Введение в трансформаторы из аморфного сплава

Трансформаторы из аморфного сплава, разработанные в 1970-х годах, представляют собой новый тип силовых трансформаторов, в которых в качестве материала магнитопровода вместо листов электротехнической стали используется аморфный сплав. По сравнению с трансформаторами на сердечниках из электротехнической стали они снижают потери холостого хода примерно на 70–80 % и ток холостого хода примерно на 85 %. В настоящее время такие трансформаторы относятся к самым энергоэффективным распределительным трансформаторам, что делает их идеальными для районов с низкой загрузкой распределительных сетей и высокими требованиями пожарной безопасности, например сельских электросетей, высотных зданий, торговых центров, метро, аэропортов, вокзалов, промышленных и горнодобывающих предприятий и электростанций.

Ленты аморфного сплава

Ленты аморфного сплава производятся путем смешивания таких элементов, как железо, кобальт, углерод, кремний и бор, в определенной пропорции. Эти элементы расплавляются при высокой температуре, а затем быстро охлаждаются с помощью быстро вращающегося колеса со скоростью охлаждения 10°C/с. Такое быстрое охлаждение не позволяет металлу образовать выраженные границы кристаллической решетки, в результате чего формируется неупорядоченная аморфная структура.

Образование аморфных сплавов

Как правило, при затвердевании металлов или сплавов из жидкого состояния атомы переходят от неупорядоченного расположения в жидкой фазе к упорядоченному расположению в твердой фазе, образуя кристаллическую структуру.

Однако если скорость охлаждения чрезвычайно высока, у атомов не остается времени выстроиться упорядоченно, и они "замораживаются" на месте, что приводит к неупорядоченному расположению атомов, подобному жидкому состоянию, — такое вещество называется аморфным сплавом.

Для образования аморфной структуры чистым металлам требуется чрезвычайно высокая скорость охлаждения. Из-за существующих технологических ограничений достичь столь высоких скоростей охлаждения в реальном производстве сложно, поэтому получить аморфную структуру из чистых металлов затруднительно.

Для получения аморфных металлов металлы обычно смешивают с другими веществами. Сплав образуется при объединении материалов с разными размерами и свойствами атомов. Температура плавления таких сплавов значительно ниже, чем у чистых металлов, и при охлаждении они с большей вероятностью образуют аморфную структуру.

Аморфный сплав, используемый в магнитопроводах трансформаторов, представляет собой железоосновный аморфный сплав, затвердевающий в ленту со скоростью охлаждения один миллион градусов в секунду; толщина ленты составляет всего 0,03 мм.

Преимущества трансформаторов из аморфного сплава

Энергоэффективность

Благодаря применению сердечников из аморфного сплава и инновационной технологии трехфазного трехстержневого изготовления потери в магнитопроводе значительно снижены, а потери холостого хода составляют примерно 25 % от потерь обычных сухих трансформаторов.

Хотя первоначальные вложения в сердечники из аморфного сплава выше, исключительно высокий КПД и энергосберегающие характеристики трансформаторов из аморфного сплава позволяют окупить дополнительные вложения за 3–5 лет при средней загрузке 60 %. За 30-летний срок службы трансформатора достигается значительная экономия затрат на электроэнергию.

Надежность

Изоляция класса H (рабочая температура 180°C): высокая термостойкость;

Долговечность: выдерживает суровые условия хранения и транспортировки;

Стабильные характеристики: способность к нормальной работе в неблагоприятных условиях (включая климатические и географические факторы); возможность длительной работы при нагрузке 120 %;

Стойкость к коротким замыканиям: отличная стойкость к токам короткого замыкания;

Без обслуживания: при нормальной эксплуатации трансформатор практически не требует технического обслуживания.

Безопасность

Негорючесть: трансформатор не воспламеняется, устойчив к огню, при работе не взрывается и не выделяет вредных газов;

Нечувствительность к температуре, пыли и загрязнениям: меньшее влияние факторов окружающей среды;

Отсутствие растрескивания: со временем на трансформаторе не образуются трещины;

Экологическая безопасность и безопасность для человека: безопасен для окружающей среды и здоровья человека при эксплуатации, не оказывает вредного воздействия на другое оборудование.

Экологические преимущества

Экологичность: изделие не вызывает загрязнения окружающей среды при производстве, транспортировке, хранении и эксплуатации;

Пригодность к переработке: катушка может быть переработана по окончании срока службы, что позволяет повторно использовать ресурсы без вреда для окружающей среды;

Низкий уровень шума: инновационная конструкция сердечника и передовые производственные процессы обеспечивают уровень шума аморфных трансформаторов на 4–5 дБ ниже действующего национального стандарта.

Сухой аморфный трансформатор SCRBH15-2000 на 2000 кВА при загрузке 60 % позволяет экономить примерно 24 000 кВт·ч электроэнергии в год. При тарифе 1 юань за кВт·ч это соответствует годовой экономии 24 000 юаней. В настоящее время рыночная цена изделия SCB10-2000 составляет около 450 000 юаней, тогда как сухой аморфный трансформатор стоит около 550 000 юаней, то есть примерно на 20 % дороже. Однако снижение эксплуатационных расходов за пять лет компенсирует более высокую первоначальную стоимость покупки.