Wstęp
We współczesnych systemach elektroenergetycznych transformatory pełnią rolę regulatorów świata elektrycznego, wspierając stabilną pracę sieci elektroenergetycznej. Niezależnie od tego, czy są to typowe typy przydrożne, czy gigantyczne jednostki w podstacjach, ich podstawowe struktury mają wspólną logikę zakorzenioną w materiałoznawstwie. Dzisiaj porozmawiamy o tych niezbędnych materiałach w transformatorach.
Rdzeń
W najważniejszym elemencie transformatora-rdzeń-wykorzystuje się prawie wyłącznie blachy ze stali krzemowej. Materiał ten jest daleki od zwykłej stali. Opiera się na standardowej stali z dodatkiem 2-5% krzemu i poddawana jest specjalnym procesom walcowania i wyżarzania.
Dlaczego stal krzemowa?
-Dodatek krzemu znacznie zmniejsza straty żelaza (straty histerezy i prądów wirowych).
Stal krzemowa o zorientowanym na ziarno -ziarnie- zapewnia doskonałą przenikalność magnetyczną w kierunku walcowania.
-Powłoka izolująca powierzchnię zapobiega zwarciom międzywarstwowym, jednocześnie wytrzymując wysokie temperatury wyżarzania.
Co ciekawe, sposób laminowania rdzenia odzwierciedla również poziom wiedzy produkcyjnej. Obecnie-główna technika układania warstw-krokowo, pozwala na uzyskanie bardziej ciągłej ścieżki magnetycznej, redukując-straty bez obciążenia o 10-15% w porównaniu z tradycyjnymi metodami nakładania na styk.
Meandrowy
Wybór materiału na uzwojenie jest w istocie konkurencją pomiędzy miedzią i aluminium, przy czym każdy materiał ma swoje specyficzne obszary zastosowania.
Uzwojenia miedziane pozostają preferowanym wyborem-w przypadku transformatorów o wysokiej wydajności:
-Przewodność wynosi około 58 MS/m, co skutkuje mniejszą objętością uzwojenia przy tej samej wydajności.
-Wysoka wytrzymałość mechaniczna pozwala wytrzymać większe-siły elektromagnetyczne zwarciowe.
-Dojrzała technologia wspólnego przetwarzania zapewnia niezawodność działania potwierdzoną przez sto lat użytkowania.
Uzwojenia aluminiowe mają zalety w-zastosowaniach wrażliwych na koszty:
-Cena wynosi zwykle tylko-jedną trzecią do-połowy ceny miedzi.
-Mniejsza gęstość zmniejsza całkowitą masę transformatora o 20–30%.
-Ostatnie postępy w technologii stopów aluminium rozwiązały problemy związane z pełzaniem i połączeniami.
System izolacji
Ewolucja materiałów izolacyjnych odzwierciedla postęp technologii transformatorów.
Stałe materiały izolacyjne rozwinęły się w kompletny system
-Płyta izolacyjna służy jako główna konstrukcja izolacyjna.
-Papier aramidowy Nomex® jest używany-w wysokich temperaturach (klasa H i wyższa).
-Płyty z włókna szklanego epoksydowego są wykorzystywane do mechanicznych elementów nośnych.
Wybór płynnych mediów izolacyjnych odzwierciedla mądrość adaptacyjną opartą na lokalnych warunkach
-Nadal dominującym olejem mineralnym jest ponad 75% udziału w rynku światowym.
-Naturalne estry (oleje roślinne) charakteryzują się szybkim wzrostem w regionach o rygorystycznych wymaganiach środowiskowych.
-Olej silikonowy i płyny fluorowane są stosowane w specjalistycznych-zastosowaniach ognioodpornych.
Izolacja transformatorów-suchych wykazuje tendencję do dywersyfikacji
-Technologia odlewania żywicy epoksydowej jest już dojrzała i zapewnia doskonałą odporność na wilgoć.
Impregnacja -próżniowo-ciśnieniowa (VPI) z chłodzeniem-struktury otwartej zapewnia lepsze odprowadzanie ciepła.
-Przyjazne dla środowiska, pół{1}}opracowane w ostatnich latach materiały izolacyjne równoważą wydajność i możliwość recyklingu.
Elementy konstrukcyjne
Te niepozorne elementy konstrukcyjne faktycznie skrywają wiele zawiłości:
Materiał na zbiorniki oleju ewoluował od zwykłej stali węglowej do stali odpornej na warunki atmosferyczne. Obecnie w coraz większej liczbie transformatorów stosuje się konstrukcje okładzin ze stali nierdzewnej, szczególnie w obszarach przybrzeżnych i silnie zanieczyszczonych.
Mały, ale istotny szczegół:-powłoka antykorozyjna wewnątrz zbiorników oleju jest obecnie wykonana głównie z farby pół{1}}przewodzącej. Nie służy to wyłącznie estetyce-, ale służy równomiernemu rozprowadzeniu pola elektrycznego w zbiorniku, zapobiegając w ten sposób częściowemu wyładowaniu.
Zmiany napędzane trendami środowiskowymi
Biodegradowalny olej izolacyjny
Napięcie przebicia olejów izolacyjnych-na bazie roślin, takich jak olej sojowy i olej rzepakowy, przekracza obecnie 60 kV/2,5 mm.
Pasywacja-bez chromu
W powlekaniu blach ze stali krzemowej odchodzi się od-chromianów na rzecz przyjaznych dla środowiska rozwiązań opartych na fosforanach-.
Materiały odnawialne
Preszpan izolacyjny-wzmocniony włóknem bambusowym wszedł w fazę próbnego zastosowania.
Stal nisko-węglowa
Stal produkowana przy użyciu technologii krótkiego-procesu w elektrycznym piecu łukowym zmniejsza swój ślad węglowy o 40%.
Wybór
Wybierając materiały transformatorowe, inżynierowie zasadniczo rozwiązują równanie wieloczynnikowe: w którym koszt początkowy, straty operacyjne, oczekiwania dotyczące żywotności, wymagania konserwacyjne i względy środowiskowe służą jako zmienne. Na przykład:
Centra danych
Centra danych mogą wybierać transformatory na olej na bazie estrów naturalnych, których cena jest o 30% wyższa, ceniąc ich ognioodporność na poziomie K4-.
morskie farmy wiatrowe
Transformatory do morskich farm wiatrowych będą miały ulepszone-konstrukcje antykorozyjne, nawet przy wzroście kosztów o 15%.
ośrodków miejskich
Transformatory rozdzielcze w ośrodkach miejskich preferują konstrukcje typu-suchego, które pomimo nieco niższej sprawności eliminują ryzyko wycieku oleju.
Wniosek
Następnym razem, gdy zobaczysz transformator na ulicy, być może spojrzysz na niego z większym zrozumieniem.-W tym pudełku kryje się stulecie mądrości naukowców zajmujących się materiałami i inżynierów elektryków. Od izolacji asfaltowej z czasów Edisona po dzisiejsze nanokompozytowe materiały izolacyjne, każda ewolucja materiałów transformatorowych zapewnia delikatną równowagę pomiędzy bezpieczeństwem, wydajnością i kosztami.
Jak będą wyglądać przyszłe materiały na transformatory? Nadprzewodniki wysokotemperaturowe-poczyniły już przełomy w laboratoriach, a liczba patentów na papier izolacyjny-wzmocniony grafenem rośnie z roku na rok. Jednak niezależnie od tego, jak zmieniają się materiały, główny cel pozostaje niezmienny: uczynienie konwersji energii bezpieczniejszą, wydajniejszą i bardziej niezawodną.