干式變壓器帶給用戶的優(yōu)點(diǎn)

　　F級，H級（180℃）直至R級（220℃）變壓器中的耐高溫絕緣材料具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)將與許多應(yīng)用一道予以討論。

　　當(dāng)用戶計(jì)劃購買變壓器時(shí)，將選擇能提供他們需要的最佳方案的供應(yīng)商。這通常包括一個(gè)以最優(yōu)價(jià)格提供的具有所要求的電性能規(guī)格，環(huán)境和防火等級的可靠變壓器。用戶通常不規(guī)定絕緣系統(tǒng)，因?yàn)榻^緣系統(tǒng)被視為設(shè)備的一個(gè)完整部分，制造商將用它來生產(chǎn)用戶所需要的最佳產(chǎn)品。然而，今天的用戶要獲得自己所需要的最適當(dāng)?shù)淖儔浩鳎蛻?yīng)了解所有可供選擇的方案，它們的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以及這些方案在工作時(shí)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一個(gè)越來越重要的要求是，設(shè)備在各種不同的環(huán)境條件下和在常常超過指定的正常設(shè)計(jì)條件的溫度下工作的能力。最常見的問題是（有時(shí)預(yù)計(jì)不到的）過負(fù)荷和較高的環(huán)境溫度條件，例如包括印度在內(nèi)的許多亞洲國家中所出現(xiàn)的情況。制造商現(xiàn)在已獲得耐高溫的材料，例如芳族聚酰胺，磁漆，樹脂和清漆，可以生產(chǎn)在工作溫度下具有高可靠性的絕緣系統(tǒng)。如果我們假定變壓器具有一個(gè)基于如芳族聚酰胺紙（它具有220℃的熱指數(shù)）之級的材料的絕緣系統(tǒng)，這樣就允許系統(tǒng)在高達(dá)220℃的熱點(diǎn)溫度下運(yùn)行。這種變壓器能夠在40℃的環(huán)境溫度和30℃的熱點(diǎn)之差以150 K的平均溫升連續(xù)運(yùn)行。在較高的環(huán)境條件下，許多本地標(biāo)準(zhǔn)需要使用50℃作為環(huán)境溫度。因此，140℃的溫升以及30℃的熱點(diǎn)之差可用于這些系統(tǒng)。由于絕緣系統(tǒng)的耐高溫能力和與相同容量的低溫額定變壓器相比在冷卻空間上的減少，它的重量更小，且更為緊湊。事實(shí)上，每提高一個(gè)耐熱等級這種變壓器的尺寸就可以減少約10%至15%。例如，R級（220℃）等級的500 kVA變壓器可比H級（180℃）變壓器小15%，可比F級（155℃）變壓器小30%。

　　然而，即使在許多情況下能獲得最大尺寸并減少重量可獲得一定的好處，常用的解決方案也是在F級或H級下運(yùn)行的變壓器采用R 220 C級絕緣系統(tǒng)。這種選擇可以使用戶具有非常緊湊的設(shè)備，這種設(shè)備可提供極大的使用靈活性，包括較高的超負(fù)荷能力，較低的能量損耗，以及在世界各地所帶來的許多實(shí)際利益。這種變壓器在高負(fù)荷增長和極端環(huán)境氣候條件地區(qū)尤為有益。

經(jīng)濟(jì)考慮

　　對于購買常規(guī)油浸式變壓器或熱容量較低的變壓器例如B級或F級澆注樹脂變壓器而言，變壓器的尺寸一般基于用戶為確保絕緣系統(tǒng)的可靠性和適當(dāng)壽命而預(yù)測的最大負(fù)荷。這是因?yàn)檫@些變壓器是用不能承受設(shè)計(jì)溫度熱點(diǎn)以上的溫度的材料加以絕緣的。由于平均負(fù)荷往往比最大負(fù)荷低得多，所以這種變壓器超過了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并且比所需要的要大得多。利用R級絕緣系統(tǒng)的概念用戶現(xiàn)在可以購買基于平均預(yù)測負(fù)荷的小型變壓器，因此成本比基于最大預(yù)測負(fù)荷的大型變壓器更低廉。通過使用芳族聚酰胺絕緣系統(tǒng)，這種變壓器能夠耐受相當(dāng)大的超負(fù)荷或溫度峰值，而不會(huì)顯著降低使用壽命。用戶在安裝后預(yù)測5年或10年內(nèi)所需容量的大幅增加時(shí)，如工廠擴(kuò)建，或大型購物中心等，也可以采用這種相同的方法。購買滿足初始容量要求且能在此后超負(fù)荷的變壓器，可以顯著地節(jié)省費(fèi)用并可以妥當(dāng)?shù)厥垢郊油顿Y推遲到將來使用。讓我們來分析一下表1中所示出的數(shù)據(jù)。

表1：不同負(fù)荷的變壓器的經(jīng)濟(jì)評價(jià)

方案號　　　　　　　1 　　　2 　　　3　　　 4

絕緣材料的耐熱等級　　F　　 　C　　　　F　　　　C

第一個(gè)10年期
負(fù)荷(kVA)　　　　　　350 　　350　　 350　 　350

第二個(gè)10年期
負(fù)荷 (kVA) 　　　　　350 　　350　　 650 　　650

變壓器容量
容量 (kVA) 　　　　　500 　　500 　　500　　 500
溫升 (K)　　　　　　 100 　　100　　 100　　 100

第一期成本（綜合）
初始成本 　　　　　　100 　　104 　　100 　　104
鐵芯損耗 　　　　　　100　　 100 　　100　　 100
繞組損耗 　　　　　　40　　　40　　　40　　　40

本期合計(jì) 　　　　　　240 　　44　　　240 　　244

第二期成本（綜合）

初始成本 　　　　　　--- 　　--- 　　100 　　---
鐵芯損耗 　　　　　　100　　 100 　　200 　　100
繞組損耗 　　　　　　40 　　　40 　　74　　　134

本期合計(jì)　　　　　　 140　　 140　　 374 　　234

20年的總成本　　　　 380 　　384　　 614 　　458
　　
　　 該例假定兩臺變壓器的溫升為100 K，一臺采用F級絕緣系統(tǒng)（方案1），而另一臺采用220 C絕緣系統(tǒng)（方案2）。它們在二十年期間均以相同的負(fù)荷運(yùn)行。以相對單位表示的最終成本大致相同。初始成本僅略高了一些（4%）。但是，如果我們現(xiàn)在假定十年后負(fù)荷已增加到需要更大功率的程度，則分析結(jié)果將會(huì)大為改觀。

　 　在第一種方案中，將需要另一臺F級變壓器（方案3），而在第二種方案中，原來的H級變壓器可以耐受超負(fù)荷而不會(huì)引起問題（方案4），這樣便可在20年的使用期內(nèi)顯著地節(jié)省費(fèi)用。這種方案對能耗成本可能是主要考慮因素的場合尤為有益，因?yàn)樵谛枰徺I第二臺變壓器的方案中（方案3）鐵芯損耗將會(huì)增加一倍。與此相反，盡管方案4的繞組損耗有所增加，但這些損耗是相對總負(fù)荷而言的，并可以通過在平均峰荷期間和非峰荷時(shí)間內(nèi)的電流平方予以降低。

　　 除了這些優(yōu)點(diǎn)外，還應(yīng)當(dāng)記住，在其熱指數(shù)以下的溫度上工作的變壓器中采用耐高溫芳族聚酰胺絕緣材料將會(huì)顯著增加設(shè)備的使用壽命。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，在熱指數(shù)下每降低10℃溫度就會(huì)使材料的壽命增加一倍。因此，具有220 C級材料的F級變壓器的預(yù)期壽命將比采用155 C熱指數(shù)工作在180℃下的材料的等效變壓器增加15倍。

　　 第五種方案可以描述為采用平均繞組溫度為125℃的變壓器。這種變壓器可以較低的初始成本（方案1的83%）生產(chǎn)出來，并且仍具有較方案1為357和較方案2為483的非常經(jīng)濟(jì)的總成本。這種變壓器也更緊湊，尺寸和重量減少約15%。

能量損耗

　　當(dāng)用戶考慮變壓器中的能量損耗時(shí)，他們會(huì)以電流的平方和總電阻的比（因此稱為I2R損耗）來計(jì)算激勵(lì)時(shí)磁芯的總損耗（空載損耗）和導(dǎo)體中的電流引起的那些損耗。通常，在額定負(fù)荷下比較這些負(fù)荷是為了在最差方案中提供變壓器的相對比較基準(zhǔn)。但是，這樣可能提供一種不夠合理的觀點(diǎn)，因?yàn)樗赡芤愿o湊的尺寸和更高的耐高溫能力使設(shè)計(jì)變得比較困難。當(dāng)人們比較兩個(gè)不同耐熱等級的單位時(shí)，他們應(yīng)當(dāng)確定在什么負(fù)荷下兩種比較才會(huì)相同。如果這一負(fù)荷在變壓器的平均預(yù)測負(fù)荷之上，則購買小型變壓器可能更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榇判緭p耗是恒定的，并且每天24小時(shí)始終都存在著。磁芯損耗的估計(jì)成本一般比銅損耗高3至5倍。因此，在小型變壓器中，磁芯損耗僅占總損耗的很小一部分。
　　表2示出了B級和H級變壓器的比較結(jié)果，并采用了每瓦特空載損耗4.00美元和每瓦特負(fù)載損耗1.00美元的典型損耗估算比。表中數(shù)據(jù)基于1000 KvA/10 kV的單位額定初級電壓。我們可以看出，交叉點(diǎn)是在負(fù)載系數(shù)約為82%時(shí)。因此，當(dāng)負(fù)載低于額定負(fù)載的82%時(shí)，H級變壓器的損耗成本就會(huì)顯著降低，這主要是因?yàn)榇判炯坝嘘P(guān)的損耗較少的緣故。負(fù)載系數(shù)可定義為實(shí)際平均負(fù)載與額定負(fù)載的百分比。

表2. 總損耗成本的比較（基準(zhǔn)：1000 kVA）


負(fù)載 　　　　損耗成本 (US $)　　　　　 損耗比
系數(shù) 　　 B級 　　F級 　　H級　　　H::F 　　H::B

0.2　　　 12056 　10626 　　8970　　　0.84　　　0.74

0.4 　　　12826 　11664 　　10320 　　0.88 　　 0.80

0.6 　　　14108　 13394 　　12570 　　0.94 　　 0.89

0.8 　　　15902 　15816 　　15720 　　0.99　　　0.99

1.0 　　　18210 　18930　　 19770 　　1.04　　　1.09

　　在F級和H級變壓器之間也進(jìn)行了相似的比較。在這種方案中，節(jié)省82%以下的負(fù)荷雖略低了一些，但H級較F級變壓器在總負(fù)荷上的增加量要稍低于B級變壓器。