
What does industrial transformer do?
Industrial transformer usually involves voltage transformation between supply, and plant distribution system isolated magnetically. A typical industrial transformer takes 11 kV or 33 kV from the utility or plant ring main and provides 400 V, 480 V or 690 V to the electrical distribution system of the industrial plant. The industrial transformer also determines the amount of fault current available down below, defines the phase relationship between primary and secondary, and identifies the earthing arrangement for the low voltage system.
How much does the industrial transformer cost?
For example, the cost of a 500 kVA of cast resin unit may run from $12,000 to $22,000 ex works, while a 1,000 kVA unit may cost you anywhere between $18,000 and $45,000 and a 2,500 kVA unit will fall into the $45,000 – $95,000 range. On the other hand, oil immersed unit for the same rating may cost you 25 to 40 percent less to purchase. Installation constitutes an addition of 40 to 80 percent expenditure in case of a single unit project, and more than that in case of a new substation building or medium voltage cable installation.
What are the major types of transformers used in the industry?
The major types of transformers that are employed in the industry are oil immersed, cast resin dry type, and unit substation.
The first category pertains to the outdoor and substation services above 500 kVA; the second refers to the indoor installations where the fire load becomes significant; while the third category deals with installations that comprise the transformer’s assembly along with transmission of MV from the incoming power lines followed by the distribution of LV. The first two categories also provide two types of transformers known as pad-mounted and ventilated types.
What are the types of transformers?
Voltage-wise, there are four types of transformers namely the step-up transformer, step-down transformer, isolation transformer, and autotransformer. A step-up transformer is used to increase the voltage for electrical transmission; a step-down transformer is used to decrease the voltage for distribution; an isolation transformer passes a 1:1 ratio between circuits while separating the circuits; while the autotransformer has only one winding with tapped connection. There are four types of transformers based upon materials such as oil-immersed transformer, dry transformers, gas-insulated transformers, and cast resin transformers. While using industrial transformers, one should keep in mind the second classification affects mostly the installation process.
Ссылка
- SGB-SMIT Group- Power and Distribution Transformers
- Hammond Power Solutions- Dry Type Transformer Design Data
- Ormazabal- MV Networks and Substations
- US Energy Information Administration-Today in Energy
- Hitachi Energy- Transformers and Grid Equipment
Заключение
The industrial transformers are selected based on four parameters that cannot be changed once the transformer gets manufactured. They are the voltage ratio, and the impedance, vector group, and temperature rise. The category is determined by the position of the transformer and the price depends on the category of the items and the test regime employed on the equipment.