ELECTRIC, WITH AN EDGE
Este artículo le brinda información detallada sobre la comparación de los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética en EE. UU., Japón y China. Como un importante consumidor de energía en la industria de transformación y transmisión de energía, el potencial de ahorro de energía de la industria de transformadores es enorme. Mejorar el nivel de eficiencia energética de los transformadores es un elemento importante en el ahorro de energía y la reducción de emisiones.
Con el fin de reducir las pérdidas de los transformadores de potencia, muchos países han emitido estándares y políticas de transformadores de distribución de eficiencia energética, como GB20052-2006 y GB24790-2009 emitidos por China, el “Programa de transformadores Energy Star” lanzado por los Estados Unidos en 1998 , la Unión Europea en 2005 implementó el “Programa de Asociación de Promoción de Transformadores de Distribución” en 2005, y Japón comenzó a implementar el “Programa Líder en Eficiencia Energética de Transformadores” en 2006. son GB20052 -2013 y GB24790-2009.
En los Estándares de Transformadores de Distribución de eficiencia energética de varios países, los índices de eficiencia energética de los transformadores varían.
Los Estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de China GB20052-2013 adoptan pérdidas sin carga y pérdidas con carga como indicadores, mientras que los Estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de Japón para transformadores bajo el Programa Líderes adoptan la pérdida total a una determinada tasa de carga.
Estados Unidos utiliza la eficiencia de los transformadores a una determinada tasa de carga.
Aunque los indicadores de eficiencia energética son diferentes, la pérdida sin carga y la pérdida con carga de los transformadores chinos se pueden convertir en la pérdida total de los estándares de transformadores de distribución japoneses y la eficiencia de los Estados Unidos para comparar. Los estándares de transformadores de distribución para pruebas de eficiencia energética de transformadores chinos son GB/T1094.1-2013 y GB/T1094.11-2007.
Pruebas de eficiencia energética de transformadores japoneses Los estándares de transformadores de distribución son JIS C4304-2013 y JIS C4306-2013. Pruebas de eficiencia energética de transformadores estadounidenses Los estándares de transformadores de distribución son NEMA TP2-2005 desarrollados por la Asociación de fabricantes eléctricos.
GB/T1094.1-2013
GB/T1094.11-2007
Frecuencia: 50Hz
Sin pérdida de carga: sin calibración de temperatura.
Pérdida de carga: Generalmente 75°C para transformadores sumergidos en aceite, 100°C para transformadores de tipo seco (Clase B); 120°C (Clase F); 145°C (Clase H)
jis c4304-2013
JIS C4306-2013
Frecuencia: 50/60Hz
Pérdida de carga: C4306-2013
Frecuencia: 50/60Hz
Pérdida de carga: Temperatura de referencia – transformadores sumergidos en aceite 75°C, transformadores tipo seco 95°C (Clase B); 115°C (Clase F); 140°C (Clase H).
Factor de carga: 40 % para capacidad nominal de 500 kVA y menos, 50 % para capacidad nominal de 500 kVA y más.
Pérdida total = pérdida sin carga + (m/100)2 × pérdida con carga
NEMA TP2-2005
IEEE C57.12.00-2015
IEEE C57.12.01-2015
Pérdida sin carga: Temperatura de referencia: 20°C
Pérdida de carga: Temperatura de referencia – transformadores sumergidos en aceite 55°C; transformadores tipo seco 75°C
Factor de carga: 50% para transformadores de distribución tipo seco sumergidos en aceite y de media tensión; 35% para transformadores de distribución tipo seco de baja tensión
Eficiencia: las pérdidas sin carga y con carga se incluyen en la fórmula
E=100×(P×kVA×1 000)/(P×kVA×1 000+NL+LL×P2×T)
JIS C4304-2005 “Transformadores de distribución sumergidos en aceite de 6 kV” y JIS C4306-2005 “Transformadores de distribución de devanado sellado de 6 kV” son estándares japoneses de transformadores de distribución de eficiencia energética para transformadores de distribución.
Los Estándares de Transformadores de Distribución especifican las pérdidas totales de los transformadores de distribución a un cierto factor de carga (40% o 50%).
En la fórmula W, m es el factor de carga de los estándares de transformadores de distribución, 40 % para una capacidad nominal de 500 kVA y menos, y 50 % para una capacidad nominal de 500 kVA y más.
La pérdida de carga es la pérdida de carga (W) a la capacidad nominal bajo la temperatura de referencia.
Temperatura de referencia del transformador sumergido en aceite 75 ℃; temperatura de referencia del transformador de tipo de devanado sellado (tipo seco) de 95 ℃ (clase B); 115 ℃ (clase F); 140 ℃ (clase H). El coeficiente de temperatura es 235 para el cobre; 225 para aluminio.
Capacidad / KVA | Consumo total de transformadores sumergidos en aceite / W | Consumo total de transformadores tipo seco / W |
50 | 306 | 388 |
100 | 481 | 600 |
300 | 986 | 1190 |
500 | 1370 | 1640 |
1000 | 3300 | 3640 |
1500 | 4640 | 4880 |
En 2011, Japón emitió la segunda versión de los valores objetivo de los corredores de transformadores con un año objetivo de 2014. El valor objetivo de las pérdidas totales en los transformadores de distribución debe estar de acuerdo con los siguientes valores calculados.
Capacity / KVA | Total consumption of oil-immersed transformers / W | Total consumption of dry-type transformers / W
|
50 | 252.7 | 314.8 |
100 | 409.4 | 497 |
300 | 879.4 | 1025.2 |
500 | 1254.8 | 1435.6 |
1000 | 2967 | 3236.7 |
1500 | 4118.9 | 4329.7 |
En 2013, Japón emitió los estándares de transformadores de distribución industrial JIS C4304-2013 y JIS C4306-2013, reemplazando los valores objetivo de los estándares de transformadores de distribución de plomo en JIS C4304-2005 y JIS C4306-2005.
Los nuevos Estándares de transformadores de distribución especifican los límites de pérdida total para transformadores de distribución monofásicos de 50 Hz y 60 Hz, 10 kVA～500 kVA de clase 6 kV y transformadores de distribución trifásicos de 50 Hz y 60 Hz, 20 kVA～ 2000 kVA de clase 6 kV.
La pérdida total de los transformadores de distribución sumergidos en aceite no debe exceder el valor límite de JIS C4304-2013, y la pérdida total de los transformadores de distribución de devanado sellado (tipo seco) no debe exceder el valor límite de JISC4306-2013, con una desviación permitida de +10%.
El valor límite de pérdida total de las nuevas Normas de Transformadores de Distribución es básicamente el mismo que el valor objetivo calculado por la fórmula de la segunda edición de las Normas de Transformadores de Distribución líderes.
Los límites de pérdida total de algunos transformadores de distribución trifásicos se muestran en la Tabla 5.
Capacidad / KVA | Consumo total de transformadores sumergidos en aceite / W | Consumo total de transformadores tipo seco / W |
50 | 252 | 314 |
100 | 409 | 497 |
300 | 879 | 1020 |
500 | 1250 | 1430 |
1000 | 2960 | 3230 |
1500 | 4110 | 4320 |
Estados Unidos comenzó temprano en el desarrollo de estándares de eficiencia energética para transformadores de distribución para productos que consumen energía. En 1996, la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) emitió NEMA TP1-1996 “Pautas para determinar la eficiencia energética de los transformadores de distribución”, una Normativa de transformadores de distribución para la eficiencia energética de los transformadores de distribución.
En 1998, NEMA emitió un método de prueba de estándares de transformadores de distribución para el consumo de energía del transformador, NEMA TP2-1998, método de prueba de estándares de transformadores de distribución para medir el consumo de energía de los transformadores de distribución. En 1998, el Departamento de Energía de EE. UU. y la Agencia de Protección Ambiental lanzaron el Programa de Transformadores Energy Star para promover transformadores de distribución de alta eficiencia y baja pérdida.
En 2002, la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos emitió NE-MA TP1-2002. Esto fue seguido por NEMA TP1-2005.
Se aplica a transformadores de distribución monofásicos y trifásicos sumergidos en aceite, de tipo seco, con tensión en el lado primario de 34,5 kV e inferior.
NEMA TP1-2002 expresa el nivel de eficiencia energética de los transformadores en términos de su eficiencia a cierta temperatura y en cierto factor de carga. La fórmula para calcular la eficiencia del transformador en las Normas de Transformadores de Distribución es:
E = (100 × (P × kVA × 1 000))/(P × kVA × 1 000 + NL + LL × P2 × T)
donde P es el factor de carga, 0,5 para transformadores de distribución secos de media tensión y sumergidos en aceite, 0,35 para transformadores de distribución secos de baja tensión; kVA es la capacidad nominal (kVA); NL es la pérdida sin carga (W); LL es la pérdida de carga a la carga nominal (W).
T es el factor de calibración de la temperatura de pérdida de carga, que especifica la temperatura de referencia (55 °C para transformadores sumergidos en aceite y 75 °C para transformadores de tipo seco). Coeficiente de temperatura: 234,5 para cobre y 224,5 para aluminio.
Los Estándares de transformadores de distribución especifican los valores de eficiencia de los transformadores de distribución monofásicos sumergidos en aceite de 10 kVA ~ 833 kVA y los transformadores de distribución trifásicos sumergidos en aceite de 15 kVA ~ 2 500 kVA; especifica los valores de eficiencia de los transformadores de distribución monofásicos de tipo seco de 15 kVA ~ 333 kVA de bajo voltaje (600 V) y los transformadores de distribución trifásicos de tipo seco de 15 kVA ~ 1 000 kVA de bajo voltaje (600 V); valores de eficiencia del transformador de distribución de media tensión monofásico de tipo seco de 15 kVA ~ 833 kVA y transformador de distribución de media tensión trifásico de tipo seco de 15 kVA ~ 2500 kVA.
En 2007, el Departamento de Energía de EE. UU. emitió el documento número EERE-2010-BT-STD-0048 para la eficiencia energética de los transformadores de distribución.
Los Estándares de transformadores de distribución se implementaron el 1 de enero de 2010 y se aplican a los transformadores de distribución monofásicos y trifásicos sumergidos en aceite y de tipo seco.
Los Estándares de transformadores de distribución especifican valores de eficiencia para transformadores de distribución sumergidos en aceite trifásicos de 15 kVA a 2500 kVA, y son los Estándares federales de transformadores de distribución de eficiencia energética para transformadores de distribución sumergidos en aceite implementados desde enero de 2010 hasta enero de 2016.
Los Estándares de Transformadores de Distribución también especifican valores de eficiencia requeridos más altos para transformadores de distribución sumergidos en aceite trifásicos, que se implementarán a partir de enero de 2016.
El 18 de abril de 2013, el Departamento de Energía de los EE. UU. publicó el DOE 201610 CFR Parte 431 parte ii, un Estándar de transformadores de distribución de eficiencia energética de transformadores de distribución (Estándares de transformadores de distribución del DOE) que se implementará en enero de 2016, que adopta una eficiencia mínima para una determinada carga. factor para indicar la eficiencia energética del transformador y es obligatorio.
Los transformadores de distribución sumergidos en aceite son básicamente consistentes con los valores de eficiencia implementados en enero de 2016 en EERE-2010-BT-STD-0048. Algunos de los valores de eficiencia se muestran en las Tablas 6 y 7.
Capacidad / KVA | NEMATP1-2002 | EERE-2010-BT-STD-0048 | DOE 2016 10 CFR Parte 431 parte ii |
45 | 98.6 | 98.76 | 98.92 |
75 | 98.7 | 98.91 | 98.03 |
112.5 | 98.8 | 99.01 | 99.11 |
300 | 99 | 99.23 | 99.27 |
500 | 99.1 | 99.25 | 99.35 |
1000 | 99.2 | 99.36 | 99.43 |
1500 | 99.3 | 99.42 | 99.48 |
2000 | 99.4 | 99.46 | 99.52 |
Capacidad / KVA | NEMATP1-2002 | DOE 2016 10 CFR Parte 431 parte ii |
45 | 97.7 | 98.4 |
75 | 98 | 98.6 |
112.5 | 98.2 | 98.74 |
300 | 98.6 | 99.02 |
500 | 98.7 | 99.14 |
1000 | 98.9 | 99.28 |
Además de los diferentes indicadores de eficiencia energética adoptados por cada país, también existen las siguientes diferencias.
Los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de China para transformadores GB20052-2013 se aplican a transformadores de distribución sumergidos en aceite trifásicos de 10 kV con una capacidad de 30 kVA a 1 600 kVA y transformadores de distribución de tipo seco con una capacidad de 30 kVA a 2 500 kVA sin excitación ni regulación de voltaje .
Los estándares japoneses para transformadores de distribución de eficiencia energética se aplican a transformadores de distribución de tipo seco y sumergidos en aceite de 6 kV monofásicos de 50 Hz y 60 Hz, 10 k VA ~ 500 kVA, transformadores de distribución de tipo seco y sumergidos en aceite de 6 kV trifásicos de 50 Hz y 60 Hz, 20 kVA ~ 2000 kVA, sumergidos en aceite y secos. Transformadores de distribución tipo.
Los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de EE. UU. se aplican a voltajes de 34,5 kV e inferiores, transformadores de distribución monofásicos sumergidos en aceite de 10 kVA ~ 833 kVA, transformadores de distribución trifásicos sumergidos en aceite de 15 kVA ~ 2 transformadores de distribución de 500 kVA, transformadores de distribución monofásicos de tipo seco de 15 kVA ~ 833 kVA , transformadores de distribución trifásicos tipo seco de 15kVA ~ 2 500kVA.
Clase de aislamiento y temperatura de referencia de pérdida de carga de China. Los transformadores sumergidos en aceite son generalmente de 75 ℃; transformadores de tipo seco para 100 ℃ (clase B), 120 ℃ (clase F), 145 ℃ (clase H).
Temperatura de referencia de pérdida de carga de los estándares japoneses de transformadores de distribución: transformadores sumergidos en aceite 75 ℃; Transformadores de devanado sellado (tipo seco) 95 ℃ (clase B), 115 ℃ (clase F), 140 ℃ (clase H).
Normas americanas de transformadores de distribución temperatura de referencia de pérdida sin carga de 20 ℃, temperatura de referencia de pérdida de carga: transformadores sumergidos en aceite para 55 ℃; transformadores de tipo seco para 75 ℃.
La tasa de carga del transformador de China es la carga nominal. Tasa de carga de los estándares de transformadores de distribución de Japón: capacidad nominal de 500 kVA y menos del 40 %, capacidad nominal de 500 kVA o más para el 50 %. Factor de carga de los estándares de transformadores de distribución de EE. UU.: transformadores de distribución de tipo seco sumergidos en aceite y de voltaje medio para el 50 %, transformadores de distribución de tipo seco de bajo voltaje para el 35 %.
GB20052-2013 pérdida sin carga y pérdida con carga en las normas japonesas para transformadores de distribución en la fórmula de pérdida total, convertidas en las normas japonesas para transformadores de distribución en la pérdida total para comparación.
La temperatura de referencia de la pérdida de carga de los transformadores sumergidos en aceite chinos y la temperatura de referencia de la pérdida de carga japonesa son de 75 ℃, por lo que no es necesario convertir la temperatura. El valor de pérdida sin carga y el valor de pérdida con carga en los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética chinos se incluyen en la fórmula para obtener la pérdida total. Los resultados de la comparación de los transformadores sumergidos en aceite se muestran en la Tabla 8.
Las pérdidas sin carga y con carga de los transformadores sumergidos en aceite chinos en todos los niveles de eficiencia energética se convierten en pérdidas totales japonesas, y las pérdidas totales correspondientes al nivel de eficiencia energética 3 son entre un 9,37 % y un 25,84 % más altas que las pérdidas totales japonesas.
Las pérdidas totales correspondientes a la eficiencia energética de algunos transformadores de capacidad en el nivel 2 son inferiores a las pérdidas totales en Japón, y las pérdidas totales correspondientes a la eficiencia energética de algunos transformadores de capacidad en el nivel 2 son un 2,08 %~15,03 % superiores al total pérdidas en Japón.
La pérdida total correspondiente al nivel de eficiencia energética 1 es inferior a la pérdida total en Japón. No hay desviación en los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de China, y la desviación en la eficiencia energética de Japón está permitida en +10%.
Después de considerar la desviación, la eficiencia energética de los transformadores sumergidos en aceite chinos en Clase 2 puede cumplir básicamente con los requisitos de pérdida total de las normas japonesas para transformadores de distribución de eficiencia energética.
La pérdida de carga de los transformadores chinos de tipo seco de clase F (temperatura de referencia 120 ℃) se convierte en la pérdida de carga de la clase F japonesa (temperatura de referencia 115 ℃). Las pérdidas sin carga y con carga se incluyen en la fórmula para obtener las pérdidas totales. La comparación de los transformadores de tipo seco clase F se muestra en la Tabla 9.
Las pérdidas sin carga y con carga de los transformadores chinos de tipo seco en todos los niveles de eficiencia energética se convierten en pérdidas totales japonesas, y las pérdidas totales correspondientes al nivel 3 de eficiencia energética son un 16,84 %~36,21 % más altas que las pérdidas totales japonesas. La pérdida total correspondiente al nivel de eficiencia energética 2 es un 5,85 %~18,87 % superior a la pérdida total en Japón. La pérdida total correspondiente al nivel de eficiencia energética 1 de algunos transformadores de capacidad es un 2,54 % ~7,32 % superior a la pérdida total en Japón.
No se establece ninguna desviación para los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de China, mientras que se permite una desviación de +10 % para los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de Japón. Después de considerar la desviación, el nivel 1 de eficiencia energética del transformador de tipo seco chino puede cumplir básicamente con los requisitos de pérdida total de los estándares japoneses de transformadores de distribución de eficiencia energética. El nivel 3 de eficiencia energética de los transformadores chinos es el nivel básico, que difiere en gran medida de los estándares japoneses para transformadores de distribución de eficiencia energética.
Los valores de pérdida sin carga y pérdida con carga en GB20052-2013 se convierten a la eficiencia en los estándares de transformadores de distribución de EE. UU.
La capacidad del transformador de los estándares de transformadores de distribución en los Estados Unidos es: 15 kVA, 30 kVA, 45 kVA, 75 kVA, 112,5 kVA, 150 kVA, 225 kVA, 300 kVA, 500 kVA, 750 kVA, 1000 kVA, 1500 kVA, 2000 kVA, 2500 kVA.
Capacidad del transformador de China: 30kVA, 50kVA, 63kVA, 80kVA, 100kVA, 125kVA, 160kVA, 200kVA, 250kVA, 315kVA, 400kVA, 500kVA, 630kVA, 800kVA, 1000kVA, 1250kVA, 1600 kVA.
Por lo tanto, en este documento, los valores de eficiencia para la parte estadounidense de la capacidad (50 kVA, 100 kVA, 315 kVA, 1600 kVA) se calculan por interpolación.
Después de la conversión y la comparación, los valores de eficiencia convertidos de los transformadores sumergidos en aceite en GB20052-2013 son más bajos que los valores de eficiencia de los Estándares de transformadores de distribución de EE. UU. Los valores de eficiencia convertidos de algunos valores de pérdida de nivel 1 de eficiencia energética de capacidad china son más altos que los valores de eficiencia de EE. UU., y algunos son más bajos que los valores de eficiencia de EE. UU.
El nivel 3 de eficiencia energética de China es el valor mínimo requerido para la implementación obligatoria de transformadores en China, y existe una cierta brecha entre este y el valor de eficiencia actual de los Estados Unidos.
Después de la conversión y la comparación, los valores de eficiencia convertidos de los transformadores de tipo seco en los estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética actuales de China GB20052-2013 son todos más bajos que los valores de eficiencia de los estándares de transformadores de distribución de EE. UU. Algunos de los valores de eficiencia de capacidad convertidos de los valores de pérdida de nivel 1 y nivel 2 de eficiencia energética de China son más altos que los valores de eficiencia de EE. UU., y algunos son más bajos que los valores de eficiencia de EE. UU. El nivel 3 de eficiencia energética de China es el requisito mínimo obligatorio para los transformadores en China, y existe una cierta brecha entre él y el valor de eficiencia actual de los Estados Unidos, y hay margen de mejora.
Después de la conversión y la comparación, la pérdida total después de la conversión de los límites de pérdida sin carga y pérdida con carga de los transformadores sumergidos en aceite chinos con eficiencia energética de grado 3 es superior a los límites de pérdida total de los estándares japoneses para transformadores de distribución en un 9,37 %~25,84 %.
La pérdida total de los transformadores de tipo seco chinos después de convertir los límites de pérdida sin carga y pérdida con carga de la clase de eficiencia energética 3 es superior al límite de pérdida total de los estándares de transformadores de distribución japoneses en un 16,84 %~36,21 %, y la pérdida total de los transformadores secos Después de convertir los límites de pérdida sin carga y pérdida con carga de la clase de eficiencia energética 2, el límite de pérdida total de las normas japonesas para transformadores de distribución es un 5,85 %~18,87 %.
La pérdida sin carga y la pérdida con carga de los transformadores son proporcionales a la pérdida total, y la pérdida total se puede reducir reduciendo la pérdida sin carga o la pérdida con carga. En la revisión futura de los Estándares de transformadores de distribución de eficiencia energética de transformadores de China, se recomienda considerar la reducción de la pérdida sin carga y la pérdida con carga.
Después de la conversión y la comparación, los valores de eficiencia convertidos de los transformadores sumergidos en aceite chinos de grado 2 y grado 3 son más bajos que los valores de eficiencia de los estándares de transformadores de distribución de EE. UU., hasta un 0,29 %.
Los valores de eficiencia convertidos para los transformadores de tipo seco de Clase 3 son inferiores a los valores de eficiencia de los estándares de transformadores de distribución de EE. UU., hasta un 0,54 %.
Download Resource
Las estaciones de distribución de la red eléctrica de baja tensión desempeñan la función de
Principio del resolver (transformación de la señal） La señal de salida del resolver es una
Fórmula de cálculo de la relación de transformación del transformador La fórmula para calcular la
