Трансформаторы из аморфного сплава: как они снижают потери холостого хода (и когда их выбирать)
Для распределительных трансформаторов энергия теряется двумя различными путями. Нагрузочные потери (потери в меди) растут и падают вместе с током, который несёт трансформатор, тогда как потери холостого хода (потери в сердечнике или в стали) присутствуют каждый час, пока агрегат находится под напряжением — независимо от того, работает ли он на полную нагрузку или вообще без нагрузки. Поскольку распределительный трансформатор обычно остаётся под напряжением непрерывно в течение десятилетий, потери холостого хода незаметно накапливаются в очень большую величину за срок службы актива. Технология сердечников из аморфного сплава существует именно для того, чтобы атаковать эту величину. В этом руководстве объясняется, как работают аморфные сердечники, как они сравниваются с обычной кремниевой сталью и какие проекты оправдывают такой выбор.
Что делает аморфный сердечник отличным
Сердечники обычных трансформаторов изготавливаются из текстурированной кремнистой стали — кристаллического материала, атомы которого расположены в упорядоченной решётке. Аморфный сплав получают путём чрезвычайно быстрого охлаждения расплавленного сплава на основе железа, поэтому атомы застывают в неупорядоченном, стеклоподобном расположении до того, как успевает сформироваться кристаллическая структура. В результате получается очень тонкая лента с заметно иными магнитными свойствами.
Меньшие потери на гистерезис. Неупорядоченная структура не имеет границ кристаллических зёрен, которые препятствовали бы движению доменных стенок, поэтому при каждом изменении направления магнитного поля рассеивается меньше энергии.
Меньшие потери на вихревые токи. Аморфная лента значительно тоньше пластин кремнистой стали и обладает более высоким удельным электрическим сопротивлением, что подавляет циркулирующие токи в сердечнике.
Непрерывная выгода при включении. Поскольку экономия приходится на составляющую холостого хода, она накапливается 24 часа в сутки независимо от нагрузки — что точно соответствует профилю большинства распределительных трансформаторов.
Компромиссы носят физический, а не электрический характер. Аморфная лента тонкая, твердая и хрупкая, и она насыщается при меньшей плотности магнитного потока, чем кремнистая сталь. Поэтому сердечники должны наматываться и обрабатываться с помощью специального оборудования, и поперечное сечение сердечника обычно больше при той же номинальной мощности. На практике это означает, что аморфный агрегат, как правило, несколько больше, тяжелее и дороже по первоначальной стоимости, чем эквивалентная конструкция из кремнистой стали.
Аморфный сплав против кремнистой стали: краткий обзор
| Характерный | Сердечник из аморфного сплава | Сердечник из текстурированной кремнистой стали |
|---|---|---|
| Потери холостого хода (в сердечнике) | Значительно ниже | Выше |
| Потери нагрузки (в обмотках) | Сопоставимо — определяется конструкцией обмоток | Сопоставимо — определяется конструкцией обмоток |
| Плотность потока насыщения | Ниже | Выше |
| Размер и вес сердечника | Больше / тяжелее при той же номинальной мощности | Более компактный |
| Первоначальная цена покупки | Выше | Ниже |
| Лучше всего подходит для | Непрерывно питаемая, низкая или переменная средняя нагрузка | Стабильная работа с высокой нагрузкой, ограниченное пространство или вес |
Когда аморфный имеет коммерческий смысл
Решение является экономическим и зависит от коэффициента загрузки и тарифа на электроэнергию. Чем ниже средняя загрузка и выше тариф на энергию, тем быстрее окупается более высокая закупочная цена за счет снижения потерь холостого хода. Аморфные конструкции обычно стоит оценивать в случаях, когда:
Трансформатор находится под напряжением непрерывно, но загружен легко или с перерывами — сельские фидеры, жилое распределение, дежурное и резервное питание, сезонные или сельскохозяйственные нагрузки.
Тарифы на электроэнергию высоки, или владелец также оплачивает собственные потери трансформатора в течение длительного периода владения.
Покупатель оценивает предложения по совокупной стоимости владения, используя капитализированные коэффициенты потерь (значения A и B), а не только закупочную цену.
Проект ставит цели по энергоэффективности, снижению выбросов углерода или «зеленому» строительству, которые вознаграждают измеримое снижение потерь.
И наоборот, кремнистая сталь часто остаётся лучшим решением для сильно и равномерно нагруженных промышленных трансформаторов, где потери под нагрузкой доминируют в общей сумме, а также для установок с жёсткими ограничениями по площади, высоте или грузоподъёмности крана.
Как правильно оценивать предложения
Сравнение предложений на аморфную и кремнистую сталь только по заявленной цене всегда будет в пользу кремнистой стали и часто окажется неверным решением. Обоснованное сравнение включает несколько шагов:
Попросите каждого участника указать гарантированные потери холостого хода и потери под нагрузкой при заданной мощности и ответвлении, испытанные по соответствующему стандарту.
Примените свою собственную капитализированную стоимость за кВт потерь холостого хода и за кВт потерь под нагрузкой, исходя из местного тарифа, ожидаемого коэффициента нагрузки и периода оценки.
Добавьте оценённую стоимость потерь к закупочной цене, чтобы получить общую оценённую стоимость, и ранжируйте предложения по этому показателю.
Подтвердите механические параметры — габариты, вес и нагрузку на фундамент или платформу — до принятия обязательств, поскольку аморфные агрегаты обычно крупнее.
Проверьте ожидания по шуму и броскам тока с производителем, если установка чувствительна к шуму или параметры защиты жесткие.
Выбор правильного блока для вашего проекта
Аморфные сердечники могут применяться как в жидкостных, так и в закрытых распределительных форматах, и сопутствующие вопросы выбора не меняются: система изоляции, класс охлаждения, корпус и степень защиты, схема ответвлений, а также то, как блок будет интегрирован с вышестоящим и нижестоящим оборудованием. Если ваша установка находится в помещении или в пожароопасной зоне, ознакомьтесь с нашим сухой трансформатордиапазоном; для наружных и коммунальных установок см. наш Масляный трансформатордиапазон. Если трансформатор, коммутация и защита должны поставляться единым комплектом, наши блочные подстанции объединяют их в одном компактном корпусе заводской сборки.
Имея более чем тридцатилетний опыт производства трансформаторов и распределительных устройств для промышленных и энергетических клиентов по всему миру, Jinan Qinghe Electric может помочь вам сравнить ключевые технологии с вашим фактическим профилем нагрузки и тарифом, а не с общими допущениями.Свяжитесь с нашей инженерной командой с вашими номинальными параметрами, напряжениями, ожидаемым коэффициентом нагрузки и ограничениями площадки, и мы подготовим техническое предложение и расчёт потерь для вашего проекта.
