UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE ELECTROTEHNICA

CATEDRA DE MASINI, MATERIALE SI ACTIONARI ELECTRICE

 

SESIUNEA CERCURILOR STUDENTESTI

SECTIA E – CONVERSIA ENERGIEI

19 – 20 mai 2000

 

TRANSFORMATOARE ELECTRICE REALIZATE CU MIEZURI DIN OTEL AMORF (TDMA)

 

 

Autor: Marius Setran,anul V,

            Facultatea de Energetica

Conducator stiintific:

 Prof. dr. ing. C. Ghita

 

 

 

 

1. Producerea de metal amorf

    Se obtine dintr-o banda (sau foaie amorfa) racind niste aliaje de fier/bor/siliciu atat de rapid incat metalul feromagnetic nu are timp sa se structureze intr-un mod cristalin in timpul solidificarii. Acest rezultat se obtine prin turnarea metalului, cu un debit constant, pe un cilindru in rotatie rapida, in asa fel incat sa se raceasca in raport de un milion de grade pe secunda. De aici rezulta o banda de 0,025 mm grosime (atat de fina incat sa se realizeze racirea).

Fig. 1 Procesul de producere a metalului amorf

A – cuptor de inductie in care sunt topite materialele de aliere;

B – rezervor creuzet in care este trecut aliajul lichid;

C – retea de turnare alimentata in mod controlat cu aliaj lichid;

D – suprafata rotativa cu foarte mare viteza pe care se proiecteaza jetul continuu de aliaj lichid;

E – banda amorfa cu grosimea de 0,025 mm obtinuta prin solidificarea metalului lichid intr-un interval de timp de ordinul milisecundelor;

F – sistem electronic de masurare si corijare a dimensiunilor benzii;

G – masina de ghidaj care transporta banda pe un mosor;

H – sistem de infasurare continua si ambalare pentru transport.

    Datorita structurii sale moleculare dezordonate, metalul amorf este mai usor magnetizabil, iar curba de magnetizare este mult mai subtire decat cea a tolelor conventionale. Aceasta caracteristica dublata de grosimea redusa sunt elemente ce permit obtinerea pierderilor specifice care nu sunt decat o fractiune din cele observate pentru tipurile de tole traditionale. In general, pierderile in gol rezultate nu reprezinta decat 20¸30% din cele observate la transformatoarele conventionale chiar si de mare putere.

Fig. 2 Curbele de histerezis

    La finele anilor ’80 a fost pusa in functiune prima linie de productie de banda amorfa, la scara industriala, in Conway-SUA. Allied Signal a avut monopol asupra brevetelor pana in anul 1997, dupa care s-a admis ca si japonezii sa se preocupe de de aceste lucruri. Aceasta concurenta va duce la consecinte favorabile:

Ø      scaderea pretului

Ø      cresterea calitatii

Ø      cerere crescuta

 

2. Proprietatiile benzii amorfe

 

Ø      Grosime foarte mica

    Banda de metal amorf are o grosime de 0,025 mm si este taioasa, asezandu-se cate 8 astfel de bucati intr-un pachet.

Ø      Inductie mica de saturatie

    Inductia de saturatie nu depaseste 1,55T fata de 2,04T pentru tola conventionala. Peste 1,35T pierderile specifice cresc liniar si progresiv, de aceea inductia nominala trebuie limitata la 1,35T.

Ø      Factor de umplere redus

    Raportul intre suprafata neta (fier) si suprafata bruta (fier + izolatie) este de numai 0,8 fata de 0,94¸0,96 pentru tolele magnetice conventionale.

    Exista, deci, o pierdere sensibila de spatiu la nivelul inegalitatilor suprafetei, ceea ce inseamna ca, la inductie egala, un miez amorf capata un mai mult volum decat un miez conventional.

Ø      Sensibilitate la socuri

    Unele tensiuni mecanice au tendinta sa ridice pierderile specifice. Acesta este motivul pentru care conceptul partii active trebuie regandit (sa se descarce miezul de presiunea infasurarilor).

Ø      Casant

    Metalul amorf este extrem de dur (de 5 ori mai dur decat tola silicioasa) si foarte fin ceea ce explica ca el de caseaza usor, rezultand cioburi. De aceea el trebuie manevrat cu grija si evitate socurile.

Ø      Magnetostrictiune mai ridicata

    Magnetostrictiunea (alungirea tolei in urma orientarii grauntelor in camp magnetic variabil) este o masura directa pentru nivelul sonor. In prima faza, ea este de 10 ori superioara celei a tolei conventionale, dar dupa arderea in campul magnetic DC, se apropie totusi de magnetostrictiunea CGO-ului.

 

 

Ø      Lipsa izolatiei superficiale

    Nu exista nici o izolatie suplimentara de suprafata pe un singur strat fin de oxidare, ivit spontan in cursul coagularii. Trebuie sa se evite umiditatea si condensarea, acestea putand sa dea usor nastere ruginei de suprafata. Este recomandata purtarea manusilor in cazul oricarei manevre.

 

Tabelul 1

Principalele caracteristici de material ale metalului amorf vis-à-vis de tipurile de tola conventionala frecvent utilizate la transformatoarele de distributie

 

TOLA MAGNETICA CLASICA

METAL AMORF

in general

alte tipuri

M5x – 0,3

LASER–0,23

Grosime

0,18¸0,35 mm

0,3

0,23

0,025

Masa de volum

7,65 kg/dm3

7,18 kg/dm3

Inductia de saturatie

2,04 T

1,56 T

Coeficient de laminare

93,5¸96,6 %

96%

94,8 %

» 82 %

Sensibilitate la tensiuni interne

mai mica

mai mare

Recoacere pentru destindere

 

benefica cu anumite limite

 

lipsa permisa

recoacere sub camp magnetic indispensabila

Pierderi in gol

60 ¸ 120 %

100 %

65 %

25 ¸ 35 %

Acoperire

izolatie cu carlit pe cele 2 laturi

¾

 

 

Fig. 3. Comparatie intre pierderile specifice ale diferitelor tipuri de tole magnetice si cele ale metalului amorf

 

3. Miezuri amorfe

    Banda amorfa nu se poate utiliza decat la miezurile infasurate. Configuratia miezului folosita pentru trifazate amorfe (atat pentru grupele de conexiuni Yy, Dy cat si Yz) este “patru miezuri – cinci coloane.

    Fabricatia miezurilor infasurate din tole fine este o specialitate deosebita. Etapele determinante ale procesului de productie sunt urmatoarele: taierea, formarea si mai ales recoacerea la 390°C in atmosfera de azot si sub camp magnetic constant.

    Miezul amorf este in plus protejat la exterior de un invelis intern si extern din tola CGO si pe marginile laterale este acoperit de un strat gros de lac.

    In scopul rentabilizarii investitiilor facute in linia de productie s-a ajuns la fabri-carea a aproximativ 10000 de miezuri amorfe pe an, Allied construind 2 uzine, una in SUA si cealalta in India. In paralel General Electric si o intreprindere din Taiwan, printre altele, si-au construit propria linie de fabricatie de miezuri amorfe pentru satisfacerea cererii inregistrate pe piata interna. 

 

4. Transformatoare de distributie cu miez amorf (TDMA)

 

    Posibilitatea producerii de metale cu structura metalica amorfa sau necristalina, prin solidificarea rapida a unor aliaje lichide, a fost demonstrata in 1960 la Institutul de Tehnologie din California.

    Pe baza acestei descoperiri, Allied Signal Corporation si Electric Power Institute (EPRI) din SUA au dezvoltat, dupa 1970, tehnologii pentru producere de miezuri de transformator de distributie din metale amorfe, avand la baza otelul. Aceste metale prezinta proprietati mecanice, electrice si magnetice deosebite, cea mai importanta fiind usurinta de a se magnetiza respectiv de a modifica orientarea magnetica, cu o mica cantitate de energie.

    Un exemplu numeric este oferit de datele publicate de Allied Signal Corporation pentru SUA, la nivelul anului 1987: cele aproximativ 40 milioane de transformatoare electrice de distributie inregistreaza pierderi totale de energie electrica de aproximativ 35´109 kWh anual. Daca aceste transformatoare ar avea miezuri din materiale amorfe, pierderea s-ar reduce la 12´109 anual. Cel mai mare transfor-mator cu miez de metal amorf aflat in functiune pana la nivelul anului 1987 era cel produs de firma americana Westinghouse Corporation (500 kVA). Pe acest transformator s-au raportat pierderi totale de ordinul a 200 W, in comparatie cu pierderile de 1000 W inregistrate pe un transformator similar avand ca miez tabla silicioasa conventionala.

    Noua tehnologie performanta denumita “Amorphous Metal Distribution Transformers (AMDT)” s-a dezvoltat rapid, fiind realizate peste 1,5 milioane de transformatoare cu metale amorfe, localizate in principal in SUA, Japonia si in tari in curs de dezvoltare din Asia.

 

4.1. Constructia transformatoarelor de distributie

    Constructia transformatoarelor de distributie echipate cu miezuri amorfe reclama o atentie speciala pentru un anumit numar de elemente, mai ales in ceea ce priveste caracteristicile de material, care sunt prezentate mai jos.

Ø      Forte

    Campurile electromagnetice induc forte intre si in cadrul infasurarilor:

-         forte axiale (date de componenta radiala a campului) care:

§         comprima infasurarile

§         incearca sa le deplaseze pe verticala

-         forte radiale (date de componenta axiala a campului) care comprima infasurarile interioare si le intind pe cele exterioare.

    Fortele axiale, indeosebi cele care induc deplasarea verticala, sunt reduse cu mai mult de o zecime din valoarea lor conventionala.   

    Miezurile amorfe sunt rectangulare. In cadrul unei constructii de sustinere, va trebui, in primul rand, sa se puna infasurarile sub presiune, asa incat ele sa fie, din punct de vedere mecanic mai rigide si sa reziste mai usor la forte. Acest lucru a fost practicat pe parcursul anilor in conceptul ACEC, cu placi grele de presiune.

    In transformatorul amorf, infasurarea de joasa tensiune este bobinata pe un cilindru purtator solid, care preia fortele care ar solicita miezul. Infasurarile de inalta tensiune sunt intinse in fereastra de niste placi de presiune solide.

Fig. 4. Constructia miezului

 

Ø      Miez fixat

    Metalul amorf este sensibil la tensiuni mecanice de strangere, in sensul ca acestea duc la cresterea pierderilor. Este motivul pentru care, miezul ideal nu va fi fi fixat de infasurari, ci va ramane suspendat intre ele, spre deosebire de transforma-toarele clasice care sunt foarte stranse si consolidate. Dat fiind aceast lucru, in cazul TDMA fortele radiale sunt foarte importante.

Ø      Inductie de saturatie redusa

    Inductia nu trebuie sa depaseasca in miez 1,35T, deoarece dupa aceasta valoare pierderile cresc liniar si progresiv.

    Pentru a se ajunge aici, sectiunea trebuie sa fie importanta dar, dat fiind faptul ca metalul amorf este scump, se va recurge mai curand la un raport volt/spira redus (adica mai multe spire). Mai multe spire inseamna si mai mult cupru si o impedanta mai ridicata ceea ce implica conducerea partii active mai sus, pentru a compensa cresterea in impedanta.

Ø      Optimizarea

    Optimizarea TDMA se dovedeste mai putin simpla decat cea a transformatoarelor traditionale, din cauza diferitelor limitari inerente dispunerii miezurilor amorfe.

    Datorita constructiei mai grele a benzilor, la ora actuala nu exista decat 3 latimi de banda, o anumita greutate maxima pe miez si slabe pierderi datorate sarcinii care le insotesc. Materialul conductoarelor este a priori cuprul, pentru a minimaliza dimensiunile, zgomotul si fereastra miezului (si, in consecinta, greutatea si costul miezului).  

    Pentru a obtine puteri superioare se pun mai multe miezuri in paralel. Astfel, pentru transformatoare avand puteri mai mari de 630 kVA se folosesc deja             2´ 4=8 miezuri (dubla rama), ceea ce complica un pic ansamblul.

Ø      Constructie mecanica si accesorii

    In ceea ce priveste constructia echipamentelor, TDMA poate fi construit pentru a satisface cei mai exigenti clienti. Cutiile de borne, ventilatoarele, traversarile speciale, inaltimea se racord impusa, aparatele de securitate,… pot echipa orice TDMA. La exterior, aceasta nu se traduce printr-o diferenta pronuntata care ar trada “caracterul amorf” al transformatorului.

4.2. Producerea transformatoarelor de distributie cu miez amorf

    Pauwels cumpara aceste miezuri „gata de utilizare” de la Allied. Acestea sunt expediate din SUA si din India. Pentru montarea miezului trifazat se parcurg urma-toarele etape:

  1. Despachetarea miezurilor. Miezul soseste ambalat si el va fi despachetat cu multa precautie. Ele trebuie plasate in planul inferior. Pentru a face acest lucru, aparatele mecanice de ridicare sau electromagnetii speciali conceputi constituie uneltele cele mai potrivite. 
  2. Combinarea celor 4 circuite pentru obtinerea unui miez cu 5 coloane. Conce-perea optimala se constituie din doua miezuri largi si doua inguste. In limitele seriilor mici de productie, se poate proiecta utilizarea a patru miezuri largi identice, avand in vedere standardizarea.
  3. Deschiderea miezului. Sunt necesari doi operatori pentru a garanta o pozitie verticala coloanelor deschise. Se aduce izolatia intre miez si bobina de joasa tensiune.
  4. Montarea infasurarilor (bobinate pe cilindrii solizi) pe cele trei coloane.
  5. Adaugarea de ecrane intre faze si constructia de consolidare care trebuie sa asigure forma rectangulara a bobinelor chiar si in cazul scurtcircuitului.
  6. Inchiderea miezului. Sunt necesari tot doi operatori, totul fiind pus la punct pentru a antrena cat mai putine stricaciuni cu putinta.
  7. Miezul se acopera cu materiale izolante (carton) pentru a fi protejat impotriva deteriorarilor mecanice (metalul amorf se fragmenteaza usor).
  8. Partea activa (miez + bobine) este pregatita pentru asamblarea finala care urmeaza calea de montaj clasica.

 

4.3. Influenta conceptului TDMA asupra caracteristicilor transformatoarelor

Ø      Zgomot

    Zgomotul este mai mare decat la cele obisnuite, ceea ce a facut ca introducerea TDMA in Europa sa fie intarziata. Totusi faptul ca miezul este suspendat contribuie la un nivel satisfacator al zgomotului. Micsorarea zgomotului este subiectul cerceta-rilor actuale, singura solutie constand in reducerea inductiei, dar acest lucru duce la cresterea considerabila a pretului.

Ø      Incalzire

    Incalzirea constituie rar o problema a acestor transformatoare datorita pierderilor reduse din miez. Cuvele sunt echipate cu intarituri elastice care rezista la presiuni $interne de functionare. In cea mai mare parte presiunea este factor determinant, de aceea se procedeaza la reducerea suprafetei de racire. Din punct de vedere termic TDMA prezinta o longevitate mai mare decat a transformatoarelor conventionale.

Ø      Dimensiuni si greutati

    |inand cont de caracteristicile de material si de conceptia sus mentionata, si comparativ cu transformatoarele obisnuite, TDMA poate fi:

-         la fel de inalt

-         la fel de larg

-         mai lung

-         de un volum si o greutate cu 20¸40 % mai mare decat transformatoarele clasice

    Datorita cuvei variabile pentru orice dimensiuni, este posibila satisfacerea oricaror exigente impuse de client. Pentru ilustrare se prezinta exemplul unui transformator de 400 kVA avand:

L ´ l ´ H = 1230 ´  840 ´ 1460 mm                 TDMA = 1530 ´ 840 ´ 1520 mm

     Masa totala = 1610 Kg                                     TDMA = 2200 Kg

Ø      Imbatranirea

    Chiar daca TDMA pare a fi o veritabila inovatie in Europa, el este deja in exploa-tare in SUA si Japonia din anul 1982. Actualmente, numarul de TDMA in folosinta depaseste 100000 de unitati (monofazice in cea mai mare parte). Acesta nu numai ca au dovedit o excelenta fiabilitate, dar si-au pastrat, in aceeasi masura pierderile minore pe parcursul anilor de functiune. In Europa, TDMA trebuie inca sa-si pri-measca „titlul de noblete”. Un prim pas, circumspect, a fost facut, in sensul unei colectari de date din propria experienta, gratie, printre altele, unei prime serii de incercari de 10 unitati pentru Electrabel.

Ø      Comportarea la scurtcircuit

Spre deosebire de SUA, Europa acorda o importanta deosebita comportarii transfor-matoarelor la scurtcircuit, impunandu-se lucrari complete in materie de scurtcircuit, si asta in ciuda pretului destul de ridicat al acestora. Datorita intensitatilor reduse in infasurari si dispozitivelor destinate sa permita rezistenta la forte considerabile, este efectiv posibila construirea unui TDMA rezistent.

Ø      Marea variabilitate a caracteristicilor

    Sensibilitatea materialului si procesul de productie mai curand complex antre-neaza o variabilitate destul de mare a caracteristicilor in gol ale miezurilor pe care ni le furnizeaza Allied.

    Primele serii de transformatoare trifazice vor trebui sa confirme in ce masura aceste caracteristici se vor armoniza in conceptia cu patru miezuri, pentru a ajunge la o medie in cazul seriei, cu o marja de fluctuatie standard acceptabila.

 

5. Comparatie economica intre transformatoarele de distributie cu miez magnetic conventional si TDMA

 

    In cele ce urmeaza se va prezenta o comparatie economica intre transforma-toarele de distributie cu miez magnetic conventional si din metal amorf, din punct de vedere metodologic si aplicativ la unitati 20/0,4 kV de 250 kVA si respectiv 650 kVA.    In prima etapa este prevazuta construirea a 3 transformatoare cu miez din metal amorf 20/0,4 kV de 250 kVA (2 bucati) si de 650 kVA (1 bucata) care se vor monta experimental la FRE Constanta si respectiv FRE Cluj.

    Pe viitor, achizitionarea transformatoarelor de distributie se va face prin licitatie publica utilizandu-se, pentru compararea economica a ofertelor, metodologia continuta in nota tehnica de mai jos.

 

 

 

  5.1. Consideratii generale

    Prezenta nota tehnica are drept scop stabilirea unei metodologii si realizarea unui calcul preliminar de comparare a transformatoarelor de distributie de MT/0,4 kV cu miez conventional si din metal amorf, respectiv stabilirea oportunitatii dotarii sistemului de distributie cu noile tipuri de transformatoare la care se folosesc metale amorfe. Aceste noi tipuri de transformatoare prezinta pierderi de mers in gol (in fier) de circa (3¸6) ori mai mici decat cele conventionale, dar si un pret cu circa (30¸50)% mai mare.

 

    5.2. Criterii de comparare

    Criteriile de comparare a celor doua tipuri de transformatoare mentionate (conventionale si cu metale amorfe) sunt:

Ø      cheltuieli totale actualizate (CTA) minime;

Ø      durata de recuperare (t), a diferentei de cost initial prin reducerea pierderilor, mai mica de 8 ani.

    Aceste criterii de comparare mentionate sunt in concordanta cu cele practicate de multe firme straine (de ex. Allied Signal Amorphous Metals-USA, Iberdrola-Spania s.a)

    5.3. Date initiale

Tabelul 4.1.

 

Datele transformatoarelor

 

U.M.

Transformator

conventional (c)

amorf (a)

Cost initial

$

Cc

Ca

Pierderi de mers in gol

kW

Woc

Woa

Pierderi in scurtcircuit

kW

Wkc

Wka

 

    5.4. Variante analizate

 

    Compararea transformatoarelor a fost analizata in 4 variante (A,B,C,D) deosebite intre ele dupa:

·        nivelul la care se face optimizarea costurilor si anume:

Ø      nivel CONEL, in care se tine seama si de costul kW pierdere ce trebuie instalat in centralele CONEL;

Ø      nivelul GTDEE, in care se tine seama si de costul kW pierdere ce trebuie instalat in centralele.

    Cele 4 variante sunt:

Tabelul 4.2.

Varianta

Nivel de optimizare

Valoarea ratei de interes (r) in %

A

CONEL

10

B

CONEL

 8

C

GTDEE

10

D

GTDEE

 8

 

 

    5.5. Calculul cheltuielilor totale actualizate (CTA)

 

       a) Formule, notatii

    CTAc = Cc + Woc × Co + Wkc × Ck    -  pentru transformatoare conventionale

    CTAa = Ca + Woa × Co + Wka × Ck   -  pentru transformatoare cu metale amorfe

in care:

-         Co – costul, pe durata de studiu, datorat unui kW pierderi in gol;

-         Ck – costul, pe durata de studiu, datorat unui kW pierderi in scurtcircuit;

-         Cc/Ca – cost initial transformator conventional / amorf;

-         Woc/Woa – pierderi de mers in gol la transformator conventional / amorf;

-         Wkc/Wka - pierderi in scurtcircuit la transformator conventional / amorf;

Valorile Co si Ck se determina cu formulele:

 

              Co = 1,2Cw + y × to × Ce            si             Ck = 1,2Cw + y × tk × Ce  

in care:

Ø      Cw – costul unui kW pierdere ce trebuie instalat intr-o centrala CONEL

Ø      Cw = 1000 $/kW in varianta A si B

Ø      Cw = 0 in varianta C si D (nu se iau in considerare)

Ø      Ce – costul unui kWh de pierderi (Ce = 0,05 $/kWh)

Ø      1,2 – coeficient ce tine seama de necesitatea instalarii suplimentare aunei rezerve de putere (de 20 %) in centrala electrica

Ø      to – durata de conectare anuala a transformatorului (to=8760 h/an)

Ø      th – durata de pierderi (pentru un coeficient mediu de incarcare Ku=0,4 corespunde o durata de utilizare a puterii maxime de circa 3750 h/an respectiv o durata de pierderi tk=2000 h/an)

Ø     
y = factor de capitalizare

     

    unde:  r - rata de interes

                    r = 0,1 in varianta A si C

                     r = 0,08 in varianta B si D

               t - durata de studiu (de amortizare); t = 20 ani.

 

       b)  Rezultate

    Cu formulele de mai sus, rezulta:

Tabelul 4.3.

Varianta

Factorul y

Costul kW pierdere

Co   ($/kW)

Ck    ($/kW)

A

8,51

4930

2050

B

9,82

5500

2180

C

8,51

3730

850

D

8,82

4300

980

 

(Nota: Raportul costurilor kW pierdere in gol si sarcina, Co/Ck, variaza, la variantele studiate, intre 2,4 si 4,4)

 

5.6. Calculul duratei de recuperare (TR)

 

    Durata de recuperare (tr) corespunde momentului egalitatii cheltuielilor totale actualizate (CTAc=CTAa), respectiv:

 

            Cc + Woc×(1,2Cw + y×to×Ce) + Wkc×(1,2Cw + y×tk×Ce) =

         = Ca + Woa×(1,2Cw + y×to×Ce) + Wka×(1,2Cw + y×tk×Ce)


 


   Valoarea factorului de capitalizare (y) va fi:

 

    Valoarea duratei de recuperare (tr) rezulta din formula factorului de capitalizare si anume:


                                       

5.7. Exemplu de calcul 1

    Exemplul de calcul 1 are la baza urmatoarele date, furnizate de Electroputere S.A.-Divizia Transformatoare de Putere, pentru un transformator 250 kVA, 20/0,4 kV  clasic si unul ce urmeaza a fi realizat la fabrica cu miez din tabla amorfa:

 

 

Tabel 4.4.

 

Date transformator

 

U.M

Transformator

conventional (c)

amorf (a)

Costul initial

$

Cc=3500

Ca=4500

Pierderi in gol

kW

Woc=0,65

Woa=0,12

Pierderi in scurtcircuit

kW

Wkc=3,25

Wka=3,25

 

    In afara datelor de mai sus, se mai utilizeaza si cele mentionate la punctul 5.5. si anume:

Tabelul 4.5.

 

Varianta

Co

Ck

Cw

Ce

to

tk

r

$/kW

$/kW

$/kW

$/kWh

h/an

h/an

-

A

4930

2050

1000

0,05

8760

2000

0,01

B

5500

2180

1000

0,05

8760

2000

0,08

C

3730

850

0

0,05

8760

2000

0,1

D

4300

980

0

0,05

8760

2000

0,08

    Cu toate aceste date, rezulta urmatoarele date finale:

Tabelul 4.6.

 

Varinta

Cheltuieli totale actualizate (%)

> (CTAa/CTAc)

%

 

Factorul y

Durata de

recuperare tr (ani)

CTAc

CTAa

1

2

3

4

5

6

A

13,367

11,754

88

1,568

1,8

B

14,160

12,245

86,5

1,568

1,7

C

8,687

7,710

88,8

4,308

5,9

D

9,480

8,201

86,5

4,308

5,5

 

5.8. Concluzii :

    a) Utilizarea transformatorului de 250 kVA, 20/0,4 kV cu miez magnetic din metale amorfe, din exemplul prezentat la punctul 5.7, este justificata in toate variantele analizate, in raport cu transformatoarele conventionale, intrucat:

Ø      prezinta CTA mai reduse (sub 89% din CTA la transformatoarele clasice –tabelul 4.6, coloana 4);

Ø      durata de recuperare a costurilor initiale, mai ridicate la transformatoarele amorfe (cu circa 30% ) – prin reducerea pierderilor de mers in gol (de circa 5,4 ori), se situeaza sub valoare de 8 ani, fiind sub 2 ani la varianta A si B si sub 6 ani la varianta C si D; diferenta sensibila intre valorile duratei de recuperare (tr) la variantele A,B fata de variantele C,D se explica prin ponderea costului puterii considerate ca se instaleaza in centralele electrice pentru compensarea pierderilor suplimentare ale  transformatoarelor clasice si care diminueaza sensibil diferenta de cost initial a transformatoarelor (numaratorul expresiei factorului de capitalizare y de la punctul 5.6.).

    b) Se recomanda ca alte comparatii cu transformatoare clasice si amorfe sa fie  facute potrivit variantei de calcul C sau D, care se considera, pentru aceasta etapa, ca fiind cele rationale din urmatoarele motive:

Ø      in prezent nu se pune problema unui deficit de putere disponibila in centralele electrice CONEL;

Ø      metodologiile straine (de exemplu Iberdrola – Spania) nu iau in considerare aspectul teoretic al echivalarii de putere a solutiilor.

    c)  In cadrul prezentei metodologii nu a fost cuantificat efectul favorabil al reducerii pierderilor de energie, in cazul noii tehnologii, asupra mediului inconjurator.

 

5.9. Exemplu de calcul 2

    Exemplul de calcul 2 are la baza date furnizate de Electroputere S.A., pentru un transformator de 630 kVA, 20/0,4 kV clasic si un transformator de 630 kVA,  20/0,4kV ce urmeaza a fi realizat la fabrica cu miez din tabla amorfa:

A. Date initiale

 

Date TRAFO

 

U.M

Transformator

Raport

conventional - amorf

Conventional (c)

Amorf (a)

Cost initial (c)

$

4240

6683

1 : 1,6

Pierderi in gol (Wo)

kW

1,3

0,27

5 : 1

Pierderi in scurtcircuit (Wk)

kW

6,5

6,5

1 : 1

 

    B. Alte date

 

 

Varianta

Co

Ck

Ce

to

tk

$/kW

$/kW

$/kW

h/an

h/an

C (r = 0,1)

3730

850

0,05

8760

2000

D (r = 0,08)

4300

9800

0,05

8760

2000

 

 
C. Date finale

 

 

Varianta

Chetuieli totale actualizate ($)

CTAc/CTAa

%

 

Factorul y

Durata de recupe- rare  tr  (ani)

CTAc

CTAa

C

14,14,614

13,215

0,90

5,42

8,2

D

16,200

14,210

0,88

5,42

7,4

 

    D. Concluzii :

 

    Datorita diferentei mari de cost initial (de circa 60%), utilizarea transformatorului cu miez amorf este partial justificata, durata de recuperare a acestui cost in varianta C (de 8,2 ani) depasind valoarea normala (de 8 ani).

6. Concluzii finale:

    Utilizarea care evalueaza pierderile la justa lor valoare vor gasi in TDMA o solutie de inlocuire interesanta. Pretul reprezinta, poate, 130 pana la 160% din cel al unui transformator clasic, dar nu este mai putin adevarat ca pierderile in gol sunt aproximativ de patru ori mai mici. Pe baza recentelor preturi de cost, TDMA-ul ar trebui sa ofere un avantaj economic net, plecand de la o capitalizare a pierderilor in gol de 200 BEF/W si mai mult (capitalizarea pierderilor datorate sarcinii are o mai mica importanta).

    In viitor, vor aparea totusi urmatoarele elemente:

 

7. Bibliografie

1.      Wagner,C.N.Y.,Solids,nr. 31,1978.

  1. Narasimhan, U.S. Patent, 1979.
  2. Gibbs, D., Physics World, 1994.
  3. Squire, P.R., Atkinson, D., Gibbs, M.R.J., Atalay, S., J.M.M.M., nr. 132, 1994
  4. Chiriac, H., Hristoforou, E., Neagu, M., Darie, I., Romanian Reports in Physics, 1995.
  5. Pauwels, 1995.
  6. CONEL, GTDEE, Buletin informativ, nr. 34.,trim. IV, 1995.

8.   ICPE, Electrotehnica - prezent si perspective, 1995.

Return