Transformer DOE Tiêu chuẩn hiệu quả: Tổng quan toàn diện

Các tiêu chuẩn hiệu quả DOE cho máy biến áp là một bộ quy định xác định mức hiệu quả năng lượng tối thiểu chấp nhận được cho các loại máy biến áp khác nhau được bán ở Hoa Kỳ. Các tiêu chuẩn này được thiết kế để đảm bảo rằng các máy biến áp trên thị trường đáp ứng một mức hiệu suất năng lượng nhất định, do đó làm giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của lưới điện.

Các tiêu chuẩn bao gồm một loạt các máy biến áp, bao gồm một pha - và ba - các máy biến áp phân phối pha, cũng như các máy biến áp nguồn nhất định. Chúng chỉ định các giá trị tối đa cho phép cho tổn thất lõi và tổn thất tải, tùy thuộc vào lớp điện áp, công suất và loại của máy biến áp (như dầu - được ngâm hoặc khô - loại). Chẳng hạn, ba - pha 10 - biến áp phân phối KV có công suất cụ thể sẽ có giới hạn tối đa cho các giới hạn lõi và tải trọng của nó theo tiêu chuẩn DOE. Tuân thủ các tiêu chuẩn này là bắt buộc đối với các nhà sản xuất muốn bán máy biến áp tại thị trường Hoa Kỳ.

 

Ⅴ. Nguồn gốc của tiêu chuẩn hiệu quả DOE

Sự phát triển của các tiêu chuẩn hiệu quả DOE cho máy biến áp có thể được truy nguyên từ nhận thức ngày càng tăng về nhu cầu bảo tồn năng lượng và tác động của thiết bị điện đối với môi trường. Cuộc khủng hoảng năng lượng của những năm 1970 là một chất xúc tác đáng kể, làm nổi bật tính dễ bị tổn thương của Hoa Kỳ đối với tình trạng thiếu năng lượng và nhu cầu sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Theo thời gian, khi những lo ngại về biến đổi khí hậu tăng lên, đã có một sự nhấn mạnh gia tăng trong việc giảm lượng khí thải nhà kính liên quan đến sản xuất và tiêu thụ năng lượng.

DOE, với tư cách là cơ quan liên bang chịu trách nhiệm về chính sách và nghiên cứu năng lượng tại Hoa Kỳ, đã chủ động phát triển các tiêu chuẩn hiệu quả cho các sản phẩm điện khác nhau, bao gồm cả Transformers. Các tiêu chuẩn này được xây dựng thông qua một quy trình toàn diện liên quan đến đầu vào từ các chuyên gia trong ngành, các nhà nghiên cứu năng lượng và các nhóm môi trường. Mục đích là để đạt được sự cân bằng giữa việc thúc đẩy hiệu quả năng lượng và đảm bảo sự sẵn có liên tục của đáng tin cậy và chi phí - thiết bị điện hiệu quả. Các tiêu chuẩn đã được cập nhật định kỳ để theo kịp các tiến bộ công nghệ trong thiết kế và sản xuất máy biến áp, cũng như để tăng cường hơn nữa tiết kiệm năng lượng.

 

Tiêu chuẩn hiệu quả của VI.DOE cho Transformers

Thấp - điện áp khô - Transformer phân phối loại.

Đơn - pha				Ba - pha
KVA	2007 Hiệu quả (%)	2016 Hiệu quả (%)	Sự thay đổi %	KVA	2007 Hiệu quả (%)	2016 Hiệu quả (%)	Sự thay đổi %
15	97.7	97.70	0.00%	15	97.0	97.89	0.92%
25	98.0	98.00	0.00%	30	97.5	98.23	0.75%
37.5	98.2	98.20	0.00%	45	97.7	98.40	0.72%
50	98.3	98.30	0.00%	75	98.0	98.60	0.61%
75	98.5	98.50	0.00%	112.5	98.2	98.74	0.55%
100	98.6	98.60	0.00%	150	98.3	98.83	0.54%
167	98.7	98.70	0.00%	225	98.5	98.94	0.45%
250	98.8	98.80	0.00%	300	98.6	99.02	0.43%
333	98.9	98.90	0.00%	500	98.7	99.14	0.45%
				750	98.8	99.23	0.44%
				1000	98.9	99.28	0.38%

 

Chất lỏng - Máy biến áp phân phối được ngâm

Đơn - pha				Ba - pha
KVA	2010 Hiệu quả (%)	2016 Hiệu quả (%)	Sự thay đổi %	KVA	2010 Hiệu quả (%)	2016 Hiệu quả (%)	Sự thay đổi %
10	98.62	98.7	0.08%	15	98.36	98.65	0.29%
15	98.76	98.82	0.06%	30	98.62	98.83	0.21%
25	98.91	98.95	0.04%	45	98.76	98.92	0.16%
37.5	99.01	99.05	0.04%	75	98.91	99.03	0.12%
50	99.08	99.11	0.03%	112.5	99.01	99.11	0.10%
75	99.17	99.19	0.02%	150	99.08	99.16	0.08%
100	99.23	99.25	0.02%	225	99.17	99.23	0.06%
167	99.25	99.33	0.08%	300	99.23	99.27	0.04%
250	99.32	99.39	0.07%	500	99.25	99.35	0.10%
333	99.36	99.43	0.07%	750	99.32	99.40	0.08%
500	99.42	99.49	0.07%	1000	99.36	99.43	0.07%
667	99.46	99.52	0.06%	1500	99.42	99.48	0.06%
833	99.49	99.55	0.06%	2000	99.46	99.51	0.05%
				2500	99.49	99.53	0.04%

 

Medium - điện áp khô - loại máy biến áp phân phối

Hiệu quả năm 2010 (%)
Đơn - pha				Ba - pha
KVA	Bil			KVA	Bil
	20-45kv	46-95kv	Lớn hơn hoặc bằng 96kV		20-45kv	46-95kv	Lớn hơn hoặc bằng 96kV
	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)		Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)
15	98.1	97.86		15	97.50	97.18
25	98.33	98.12		30	97.90	97.63
37.5	98.49	98.3		45	98.10	97.86
50	98.6	98.42		75	98.33	98.12
75	98.73	98.57	98.53	112.5	98.49	98.30
100	98.82	98.67	98.63	150	98.60	98.42
167	98.96	98.83	98.80	225	98.73	98.57	98.53
250	99.07	98.95	98.91	300	98.82	98.67	98.63
333	99.14	99.03	98.99	500	98.86	98.83	98.80
500	99.22	99.12	99.09	750	99.07	98.95	98.91
667	99.27	99.18	99.15	1000	99.14	99.03	98.99
833	99.31	99.23	99.20	1500	99.22	99.12	99.09
				2000	99.27	99.18	99.15
				2500	99.31	99.23	99.20

 

Hiệu quả năm 2016 (%)
Đơn - pha				Ba - pha
KVA	Bil			KVA	Bil
	20-45kv	46-95kv	Lớn hơn hoặc bằng 96kV		20-45kv	46-95kv	Lớn hơn hoặc bằng 96kV
	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)		Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)	Hiệu quả (%)
15	98.10	97.86		15	97.50	97.18
25	98.33	98.12		30	97.90	97.63
37.5	98.49	98.30		45	98.10	97.86
50	98.60	98.42		75	98.33	98.13
75	98.73	98.57	98.53	112.5	98.52	98.36
100	98.82	98.67	98.63	150	98.65	98.51
167	98.96	98.83	98.80	225	98.82	98.69	98.57
250	99.07	98.95	98.91	300	98.93	98.81	98.69
333	99.14	99.03	98.99	500	99.09	98.99	98.89
500	99.22	99.12	99.09	750	99.21	99.12	99.02
667	99.27	99.18	99.15	1000	99.28	99.20	99.11
833	99.31	99.23	99.20	1500	99.37	99.30	99.21
				2000	99.43	99.36	99.28
				2500	99.47	99.41	99.33

 

Trong khi các tiêu chuẩn hiệu quả DOE áp dụng cho hầu hết các máy biến áp phân phối, một số máy biến áp nhất định - được thiết kế cho các chức năng hoặc kịch bản chuyên dụng - được miễn. Dưới đây là một sự phân hủy được phân loại của các máy biến áp không tuân theo các yêu cầu hiệu quả của DOE, được tổ chức bởi các kịch bản chức năng:

1. Transformers kết nối & bảo vệ đặc biệt

• Tự động chuyển đổi: Sử dụng một cuộn dây duy nhất để chuyển đổi điện áp; Thiết kế kết cấu làm cho các quy tắc hiệu quả tiêu chuẩn không thể áp dụng.
• Máy biến áp nối đất: Được xây dựng để bảo vệ căn cứ hệ thống, ưu tiên an toàn hơn hiệu quả năng lượng chung.
• Điều chỉnh máy biến áp: Yêu cầu điều chỉnh điện áp thường xuyên (phạm vi vòi lớn hơn hoặc bằng 20%); Được thiết kế để điều chỉnh điện áp, không tiết kiệm năng lượng.

2. Công nghiệp - Transformers cụ thể

• Máy biến áp - (Control): Tùy chỉnh cho máy chính xác - Điều khiển công cụ, ưu tiên khả năng tương thích của thiết bị hơn hiệu quả năng lượng.
• Máy biến áp hàn: Được điều chỉnh cho các quy trình hàn (cần ngay lập tức - đầu ra hiện tại); Thiết kế logic khác với các mục tiêu hiệu quả tiêu chuẩn.
• Máy biến áp (cô lập): Phục vụ biến - Các hệ thống ổ đĩa tần số, tập trung vào cách ly điện và ức chế điều hòa - được miễn trừ khỏi các quy tắc hiệu quả chung.

3. Đặc biệt - Cấu trúc & Transformers

• Không - máy biến áp thông gió: Dựa vào làm mát kín/thụ động; Thiết kế ưu tiên thích ứng không gian, không hiệu quả tiêu chuẩn.
• Máy biến áp kín: Full - Cấu trúc kèm theo giới hạn quản lý nhiệt và tối ưu hóa hiệu quả - miễn trừ.
• Đặc biệt - Transformer trở kháng: Được xây dựng cho trở kháng cụ thể - Các kịch bản phù hợp (ví dụ: thiết bị thử nghiệm); Chức năng ưu tiên hơn hiệu quả năng lượng.

4. Power - Chuyển đổi -

• Máy biến áp chỉnh lưu: Bridges AC - sang - DC chuyển đổi, yêu cầu tương thích với các mạch chỉnh lưu - bên ngoài phạm vi hiệu quả tiêu chuẩn.
• Máy biến áp nguồn cung cấp điện không gián đoạn (UPS): Đảm bảo độ tin cậy điện khẩn cấp; ưu tiên khả năng phục hồi hơn hiệu quả bắt buộc.
• Thử nghiệm máy biến áp: Được sử dụng để kiểm tra thiết bị điện (điều chỉnh điện áp/dòng điện linh hoạt); Được thiết kế cho các chức năng kiểm tra, không tiết kiệm năng lượng.

 

Viii. Mối quan hệ giữa chi phí sản xuất và hiệu quả

Có một mối quan hệ phức tạp giữa chi phí sản xuất của máy biến áp và hiệu quả năng lượng của chúng. Nói chung, các máy biến áp hiệu quả - cao hơn đòi hỏi các vật liệu và kỹ thuật sản xuất tiên tiến hơn, có thể làm tăng chi phí sản xuất. Ví dụ, để giảm tổn thất lõi, các nhà sản xuất có thể sử dụng cao - vật liệu từ tính chất lượng như kim loại vô định hình hoặc tốt hơn - Thép silicon lớp. Các vật liệu này thường đắt hơn các vật liệu tiêu chuẩn được sử dụng trong các máy biến áp hiệu quả thấp hơn -.

Hơn nữa, quy trình sản xuất cho các máy biến áp hiệu quả- cao có thể chính xác hơn và thời gian - tiêu thụ. Dung sai chặt chẽ hơn trong xây dựng cuộn dây và vật liệu cách nhiệt tốt hơn thường được yêu cầu để giảm thiểu tổn thất tải. Những yếu tố này đóng góp vào chi phí sản xuất cao hơn. Tuy nhiên, từ quan điểm thuật ngữ - dài, hiệu quả tăng của các máy biến áp này có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể cho người dùng -. Trong tuổi thọ của một máy biến áp, có thể là 20 - 30 năm trở lên, mức tiêu thụ năng lượng giảm có thể bù đắp chi phí mua ban đầu cao hơn.

Các nhà sản xuất phải đối mặt với thách thức tìm kiếm sự cân bằng phù hợp giữa chi phí sản xuất và hiệu quả. Họ cần tạo ra các máy biến áp đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu quả DOE trong khi vẫn cạnh tranh trên thị trường. Điều này có thể liên quan đến nghiên cứu và phát triển liên tục để tìm chi phí - Các cách hiệu quả để cải thiện hiệu quả, chẳng hạn như thông qua các kỹ thuật thiết kế sáng tạo hoặc sử dụng các vật liệu mới, giá cả phải chăng hơn vẫn cung cấp năng lượng tốt -

 

Ix. Những thách thức được đặt ra bởi các thay đổi tiêu chuẩn 2010 - 2016

Khoảng thời gian từ 2010 - 2016 đã chứng kiến ​​những thay đổi đáng kể trong các tiêu chuẩn hiệu quả DOE cho các máy biến áp. Những thay đổi này nhằm mục đích giảm hơn nữa mức tiêu thụ năng lượng và thúc đẩy sử dụng năng lượng bền vững hơn. Tuy nhiên, họ cũng đã đưa ra một số thách thức cho các nhà sản xuất và toàn bộ ngành công nghiệp.

Một trong những thách thức lớn là sự cần thiết của các nhà sản xuất để nhanh chóng điều chỉnh các quy trình sản xuất và thiết kế sản phẩm của họ để đáp ứng các tiêu chuẩn mới, nghiêm ngặt hơn. Điều này đòi hỏi đầu tư đáng kể vào nghiên cứu và phát triển để phát triển các thiết kế máy biến áp mới có thể đáp ứng giới hạn tổn thất giảm. Các dây chuyền sản xuất hiện tại thường phải được sửa đổi hoặc Re - được thiết kế, dẫn đến tăng chi phí trong thuật ngữ ngắn-.

Cũng có một thách thức về quản lý chuỗi cung ứng. Khi các nhà sản xuất chuyển sang sử dụng các vật liệu khác nhau để cải thiện hiệu quả, họ phải đảm bảo nguồn cung cấp ổn định của các vật liệu mới này. Ví dụ: nếu một nhà sản xuất bắt đầu sử dụng một loại vật liệu cốt lõi mới, họ cần tìm các nhà cung cấp đáng tin cậy và đàm phán dài - Hợp đồng thời hạn. Bất kỳ sự gián đoạn nào trong chuỗi cung ứng có thể dẫn đến sự chậm trễ sản xuất và tăng chi phí.

Một thách thức khác liên quan đến hiệu quả của chi phí - của các máy biến áp mới. Mặc dù thời hạn tiết kiệm năng lượng - là rõ ràng, chi phí ban đầu cao hơn của các máy biến áp hiệu quả hơn đã gây khó khăn cho một số khách hàng, đặc biệt là những người có ngân sách hạn chế, để biện minh cho việc mua hàng. Điều này dẫn đến sự chậm lại tiềm năng trong việc áp dụng các máy biến áp mới, hiệu quả hơn trên thị trường, mặc dù môi trường và năng lượng - tiết kiệm lợi ích mà họ cung cấp.