Анализ потенциала использования тепловых потерь силового масляного трансформатора

Антон Владимирович Литовец, Александр Владимирович Сериков

Аннотация


Рассмотрена возможность использования блока нагрева жидкости в конструкции силового масляного трансформатора. Показано, что несмотря на высокий коэффициент полезного действия силовых трансформаторов, потери холостого хода и короткого замыкания имеют существенные значения и бесполезно рассеиваются в виде тепла в окружающую среду. Предложена конструкция силового трансформатора, в состав которого входит блок нагрева жидкости (теплоносителя). Это позволяет использовать силовой трансформатор не только для преобразования электрической энергии, но и для производства тепловой. С целью анализа возможности использования тепловых потерь разработана эквивалентная тепловая схема замещения и математическая модель, описывающая эту схему.

Существует два режима работы блока нагрева жидкости. В пассивном режиме протекающая в нагревательном блоке жидкость нагревается только за счет тепловых потерь силового трансформатора. В активном режиме нагрев жидкости осуществляется за счет потерь при протекании электрического тока по трубам блока нагрева. Введено понятие коэффициента эффективности нагревательного блока.

Исследования показали, что до 50 % потерь силового трансформатора можно использовать для нагрева теплоносителя, протекающего в нагревательном блоке. Получены соотношения между полезно используемой тепловой мощностью и потерями в трансформаторе. Также получена зависимость коэффициента эффективности нагревательного блока от расхода теплоносителя. В активном режиме работы нагревательного блока коэффициент эффективности составляет более 90 %.

Ключевые слова


силовой трансформатор; нагревательный блок; эквивалентная тепловая схема; энергоэффективность; коэффициент эффективности

Литература


Лизунов, С.Д. Силовые трансформаторы. Справочная книга / С.Д. Лизунов, А.К. Лоханина. – М.: Энергоатомиздат, 2004. – 616 с.

Тихомиров, П.М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров. – М.: Альянс, 2016. – 527 с.

Baehr, R. Transformer technology: state of the art and trends of future devel-opemeпt / R. Baehr // Electra. – 2001. – no. 198. – P. 13-19.

Eliasson, A. Amorphous Metal core material shows economic and environmental benefits when pre-existing transformers are to be replaced within Vattenfall Group’s distribution network / A. Eliasson, H. Elvfing, V.R. Ramanan // 2010 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe). – 2010. – P. 1-7. DOI: 10.1109/ISGTEUROPE.2010.5638963

Olivares, J.C. Reducing losses in distribution transformers / J.C. Olivares, Y. Liu, J.M. Canedo, R. Escarela-Perez, J. Driesen, P. Moreno // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2003. – Vol. 18, no. 3. – P. 821-826. DOI:10.1109/TPWRD.2003.813851

Loffler, F. Influence of air gaps in stacked transformer cores consisting of sev-eral packages / F. Loffler, H. Pfutzner, T. Booth // IEEE Transaction on Magnnetics. – 1994. – Vol. 30, P. 913-915. DOI: 10.1109/20.312443

Girgis, R.S. Experimental investigation on effect of core production attributes on transformer core loss performance / R.S. Girgis, E.G. Nyenhuis, K. Gramm, J.E. Wrethag // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1998. – Vol. 13. – P. 526-531. DOI: 10.1109/61.660924

Georgilakis, P.S. A novel iron loss reduction technique for distribution trans-formers based on a combined genetic algorithm – neural network approach / P.S. Georgilakis, N. Doulamis, N.D. Hatziargyriou, S.D. Kollias // IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics – Part C, Applications and Reviews. – 2001. – Vol. 31, no. 1. – P. 16-34. DOI: 10.1109/5326.923265

Georgilakis, P.S. AI helps reduce transformer iron losses / P.S. Georgilakis, N. Hatziargyriou, D. Paparigas // IEEE Computer Applications Power. – 1999. – Vol. 12, no. 4. – P. 41-46. DOI: 10.1109/67.795137

Koppikar, D.A. Evaluation of flitch plate losses in power transformer / D.A. Koppikar, S.V. Kulkarni, P.N. Srinivas, S.A. Khaparde, R. Jain // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1999. – Vol. 14. – P. 996-1001. DOI: 10.1109/PESW.1999.747342

Vinogradov, A. Gainful utilization of excess heat from power transformers / A. Vinogradov, A. Sopov, V. Bolshev, A. Vinogradova // Handbook of Research on Energy-Saving Technologies for Environmentally-Friendly Agricultural Development. IGI Global. – 2020. – P. 132-162. DOI: 10.4018/978-1-7998-1216-6.ch006

Litovets, A.V. Energy Efficiency Increasing for the Power Transformer by Means of the Liquid Heating Unit / A.V. Litovets, A.V. Serikov, V.A. Serikov // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2017). – 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076295.

Литовец, А.В. Разработка конструкции электробезопасного нагревательного устройства / А.В. Литовец, А.В. Сериков, Зар Ни Ньейн // Дальневосточная весна – 2016: материалы международной научно-практической конференции по проблемам экологии и безопасности. – Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2016. – С. 171-174.

Литовец, А.В. Силовой трансформатор с блоком нагрева жидкости / А.В. Литовец, А.В. Сериков // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы IV российской молодежной научной школы-конференции. – Томск, ТПУ, 2016. – С. 36-38.

Зар, Ни Ньейн. Повышение энергоэффективности систем теплоснабже-ния с использованием электротехнического комплекса / Зар Ни Ньейн, В.А. Сериков, А.В. Сериков // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы IV российской молодежной научной школы-конференции – Томск, ТПУ, 2016. – С. 126-129.

Патент на полезную модель № 160354 РФ, МПК Н05В 6/10. Устройство для преобразования энергии с регулируемым нагревом жидкости / А.В. Сериков, А.В. Литовец; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет». – № 2015114276/02; заявл. 16.04.2015; опубл. 20.03.2016, Бюл. № 8.

Литовец, А.В. Проблемы управления трансформаторными нагревателя-ми жидких сред / А.В. Литовец, А.В. Сериков, В.И. Суздорф // Электротехника: сетевой электронный научный журнал – 2015. – Т. 2, № 2. – С. 56-58.

Сипайлов, Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. – М.: Высш. шк., 1989. – 239 с.

Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк. – М.: Мир, 1983. – 512 с.

Уонг, Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: справочник / Х. Уонг. – М.: Атомиздат, 1979. – 210 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210105

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.