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配电变压器的节能及其法规(1) |
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| 配电变压器的节能及其法规(1) |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 20:19:50  |
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1引言
配电变压器是全部受配电设备中发挥着重要作用，并且是应用历史较长的器件之一。变压器发明100多年以来，其基本原理没有改变。但随时代的进步和科学技术的发展，配电变压器所用材料、结构设计、可靠性等都有质的进步与改善，特别是低损耗和小型化等方面的业绩尤为突出。
上世纪80年代前，对配电变压器的节能要求不高，但对变压器减轻重量和压缩体积的要求，推动了变压器铁心和线圈的小型化，其结果同时带来了节能的好处。但在此后出现了石油危机和地球变暖现象，于是节能被提上了重要地位，人们开始了降低变压器损耗的新技术、新材料和新结构的研制。在降低变压器损耗的研发过程中，发现其铁心材料（电磁钢板）起着极其重要的作用。为降低铁心的损耗，根据晶粒取向电磁钢带的磁性能，设计了多种带绕式铁心并完善了绕制技术，使铁心损耗不断减小。现在的变压器损耗比30年前已大幅度下降，因此，只有不断更新产品才能不断推进节能技术与材料的发展。
近年来，地球环境恶化的情况越来越严重，世界各国举行了通过防止地球气侯变暖框架条约的国际会议，拟订了《京都议定书》。为了减少CO2气体排放量和环境变暖，采取了多种多样的节能措施。在此背景下，世界各地的用户采用各种电气产品和设备时，就更倾向于节能产品。
根据用户对节能产品的需求，变压器的设计制造技术标准也不断向低损耗方向推进。1981年，在日本制定了比JIS标准规定的损耗还要低的《配电用6KV低损耗浸油变压器特性基准值JEM1392》，并于1999年修订的JIS中体现出来了。其后，2000年拟定了损耗更低的《配电用的6KV高效率油浸变压器的特性准值》（JEM1474）。同年又对模制变压器制定了《配电用6KV高效率模制变压器特性基准值（IME1475）》。
为了减少CO2气体排放，作为节能的措施是使耗能设备的能量利用效率达到节能基准值，合理地节约能源关系到对法律（节能法）所尽义务。
对于汽车、空调器、电冰箱等家用电器设备，历来要求其节能。但在工业设备中，最早要求节能的是高压配电变压器，随着市场竞争的激烈和节能的要求，同时受法律的约束，目前也必须推行节能变压器。
2配电变压器列入节能设备
2001年1月，“综合资源能源调查会节能基准部会”确定高压受配电用变压器为节能电器；2003年4月1日经修订的“节能法实施令”实施，进入法律化管理。
2.1关于节能设备
节能法第十七条规定了用于消耗能源的设备，其制造商和采购商都必须努力提高耗能设备节能性能。
因为高压受配电用变压器满足节能法第十八条规定的下列条件，故属于要求节能的特种设备：
a.是被大量使用的设备
变压器是所需要电力的地方之必要设备，高压受配电用的变压器处于电力传输系统的末端位置，连接二次侧的负载，因此属于大量使用的设备。
b.达到一定的当量能源消耗
高压受配电变压器的效率一般为96～98%（高效率变压器则超过99%）。与其它电气设备比较是效率非常高的，但为使所有要求的电力通过，其损耗率为2~4%将作为当量能耗。
c.提高节能特性的特殊设备
配电变压器在使用20～30年时即应该更新。目前的变压器与30年前的变压器比较，其所使用的铁心材料，制造工艺技术，产品结构特性都有了很大提高，尤其是损耗很小。更新的变压器应是标准规格的节能变压器。
为了提高整个系统的节能特性，必须采用这种节能特种设备。
2.2节能设备的范围
高压受配电用变压器是已指定的节能设备，但一些特殊用途的变压器除外。有关节能法令所规定的节能机器范围如表1所示。
2.3制造商的判定基准
有关提高高压变压器能源利用效率的特性之具体内容于2003年4月1日施行的“变压器性能提高以后制造商的判断基准”已作了规定。这个判断基准规定了基准能源利用效率，年度目标等，以及变压器制造商或采购商在目标年度制造节能变压器所应尽的义务。
a.基本能源利用效率
提高变压器效率的目标值是其基本能耗率。在目标年度中，制造厂商一年中出厂的产品能耗由出厂的台数能耗率加权平均值得出，厂商不能超出基准能耗率，这是应尽的义务。
如配电用变压器JIS标准和配电用高效变压器JEM标准所规定的那样，通常的变压器特性基准值是规定在无负载状态下和100%负载状态下的效率。但是，变压器的基准能耗率与目前的变压器能耗特性的规定是不相同的。以下是规定的全损耗负荷率：
①容量在500kVA以下，负荷率40%。
②容量超过500kVA，负荷率50%。
该负荷率是来自日本电机工业会社对所实施的负荷率调查结果。
基准能耗率（单位，W）按表2所列计算式，规定了变压器的种类、容量（单位，KVA）、相数及各种频率。表2所列的基准能耗率是标准样品的基准值，而标准样品的基准值是乘以下列系数得到的：
①油浸变压器：1.10
②模制变压器：1.05
所谓标准样品就是满足表1所列出的标准规格的产品。
这种标准能耗率是以现有产品的最佳特性决定的。满足这种标准的变压器被称为顶级变压器。
b.目标年度设立
目标年度的设定以下列3点要求考虑，设定了目标要尽可能早日达到。
①节能化技术开发期
②设计变更及生产准备的时间
③产品与材料、备件的在库处理及更新的目标为：
▲油浸式变压器：2006年度（从2006年4月产品出厂开始）
▲模制变压器：2007年度（从2007年4月出厂的产品开始）。
通常，模制变压器的金属模的制造与更新等的生产准备时间较长，故应该与油浸式变压器所设定的目标年度有所不同。
2.4能耗率标准
规定的基准能耗率的标准是以顶级变压器的标准按JEM标准制定的。
a.油浸变压器（JEM1482）：对应于节能设备的高压受配电用油浸式变压器能耗率的基准值（2003年1月制定）；
b.模制变压器（JEM1483）：对应于节能设备的高压受配电用模制变压器的能耗率的基准值（2003年1月制定)；
上述的JEM分为两类，均以标准产品作为第一种变压器和第二种变压器。
同时，在JIS标准中的油浸变压器和模制变压器预定于2005年4月改为顶级变压器，即：
▲油浸变压器（JIS4304）：2005年4月改定。
▲模制变压器（JIS4306）：2005年 4月改定。
同时，现行的高效变压器特性基准值，即JEM标准（油浸式变压器，2006年，模制变压器，2007年）均将废止。
2.5行业制定的基准
根据2003年4月1日施行的《企业或行业能源利用合理化的行业判定基准》，要求促进、普及顶级变压器的节能。在此过程中，需要按照《提高变压器性能有关制造行业的判定标准》所规定的能耗率为目标，对高效变压器加以研究。并以高效率变压器为目标作为年度节能目标的标准。
3绿色采购法
日本国对环境保护产品已制定了“绿色采购法”。按照绿色采购法，企业法人与地方公共团体均有促进供应环保绿色产品的义务。
为了有计划地系统综合推广环保绿色产品，日本也制定了环保产品推广办法、方针，其中有推广的基本方向和重点，也确定了列入推广的环保产品的名称。2004年3月16日，日本政府追加了新的节能产品目录，其中包括了可以满足基准能耗率的变压器。由此，节能型顶级变压器的普及率必将急剧增加。
4变压器的工作原理
变压器是一种变换电压的设备，从输配电系统到企业、家庭的电气设施都广泛地使用变压器。
电能从发电厂输送到使用能源的工矿企业、办公楼盘和家庭，为实现经济地供电就需要对电压进行变换以输配电，故消费电能的电气设备和装置都需使用变压器。
变压器的结构示意图见图1，由磁心和二个线圈构成，接入电源的称为一次线圈，接至消费能源电器的线圈称为二次线圈。
连接电源侧的一次线圈中的电流使磁心产生磁力线（φ）交互变换及电磁感应作用，使在同一磁心上的二次线圈产生感应电压，所感应的电压大小由一次与二次线圈的匝数比决定。设一次线圈的匝数为n1，二次线圈的匝数为n2，则一次线圈和二次线圈的感应电压相应为V1和V2，那么，它们与匝数间的关系式为：
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