Консультант инженера уже много раз составлял эту сравнительную таблицу в прошлом, но вопрос клиента не изменился: “Мы строим 6-этажную больницу с отделением МРТ, солнечной панелью на крыше и распределительной комнатой в подвале над парковкой. Какой трансформатор нам купить?” Ответом не является название или торговая марка, а скорее множество вариантов между стоимостью, пожарной безопасностью, обслуживанием, эффективностью и сроком службы. Больницы, центры обработки данных, небоскребы и туннели выбирают трансформаторы сухого типа, а фабрики используют масляные. Почему это так, рассматривается в этой статье.
В этой статье мы сравниваем масляные трансформаторы и трансформаторы сухого типа на основе девяти характеристик, предоставляя минимально необходимую информацию и цены на основе стандарта IEC 60076. Статья включает в себя подробную таблицу с сопоставлением, с затратами на владение и сравнениями, поэтому вы в конечном итоге становитесь настоящим экспертом, который может объяснить своим коллегам по проекту выбор трансформатора.
Быстрый ответ: Основное различие между трансформаторами сухого типа и масляными трансформаторами заключается в их процессе охлаждения и изоляции: в то время как трансформаторы сухого типа полагаются на воздух, смолу или вакуумную пропитку, масляные трансформаторы используют минеральное масло для изоляции. Хотя клиенты могут сэкономить 25-40% на стоимости с масляными трансформаторами, трансформаторы сухого типа свободны от рисков пожара и утечки масла, которые являются основными факторами, способствующими популярности трансформаторов сухого типа в различных местах.
Основы: Что такое каждая технология
Хотя оба типа трансформаторов выполняют одну и ту же функцию преобразования напряжения на основе электромагнитной индукции, они используют разные методы изоляции и охлаждения. Охлаждение трансформатора сухого типа достигается в воздухе (классы AN/AF), а изоляция может быть выполнена в виде твердых обмоток из смолы, где катушка залита эпоксидной смолой и наполнителем, богатым кремнеземом, или через обмотки VPI, в которых катушка обрабатывается лаком под вакуумным давлением.
В отличие от этого, масляные трансформаторы используют масло как в процессе изоляции, так и для теплопередачи к баку. Говорят, что разница не только поверхностная. Трансформатор сухого типа должен быть гораздо больше и изготовлен из большего количества меди, потому что воздух не является таким хорошим теплопроводником, как масло. Более того, трансформаторы из смолы имеют повышение температуры до 100°C (класс F) или 125°C (класс H) в соответствии со стандартом IEC 60076-11, по сравнению с 65°C для масляных типов (IEC 60076-2).
Охлаждение и изоляция: Воздух против масла
| Аспект | Сухой тип | Масло-иммерсионные |
|---|---|---|
| Охлаждающая среда | Воздух (естественный или принудительный) | Минеральное масло, эфир или силикон |
| Классы охлаждения | АН, АФ, АНФ | ONAN, ONAF, OFAF |
| Изоляция обмотки | Литая эпоксидная смола или лак VPI | Масло-пропитанная крафт-бумага |
| Повышение температуры | 100 K (F), 125 K (H) типично | 65 K масло / 78 K обмотка (IEC) |
| Горючесть | Самозатухающий (смола) | Минеральное масло горючее; эфиры менее горючи |
Пожарный аспект важнее любых других аспектов. Трансформаторы с литой смолой являются самозатухающими и проходят испытания на огнестойкость IEEE 1414/BS 476, что является основной причиной, по которой NFPA 70 и большинство национальных норм допускают их использование в зданиях без огнестойкого хранилища. Устройства на минеральном масле требуют либо хранилища, либо огнеупорного барьера, либо расстояния 3–5 м от горючих материалов. Для проектов подземных и небоскребов это часто было единственным критерием.
Сравнительная таблица девяти измерений
| Размерность | Сухой тип | Масло-иммерсионные | Победитель |
|---|---|---|---|
| Первоначальная стоимость за кВА | Верхний | Ниже (25–40% меньше) | Масло |
| Риск пожара / взрыва | Низкий, самозатухающий | Горючая жидкость | Сухой |
| Одобрение для помещений | Хранилище не требуется по большинству норм | Хранилище/барьер часто требуется | Сухой |
| Возможность перегрузки | Ограничено за пределами таблички | Хорошая тепловая масса | Масло |
| Нагрузка на обслуживание | Визуальные проверки, обслуживание вентиляторов | Отбор проб масла, DGA, проверки на утечки | Сухой |
| Чувствительность к влажности | Выше; требуется сухое помещение | Запечатано от влаги | Масло |
| Срок службы | 20–30 лет | 25–40 лет | Масло |
| Шум | Тише (без масляных насосов) | Может быть шумнее с вентиляторами | Сухой (маргинально) |
| Эффективность при высоких номиналах | Большие размеры, требуется больше меди | Компактный для того же номинала | Масло |
Общая стоимость владения: реальные расчеты
Стоимость покупки первого трансформатора является лишь отправной точкой для всего анализа. Теперь мы проанализируем трансформатор мощностью 1,000 кВА, работающий на промышленном объекте с коэффициентом загрузки 60%, производящим потери $0.12/кВтч в течение двадцати лет. Потери трансформатора будут рассчитаны на основе Международного стандарта IEC 60076.
| Компонент затрат | Сухой тип (литой смола) | Масло-иммерсионные |
|---|---|---|
| Первоначальная стоимость (FOB, 10–35 кВ) | $20,000–$45,000 | $18,000–$38,000 |
| Потребление без нагрузки | ≈ 2,000–2,600 Вт | ≈ 1,500–2,000 Вт |
| Потери нагрузки при 60% нагрузке | ≈ 6,000–8,500 Вт | ≈ 5,500–7,500 Вт |
| Годовая стоимость потерь (@$0.12/кВтч) | ≈ $8,400–$11,600 | ≈ $7,400–$10,000 |
| Стоимость потерь за 20 лет | ≈ $168,000–$232,000 | ≈ $148,000–$200,000 |
| Обслуживание за 20 лет | ≈ $4,000–$9,000 | ≈ $12,000–$22,000 (масляные испытания, восстановление) |
| Приблизительная общая стоимость за 20 лет | $192,000–$286,000 | $178,000–$260,000 |
Две вещи сразу бросаются в глаза. Прежде всего, потери превышают расходы, поэтому выбор только по цене — это неверный шаг. Во-вторых, данные за 20 лет показывают, что общие затраты очень похожи друг на друга, из-за более низких затрат на обслуживание трансформатора сухого типа, которые компенсируют более высокую цену. Хотя трансформаторы с масляным погружением все еще имеют лучшие затраты на срок службы по сравнению с сухими, разница не так велика, как предполагает разница в первоначальной стоимости.
Рейтинги и эффективность: что говорят стандарты
- Сухой тип: Стандарт IEC 60076-11 применяется к трансформаторам мощностью сухого типа и определяет классы изоляции как B, F и H с температурами повышения на 100 K, 125 K и 150 K соответственно. Кроме того, были успешно введены различные категории эффективности в соответствии с IEC 60076-20.
- Масляное погружение: Эта технология соответствует стандартам IEC 60076-1/-2, что означает, что пределы для повышения температуры масла и обмотки составляют 65 K и 78 K соответственно. Та же теория о сроке службы изоляции применяется, и каждое повышение температуры на 6 градусов выше номинального приводит к снижению долговечности изоляции вдвое.
Трансформаторы с масляным погружением все еще достигают того же уровня потерь при меньшем весе. Однако новые технологии сделали современные трансформаторы сухого типа из литого смолы менее потеряющими. Эффективные трансформаторы из литой смолы с медной фольгой уже могут демонстрировать ту же эффективность в тех же диапазонах мощности.
Вердикты по приложениям
| Применение | Рекомендуемый тип | Причина |
|---|---|---|
| Многоэтажные и коммерческие здания | Сухой тип | Без подвала, самозатухающие, тихие |
| Больницы и центры обработки данных | Сухой тип (часто литая смола) | Приоритеты пожарной безопасности и времени безотказной работы |
| Уличные распределительные столбы/падмонт | Масло-иммерсионный | Стоимость за кВА, устойчивость к погодным условиям |
| Промышленные предприятия | Либо, обычно масляное погружение на улице | Запас по перегрузке и обслуживаемость |
| Горнодобывающая промышленность и туннели | Предпочтителен сухой тип | Без горючей жидкости в замкнутых пространствах |
| Возобновляемые источники энергии (Солнечная энергия, ветер) | Оба; сухой тип для внутренних установок, масло для падов | Правила пожарной безопасности на площадке и стоимость решают |
| Высокая влажность, прибрежные условия | Масло-иммерсионный | Запечатано от влаги |
Ландшафт брендов и ценовые диапазоны
| Бренд | Предложение сухого типа | Предложение с масляным погружением | Ценовая позиция |
|---|---|---|---|
| ABB | Литая смола до 63 МВА | Распределение и мощность | Премиум |
| Сименс | GEAFOL литая смола | Распределение и мощность | Премиум |
| Schneider Electric | Trihal литая смола | Распределение | Премиум |
| Hitachi Energy | Блок из смолы Resibloc | Мощность и распределение | Премиум |
| Итон | VPI и литая катушка | Падмонт и столб | Средний премиум |
| Китайские производители (например, Subian) | Литая смола и VPI | Распределение и мощность | Значение |
Глобальные игроки в этой области – ABB, Siemens, Schneider Electric и Hitachi Energy – разработали трансформаторы из литого смолы, которые определили стандарты отрасли, оснащенные многолетними типовыми испытаниями и мировой сервисной системой. Премия, которую они взимают, оправдана, когда спецификации проекта требуют международной сертификации или обслуживания, управляемого поставщиком. Большинство проектов с параметрами мощности 400 – 2,500 кВА, соответствием IEC и некоторыми отчетами об испытаниях могут быть легко выполнены сертифицированными китайскими производителями за гораздо меньшие деньги по сравнению с западными компаниями. Jiangsu Subian Electric Power производит как трансформаторы из литого смолы с напряжением до 35 кВ, так и масляные с напряжением от 10 кВ до 110 кВ, предоставляя клиентам возможность приобрести любую технологию от одного сертифицированного завода и получить стандартную документацию и прямую поддержку производителя.
Как сделать окончательный выбор
- Узнайте о размещении устройства. Установка в помещении, уже занятом, подразумевает необходимость использования сухих трансформаторов, но установка на улице или в специально предназначенном трансформаторном депо требует масляных устройств.
- Консультируйтесь с местными нормативными актами для получения инструкций. Большинство национальных кодексов, таких как NFPA 70, требуют использования хранилищ для любых масляных трансформаторов, используемых в помещениях с определенными выходными характеристиками.
- Рассчитайте коэффициент загрузки. Масляные трансформаторы более предпочтительны в случае тяжелых и стабильных нагрузок, в то время как в ситуациях с легкими нагрузками преимущество не столь значительное.
- Рассчитайте общие жизненные затраты на владение за период двадцати лет, используя ваши местные тарифы на электроэнергию и метод, обсужденный выше, вместо простого умножения цен на стоимость.
- Учитывайте влажность и окружающую среду. Сухие трансформаторы работают только в сухих шкафах, в то время как масляные трансформаторы могут быть установлены даже на улице.
- Проверьте, какие виды обслуживания могут быть выполнены. Масляные трансформаторы требуют сложных процедур, таких как анализ DGA, но здесь сухие трансформаторы выигрывают, так как обходятся без этого.
Часто задаваемые вопросы
Что дешевле: сухие трансформаторы или масляные?
Масляные трансформаторы, как правило, на 25-40% дешевле при эквивалентных характеристиках. Для трансформатора мощностью 1,000 кВА ожидается, что затраты будут составлять от $18,000 до $38,000 для масляных до $20,000 до $45,000 для сухих трансформаторов с заливкой смолой. Однако, когда учитываются затраты на строительство хранилищ, удержание масла и дополнительные затраты на обслуживание, общая сумма за 20-летний период становится гораздо более сопоставимой, подчеркивая недостаточность цены как решающего фактора.
Являются ли сухие трансформаторы более эффективными, чем масляные?
При одинаковом классе эффективности это не всегда так. Это связано с тем, что масло охлаждает лучше; благодаря значительно меньшим сердечникам и обмоткам, масляные трансформаторы соответствуют требованиям по потерям. Когда речь идет о меньших мощностях (50–500 кВА), качественные изделия из заливной смолы превосходят масляные трансформаторы; когда мощность превышает ~1,000 кВА, последние, как правило, показывают лучшие результаты с точки зрения потерь на доллар.
Можно ли устанавливать сухие трансформаторы на улице?
Действительно, это верно только при соблюдении определенных условий. Открытый вентилируемый тип требует защиты от атмосферных воздействий с классом IP23 или IP54 и снижения мощности. Например, трансформатор из заливной смолы, используемый на улице при температуре окружающей среды 45 °C, обычно должен снижать мощность на 5–10%. Кроме того, масляные трансформаторы, как правило, более устойчивы к сложным климатическим условиям.
Каков типичный срок службы каждого типа?
Масляные трансформаторы имеют срок службы от 25 до 40 лет, в течение которых необходимо проводить ежегодные испытания масла. Также отмечается, что сухие трансформаторы имеют срок службы около 20–30 лет, что полностью зависит от накопления влаги за годы. Системы с изоляцией из заливной смолы могут иметь срок службы около 30 лет при условии, что они используются в чистом и сухом месте.
Почему в высотных зданиях почти всегда используют сухие трансформаторы?
Из-за норм пожарной безопасности. Минеральное масло, будучи горючим, требует создания огнестойкого хранилища для такого внутреннего масляного трансформатора. Однако, поскольку заливная смола является огнестойкой, нет необходимости помещать сухой трансформатор в хранилище, что приводит к экономии значительного пространства и облегчает вентиляцию в электрических помещениях.
Ссылки
- IEC 60076-1: Силовые трансформаторы — Общие сведения — Стандарт сердечников для номиналов, потерь и испытаний трансформаторов.
- IEC 60076-11: Сухие силовые трансформаторы — Международный стандарт, специфичный для трансформаторов сухого типа, классов изоляции и повышения температуры.
- NFPA 70 (Национальный электрический кодекс) — Кодекс, регулирующий установку трансформаторов, пожарные рейтинги и зазоры в зданиях.
- IEEE — Издатель серии IEEE C57 и стандартов тепловых/жизненных характеристик трансформаторов, используемых с IEC.
- NEMA — Североамериканский стандартный орган, охватывающий эффективность трансформаторов и классификации корпусов.
- Стандарты трансформаторов распределения Министерства энергетики США — Официальные правила эффективности, которые информируют расчеты потерь и экономики.
- Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd. — Производитель как трансформаторов сухого типа, так и погруженных в масло, соответствующих IEC 60076.
Заключение
Трансформатор сухого типа и погруженный в масло следует рассматривать не как альтернативы, а как два оптимальных ответа на разные запросы. Если ваша установка происходит в закрытом помещении, имеет требования к пожарной безопасности или вводится в эксплуатацию в таком месте, как занятое здание, то трансформатор сухого типа является вашим самым безопасным выбором, несмотря на его первоначальную цену, которая на 25-40 процентов выше, чем у модели, погруженной в масло. Если трансформатор расположен на улице в кабельной подстанции, то последняя версия предлагает лучшую цену за кВА, обещая лучшие запасы по перегрузке и больший срок службы. Выбор должен основываться на общей стоимости владения (начальная цена, потери, затраты на обслуживание, строительство и т.д.), а не на цене на наклейке. Независимо от того, какой путь вы выберете, покупайте оборудование у сертифицированного производителя, который предоставляет информацию о потерях вместе с результатами испытаний. Поставщик, такой как Jiangsu Subian Electric Power предлагает обе технологии, так что вы можете сравнить аналогичные варианты и выбрать с уверенностью.