Трансформатори з низькими втратами: сучасні технології та матеріали
Трансформатори з низькими втратами та енергоефективність стали глобальним пріоритетом. Зокрема, основна увага приділяється мінімізації втрат. Кожен відсоток зниження втрат призводить до значної економії енергії на рівні всієї розподільчої мережі, що має прямий економічний та екологічний вплив. Зменшення втрат означає не лише зниження операційних витрат, але й значне скорочення викидів CO 2 і менше навантаження на навколишнє середовище. Ця тенденція також була закріплена на законодавчому рівні, зокрема, через суворий Регламент Комісії (ЄС) 2019/1783 (Екодизайн 2021, Етап 2), який встановлює безкомпромісні вимоги до втрат у трансформаторах.
Розуміння втрат у трансформаторі
Ми поділяємо втрати трансформатора на дві основні групи, які мають різні джерела і вимагають різних проектних рішень.
1. Втрати на холостому ходу (втрати заліза)
Ці втрати відбуваються в магнітопроводі трансформатора. Вони постійні і не залежать від навантаження. Вони споживаються трансформатором щоразу, коли він підключений до мережі, навіть коли він не передає жодної енергії. Гістерезисні втрати викликані постійною зміною напрямку магнітного поля (перемагнічуванням) матеріалу осердя. Вони пов’язані з якістю магнітних листів та їхніми характеристиками втрат. Втрати на вихрові струми обумовлені індукованими струмами безпосередньо в матеріалі сердечника, які генеруються змінним магнітним потоком. Їх можна зменшити, розділивши сердечник на тонкі ізольовані листи (ламінація).
2. Втрати при короткому замиканні (втрати в обмотках)
Втрати при короткому замиканні в основному виникають в обмотці трансформатора ( мідній або алюмінієвій). Ці втрати безпосередньо пов’язані з величиною струму, що протікає через трансформатор, і тому залежать від навантаження. Вони викликані опором обмотки . Зі збільшенням навантаження на трансформатор зростає струм, і втрати збільшуються пропорційно квадрату струму.
Інноваційні матеріали для зменшення втрат у трансформаторах з низькими втратами
Ключ до радикального зменшення обох типів втрат полягає у виборі та обробці високоякісних матеріалів. BEZ TRANSFORMÁTORY ми використовуємо високоякісну сталь із зернисто-орієнтованою структурою (CRGO) , яка забезпечує легке проходження магнітного потоку. У цих осердях також використовується передова технологія різання та фальцювання листового металу, наприклад, ступінчастий нахлест, яка мінімізує перехідні резистивні втрати на кутах.
Аморфний металевий матеріал має неструктуровану атомну структуру, подібну до скла. Відсутність кристалічної структури зменшує енергію, необхідну для перемагнічування матеріалу, що призводить до надзвичайно низьких втрат на гістерезис. Трансформатори з осердям з аморфного металу можуть зменшити втрати холостого ходу на 66% порівняно зі звичайною сталлю CRGO, забезпечуючи неперевершену ефективність у режимі очікування. Для виготовлення обмоток ми використовуємо або мідь, яка має надзвичайно низький питомий опір, або алюміній, який пропонує вигідне співвідношення ціна/якість. Ключовим моментом є використання провідників з ідеальним поперечним перерізом по відношенню до струму, що через них протікає. Більший поперечний переріз, природно, зменшує опір, а отже, і тепловтрати. Оптимізація перерізу провідників стає найважливішим конструктивним елементом у боротьбі з втратами навантаження.
Передові технології та конструктивні рішення для трансформаторів з низькими втратами
Низькі втрати – це не лише питання матеріалів, а й точного проектування та технологій виробництва, що забезпечують оптимальне використання цієї високоякісної сировини. Для виробництва магнітопроводів ми використовуємо сучасні лінії різання з технологією Step-Lap. Цей метод забезпечує надзвичайно точне з’єднання ламелей на кутах осердя, мінімізуючи повітряні зазори та зменшуючи локальні вихрові струми і втрати на гістерезис у точках вигину магнітного потоку.
Конструкція обмотки, особливо для силових трансформаторів, повинна мінімізувати блукаючі втрати. Це додаткові втрати, спричинені витоком магнітного потоку, який індукує струми в навколишніх металевих частинах трансформатора (наприклад, затискних рамах). Ми використовуємо спеціальне екранування та оптимізуємо просторове розташування обмоток, щоб спрямувати потік і придушити ці небажані втрати.
Сухі трансформатори з литою ізоляцією з низькими втратами є сучасною альтернативою традиційним трансформаторам з масляним охолодженням і мають значні переваги в плані низьких втрат і безпеки. Замість легкозаймистої оливи для заливки обмоток використовується епоксидна смола (EP). Ця смола є екологічно чистою, вогнестійкою і знижує ризик виникнення пожежі, тим самим підвищуючи безпеку експлуатації. Технологія литої ізоляції дозволяє більш точно розмістити обмотки, мінімізувати внутрішній опір і підвищити механічну стабільність.
Належне відведення тепла також має ключове значення. Вища робоча температура збільшує опір обмоток, що безпосередньо призводить до збільшення втрат при короткому замиканні. Тому ми використовуємо ефективні системи природного або примусового охолодження, щоб підтримувати оптимальну робочу температуру трансформатора. Ми забезпечуємо максимальний потік охолоджувальної рідини (повітря або масла) навколо обмоток і сердечника, завдяки чому досягається стабільно низька температура і трансформатор стабільно працює в умовах мінімально можливих втрат.
Екодизайн і майбутнє трансформаторів з низькими втратами
Для BEZ TRANSFORMÁTORY відповідність вимогам ЄС щодо екодизайну є мінімальним стандартом, а не метою. Наші інновації в матеріалах і дизайні гарантують, що наші трансформатори з низькими втратами не тільки відповідають суворим обмеженням втрат, що діють з 2021 року (Етап 2), але багато з них навіть перевищують їх, забезпечуючи наших клієнтів рішеннями, готовими до майбутнього.
