Transformátory s nízkymi stratami: moderné technológie a materiály
Transformátory s nízkymi stratami a energetická efektívnosť sa stali globálnou prioritou. Pozornosť sa sústreďuje najmä na minimalizáciu strát. Každé percento zníženia strát sa premieta do masívnej úspory energie na úrovni celej distribučnej siete, čo má priamy ekonomický a ekologický vplyv. Nižšie straty znamenajú nielen nižšie prevádzkové náklady, ale aj významné zníženie emisií CO2 a menšiu záťaž pre životné prostredie. Tento trend bol formalizovaný aj legislatívne, najmä prostredníctvom prísneho Nariadenia Komisie (EÚ) 2019/1783 (Ekodizajn 2021, Etapa 2), ktoré stanovuje nekompromisné požiadavky na straty transformátorov.
Pochopenie strát transformátora
Straty v transformátore rozdeľujeme na dve hlavné skupiny, ktoré majú rôzne zdroje a vyžadujú si odlišné konštrukčné riešenia.
1. Straty naprázdno (železné straty)
Tieto straty vznikajú v magnetickom jadre transformátora. Sú konštantné a nezávisia od zaťaženia. Transformátor ich spotrebúva vždy, keď je pripojený k sieti, aj keď neodovzdáva žiadny výkon. Hysterézne straty vznikajú neustálou zmenou smeru magnetického poľa (premagnetizovaním) materiálu jadra. Súvisia s kvalitou magnetických plechov a ich stratovými vlastnosťami. Straty vírivými prúdmi vznikajú indukovanými prúdmi priamo v materiáli jadra, ktoré sú generované premenlivým magnetickým tokom. Znižujeme ich rozdelením jadra na tenké izolované plechy (laminovanie).
2. Straty nakrátko (straty vo vinutiach)
Straty nakrátko vznikajú hlavne vo vinutí transformátora (v medi alebo hliníku). Tieto straty priamo súvisia s veľkosťou prúdu, ktorý transformátorom prechádza, a sú preto závislé od zaťaženia. Spôsobuje ich odpor vinutia. S rastúcim zaťažením transformátora sa prúd zvyšuje a straty narastajú s druhou mocninou prúdu.
Inovatívne materiály pre zníženie strát v transformátoroch s nízkymi stratami
Kľúč k radikálnemu zníženiu oboch typov strát spočíva vo výbere a v spracovaní špičkových materiálov. V BEZ TRANSFORMÁTORY používame špičkovú oceľ s orientovanou zrnovou štruktúrou (CRGO), ktorá zabezpečuje ľahké prechádzanie magnetického toku. Tieto jadrá tiež využívajú pokročilú technológiu strihania a skladania plechov, ako je napríklad step-lap, čo minimalizuje prechodné odporové straty v rohoch.
Materiál amorfného kovu má neštruktúrovanú atómovú štruktúru, podobnú sklu. Chýbajúca kryštalická štruktúra znižuje energiu potrebnú na premagnetizovanie materiálu, čo vedie k extrémne nízkym hysteréznym stratám. Transformátory s nízkymi stratami s jadrom z amorfného kovu dokážu redukovať straty naprázdno až o 66 % v porovnaní s bežnou CRGO oceľou, čím prinášajú bezkonkurenčnú efektivitu v pohotovostnom režime. Pri výrobe vinutia používame buď meď, ktorá má extrémne nízky merný odpor, alebo hliník, ktorý ponúka výhodný pomer ceny a výkonu. Kľúčom je použitie vodičov s ideálnym prierezom vzhľadom na pretekaný prúd. Väčší prierez prirodzene znižuje odpor, a tým aj tepelné straty. Optimalizácia prierezu vodičov sa stáva najdôležitejším konštrukčným prvkom v boji proti stratám zaťaženia.
Moderné technológie a konštrukčné riešenia pre transformátory s nízkymi stratami
Nízke straty nie sú len záležitosťou materiálov, ale vyžadujú si aj precízne konštrukčné a výrobné technológie, ktoré zabezpečia optimálne využitie týchto špičkových surovín. Pri výrobe magnetických jadier používame pokročilé strihacie linky s technológiou Step-Lap (stupňovité prekrývanie). Táto metóda zabezpečuje mimoriadne presné spoje lamiel v rohoch jadra, čím minimalizujeme vzduchové medzery a znižujeme lokálne straty vírivými prúdmi a hysterézne straty v miestach ohybu magnetického toku.
Konštrukcia vinutia, najmä pri výkonových transformátoroch, musí minimalizovať bludné straty. Ide o dodatočné straty spôsobené unikajúcim magnetickým tokom, ktorý indukuje prúdy v okolitých kovových častiach transformátora (napr. upínacie rámy). Používame špeciálne tienenie a optimalizujeme priestorové usporiadanie vinutia, aby sme tok usmernili a tieto nežiaduce straty potlačili.
Suché transformátory s nízkymi stratami s liatou izoláciou predstavujú modernú alternatívu k tradičným olejom chladeným transformátorom a prinášajú zásadné výhody v oblasti nízkych strát a bezpečnosti. Namiesto horľavého oleja využívajú epoxidovú živicu (EP) na zalievanie vinutí. Táto živica je ekologická, samozhášavá a znižuje riziko požiaru, čím zvyšuje bezpečnosť prevádzky. Technológia liatej izolácie umožňuje presnejšie umiestnenie vinutí, čím sa minimalizuje vnútorný odpor a zvyšuje sa mechanická stabilita.
Správny odvod tepla je tiež kľúčový. Vyššia prevádzková teplota zvyšuje odpor vinutia, čo priamo vedie k zvýšeniu strát nakrátko. Používame preto efektívne systémy prirodzeného alebo núteného chladenia, ktoré udržujú transformátor v optimálnej prevádzkovej teplote. Zabezpečujeme maximálny prietok chladiaceho média (vzduchu alebo oleja) okolo vinutí a jadra, čím sa dosahuje stabilne nízka teplota a transformátor trvale pracuje v podmienkach najnižších možných strát.
Ekodizajn a budúcnosť transformátorov s nízkymi stratami
Pre spoločnosť BEZ TRANSFORMÁTORY predstavuje splnenie požiadaviek EÚ na Ekodizajn minimálny štandard, nie cieľ. Naše inovácie v materiáloch a konštrukcii zabezpečujú, že naše transformátory s nízkymi stratami nielenže spĺňajú prísne limity pre straty platné od roku 2021 (Etapa 2), ale mnohé z nich ich dokonca prekračujú, čím poskytujeme klientom riešenia pripravené na budúcnosť.
