Wpływ EKO-dyrektywy na parametry i konstrukcję transformatorów

Wpływ EKO-dyrektywy na parametry i konstrukcję transformatorów

EKO-dyrektywa W odniesieniu do transformatorów ekodyrektywa to zbiór uregulowań prawnych i normatywnych: Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE (21 października 2009 r.) ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią Rozporządzenie Komisji (UE) nr 548/2014 (21 maja 2014) w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do transformatorów elektroenergetycznych małej, średniej i dużej mocy EN 50588 Transformatory średniej mocy 50 Hz, o najwyższym napięciu urządzenia nieprzekraczającym 36 kv -- Część 1: Wymagania ogólne (zastępująca EN 50464-1 oraz EN 50541-1) EN 50629 Sprawność energetyczna transformatorów dużych mocy (Um >36 kv lub Sr 40 MVA) 2

Cel uregulowań Podwyższenie sprawności przesyłu i rozdziału energii elektrycznej 2,5% generowanej energii tracone jest w procesie przesyłu i rozdziału (dla krajów Unii Europejskiej) Cel redukcja strat do poziomu 16,2 TWh do roku 2025 Podniesienie bezpieczeństwa niezakłóconych dostaw energii Zmniejszenie obciążenia dla środowiska Redukcja emisji CO2 o 3,7 Mt Eliminacja związków szkodliwych 3

Wymagania szczegółowe Wyłączenie niektórych grup transformatorów Transformatory uziemiające Transformatory prostownikowe Transformatory górnicze Transformatory sprzęgające..... Zróżnicowane wymagania dotyczące strat (i sprawności) dla: Transformatory suche Transformatory olejowe Transformatory o mocy powyżej 3150 kva II etap ekodyrektywy w różny sposób wpływać będzie na zmiany konstrukcyjne 4

Transformatory suche Typ Sn Po Pk S/Sn [-] [kva] [W] [W] 0.00 0.01 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 TTVA 1600 (TIER1 - AoAk) 1600 2200 13000 0.000 0.879 0.936 0.973 0.986 0.992 0.993 0.993 0.993 0.993 0.992 0.992 0.991 0.991 0.990 0.989 TTVA 1600 (TIER2 - AAoAk) 1600 1980 13000 0.000 0.890 0.942 0.975 0.987 0.992 0.993 0.994 0.994 0.993 0.993 0.992 0.991 0.991 0.990 0.989 TTVA 400/ (TIER1 - AoBk) 400 750 5500 0.000 0.842 0.914 0.963 0.980 0.988 0.990 0.990 0.989 0.989 0.988 0.987 0.986 0.985 0.983 0.982 TTVA 400 (TIER2 - AAoAk) 400 675 4500 0.000 0.856 0.922 0.967 0.982 0.989 0.991 0.991 0.991 0.991 0.990 0.989 0.988 0.987 0.986 0.985 0.996 0.994 0.992 TTVA 1600 (TIER1 - AoAk) TTVA 1600 (TIER2 - AAoAk) TTVA 400/ (TIER1 - AoBk) TTVA 400 (TIER2 - AAoAk) 0.990 0.988 0.986 0.984 0.982 0.980 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 Umiarkowana redukcja strat 10% redukcja strat jałowych (generalnie dla całego zakresu) Brak konieczności redukcji strat obciążeniowych dla wyższych mocy (od 800 kva) 6% 18% redukcja strat obciążeniowych dla niższych mocy (do 630 kva) 5

Transformatory suche Umiarkowana redukcja strat Dla 1600 kva redukcja strat 1.93 MWh / rok Dla 400 kva (obciążenie 50%) redukcja strat 2.85 MWh / rok Dla 400 kva (obciążenie 80%) redukcja strat 5.39 MWh / rok Redukcja strat wiązać się będzie ze zwiększonym zapotrzebowaniem na materiały konstrukcyjne. W transformatorach aluminiowych wzrost ten będzie bardziej zauważalny. Powyższy nieznaczny spadek strat może być skompensowany przez równomierne zwiększenie zużycia materiałów zarówno rdzenia, jak i uzwojeń lub tylko jednego z nich Możliwe będzie zaprojektowanie i wykonanie transformatorów z tych samych materiałów magnetycznych, jak obecne transformatory Spodziewany wzrost masy związany z redukcją strat, przy zachowaniu tych samych materiałów, szacowany jest na 5% - 20% 6

Transformatory olejowe Typ Sn Po Pk S/Sn [-] [kva] [W] [W] 0.00 0.01 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 TTO 1600 (TIER1 - AoAk) 1600 1200 14000 0.000 0.930 0.964 0.985 0.992 0.995 0.995 0.995 0.994 0.994 0.993 0.992 0.991 0.991 0.990 0.989 TTO 1600 (TIER2 - AAoAk) 1600 1080 12000 0.000 0.937 0.967 0.986 0.993 0.995 0.996 0.995 0.995 0.994 0.994 0.993 0.993 0.992 0.991 0.991 TTO 400/ (TIER1 - AoBk) 630 600 6500 0.000 0.913 0.954 0.981 0.990 0.993 0.994 0.994 0.993 0.992 0.991 0.991 0.990 0.989 0.988 0.987 TTO 400 (TIER2 - AAoAk) 630 540 4600 0.000 0.921 0.959 0.983 0.991 0.994 0.995 0.995 0.995 0.994 0.994 0.993 0.993 0.992 0.991 0.991 0.996 0.995 0.994 TTO 1600 (TIER1 - AoAk) TTO 1600 (TIER2 - AAoAk) TTO 400/ (TIER1 - AoBk) TTO 400 (TIER2 - AAoAk) 0.993 0.992 0.991 0.990 0.989 0.988 0.987 0.986 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 Umiarkowana lub znaczna redukcja strat 10% redukcja strat jałowych (generalnie dla całego zakresu) Około 15% redukcja strat obciążeniowych dla wyższych mocy (od 1250 kva) Około 30% redukcja strat obciążeniowych dla niższych mocy (do 1000 kva) 7

Transformatory olejowe Zakres wyższy (od 1250 kva) Umiarkowana redukcja strat Dla 1600 kva (obciążenie 50%) redukcja strat 5.43 MWh / rok Dla 1600 kva (obciążenie 80%) redukcja strat 12.26 MWh / rok Redukcja strat wiązać się będzie ze zwiększonym zapotrzebowaniem na materiały konstrukcyjne. W transformatorach aluminiowych wzrost ten będzie bardziej zauważalny. Przykładowo 10% redukcja strat jałowych i 15% redukcja strat obciążeniowych wymagać będzie ~15% wzrostu zapotrzebowania na materiał rdzenia i około 30% (dla miedzi) lub 45% (dla aluminium) wzrostu zapotrzebowania na materiał nawojowy (na przykładzie transformatora 1600 kva) Możliwe będzie zaprojektowanie i wykonanie transformatorów z tych samych materiałów magnetycznych, jak obecne transformatory (lub nieznacznie lepszych) 8

Transformatory olejowe Zakres niższy (do 1000 kva) Wymagana redukcja strat Dla 630 kva (obciążenie 50%) redukcja strat 4.69 MWh / rok Dla 630 kva (obciążenie 80%) redukcja strat 11.18 MWh / rok Dla mniejszych transformatorów, przy tak znacznej redukcji strat, będzie uzasadnione użycie lepszych gatunków blachy elektrotechnicznej; pozostawienie gatunku dotychczasowego będzie prowadziło do znacznego przewymiarowania konstrukcji, zwłaszcza odczuwalnego pod względem masy Przykładowo 10% redukcja strat jałowych i 30% redukcja strat obciążeniowych wymagać będzie od ~25% do ~50% większej konsumpcji blachy elektrotechnicznej oraz od 70% do 100% większej ilości materiału nawojowego (dla uzwojeń miedzianych); dla uzwojeń aluminiowych wzrost konsumpcji blachy elektrotechnicznej szacowany jest na 50% do 65%, przy zwiększonym zapotrzebowaniu na aluminium rzędu 40% do 90% 9

Transformatory uziemiające Formalnie nie jest wymagana redukcja strat Mimo tego firma TRAFTA prowadzi działania by poziom strat dla transformatorów uziemiających zredukować Zwykle transformatory te posiadają oprócz uzwojenia kompensacyjnego również uzwojenie potrzeb własnych (standardowo 100 lub 160 kva) Z uwagi na różne potrzeby kompensacyjne moce kompensacji wahają się od około 50 kva do ponad 3500 kva Wielkość transformatora uziemiającego scharakteryzowana jest przez moc średnią S = Sn + ½ Sc; Sn moc potrzeb własnych; Sc moc kompensacyjna długotrwała Typowym poziomem strat jałowych jest poziom Co lub gorszy (w odniesieniu do mocy średniej) W nowoczesnych wykonaniach poziom ten może być zbliżony do Ao Z uwagi na fakt, że moc kompensacji zwykle jest znacznie większa niż moc potrzeb własnych możliwe jest wykonanie transformatora o poziomie strat Ak lub lepszym (w odniesieniu do mocy potrzeb własnych) Dla transformatorów uziemiających o niskich stratach jałowych jest uzasadnione użycie lepszych gatunków blachy elektrotechnicznej niż standardowa 130-30S 10

Dławiki kompensacyjne Nie podlegają obligatoryjnym poziomom strat Z uwagi na charakter pracy dla dławików podawane są zwykle straty łączne Dławiki takie również mogą posiadać uzwojenie potrzeb własnych (standardowo od 100 do 1000 kva) Z uwagi na różne potrzeby kompensacyjne moce kompensacji wahają się od około 25 kva do 4000 kva Moc kompensacji może być regulowana zaczepowo Typowym poziomem strat jest około 1% mocy pozornej urządzenia Trafta posiada opracowane projekty dla których straty wahają się w przedziale 0.5% - 0.8% Stosunkowo niski poziom hałasu dzięki odpowiedniej konstrukcji części aktywnej i mechanicznej 11

Dławiki zwarciowe Nie podlegają obligatoryjnym poziomom strat Dławiki bezrdzeniowe scharakteryzowane są przez straty obciążeniowe Typowym poziomem strat jest około 1-2% mocy pozornej urządzenia, gdzie moc pozorna rozumiana jest jako S = 3 I n U n U z% ; Stosunkowo niski poziom hałasu dzięki odpowiednio zwartej konstrukcji mechanicznej 12

Podsumowanie Drugi etap ekodyrektywy przyniesie wymierne korzyści podczas eksploatacji transformatorów i jednocześnie zmniejszy negatywny wpływ energetyki na środowisko Z uwagi na niższe straty łączne nie powinno być problemów z nadmierną emisją ciepła wewnątrz stacji transformatorowych Z uwagi na mniejszą ilość generowanego ciepła płaszcz falisty (lub radiatory) transformatorów olejowych będą mogły być mniejsze stąd gabaryty transformatorów olejowych nie powinny wzrosnąć Masa transformatorów może wzrosnąć, co powinno być uwzględnione przez producentów stacji 13

Podsumowanie Dla transformatorów suchych i dla wyższego zakresu transformatorów rozdzielczych olejowych możliwe będzie pozostanie przy dotychczasowych materiałach magnetycznych przy nieznacznie zwiększonym zapotrzebowaniu na materiały Dla niższego zakresu transformatorów rozdzielczych olejowych konieczne będzie zastosowanie gatunków lepszych niż dotychczasowe; oczekiwanym poziomem stratności powinno być 0.60 0.65 W/kg, tak by osiągnąć wymagany poziom strat przy racjonalnych poziomach gęstości prądu i indukcji Dla innych wyrobów nieobjętych wymogiem ekodyrektywy również jest możliwa redukcja strat co wpłynie na ekonomikę eksploatacji takich urządzeń 14

Dziękujęmy za uwagę i zapraszamy do współpracy