V ozadju globalnih prizadevanj za spodbujanje varčevanja z energijo, zmanjšanja emisij in ogljične nevtralnosti so distribucijski transformatorji – kot najbolj temeljna oprema v elektroenergetskih sistemih – videli, da je njihova energetska učinkovitost postala osrednja točka mednarodne pozornosti. V zadnjih letih so velika gospodarstva po vsem svetu zaporedoma uvedla obvezne minimalne standarde energetske učinkovitosti za distribucijske transformatorje.

Kitajska je v skladu s tem posodobila svoj nacionalni standard GB 20052 Minimalne dovoljene vrednosti energetske učinkovitosti in razrede energetske učinkovitosti za tri-fazne razdelilne transformatorje, ki uvajajo strožje zahteve glede izgube v prostem teku in izgube v bremenu. Nadgradnja razredov energijske učinkovitosti transformatorjev neposredno spodbuja nenehno izboljševanje učinkovitosti materialov jedra.

 

V tem kontekstu sta Baosteelova neodvisno razvita zrnato usmerjena silicijeva jekla z nizkimi izgubami železa B18R065 in B20R070 z odličnimi elektromagnetnimi lastnostmi in stabilnimi procesnimi značilnostmi uspešno uporabljena v množični proizvodnji energetsko učinkovitih distribucijskih transformatorjev Tier 1.

 

Kot pooblaščeni kanalski partner Baosteela lahko GNEE Steel stabilno dobavlja obe vrsti zrnato usmerjenega silicijevega jekla, s čimer proizvajalcem transformatorjev ponuja učinkovito in zanesljivo materialno rešitev.

 

Ta članek sistematično predstavlja razvojna načela, parametre delovanja in rezultate praktične uporabe teh dveh izdelkov, ki zagotavljajo referenco za proizvajalce transformatorjev pri izbiri materiala in oblikovanju.

 

 

1. Pregled razvoja distribucijskih transformatorjev z visokim izkoristkom

V zadnjih letih so večje države in regije zaporedoma izdale ali revidirale obvezne standarde za distribucijske transformatorje z visokim izkoristkom, da bi učinkovito zmanjšale izgube električne energije pri prenosu in distribuciji ter zmanjšale emisije CO₂:

• Japonska od leta 2014 izvaja "Top Runner Program" in nenehno dviguje merila učinkovitosti za transformatorje;
• Evropska unija je leta 2021 uveljavila uredbo o okoljsko primerni zasnovi – stopnja 2 za transformatorje, ki je določila višje pragove za izgube v prostem teku in obremenitev;
• Združene države so leta 2024 uvedle nov standard DOE za distribucijske transformatorje, ki je celovito nadgradil zahteve glede učinkovitosti;
• Kitajska je večkrat revidirala GB 20052, dodala razrede energetske učinkovitosti, zvišala minimalne dovoljene vrednosti in razvrstila transformatorje v tri razrede: Tier 1, Tier 2 in Tier 3.

 

Proizvodnja energetsko varčnih razdelilnih transformatorjev ne zahteva le naprednih konceptov oblikovanja in sofisticirane proizvodne opreme, temveč tudi visokokakovostne jedrne materiale. Trenutno transformatorska jedra večinoma uporabljajo silicijeva jekla s tankimi zrnami in amorfne zlitine na osnovi železa. Čeprav amorfne zlitine kažejo izjemno nizko izgubo brez obremenitve, imajo omejitve v smislu izdelljive širine, žilavosti, odpornosti proti vlagi in magnetostrikcije, kar vpliva na doslednost kakovosti in splošno uporabnost.

 

Na področju zrnato orientiranega silicijevega jekla so vodilni mednarodni proizvajalci, kot je Nippon Steel, uvedli kakovosti 23ZDKH075 in 20ZDKH070, medtem ko JFE ponuja 20JCSE070. Na domačem trgu je Baosteel po več kot desetih letih neodvisnih raziskav in razvoja v celoti obvladal celotno procesno tehnologijo za zrnato silicijevo jeklo in zgradil celotno družino izdelkov, ki pokrivajo debeline od 0,18 mm do 0,35 mm.

 

Med temi so premium razredi tankega profila dosegli stabilno obseg proizvodnje in so bili uspešno uporabljeni v energetsko učinkovitih distribucijskih transformatorjih Tier 1. Baosteel je tako postal eden redkih svetovnih proizvajalcev, ki je sposoben istočasno dobaviti 0,20 mm in 0,18 mm visoko prepustnega zrnato silicijevega jekla v količini.

 

2. Načela razvoja materiala

Tipične debeline zrnato usmerjenega silicijevega jekla so 0,23 mm, 0,27 mm in 0,30 mm, z vsebnostjo silicija približno 3,0 %. Mikrostruktura ima močno teksturo Goss, z enostavno smerjo magnetizacije, ki je poravnana vzporedno s smerjo valjanja, kar ima za posledico visoko magnetno indukcijo vzdolž smeri valjanja. Med magnetizacijo se oblikujejo magnetne domene, površinska izolacijska prevleka pa služi tako električni izolaciji kot oplemenitenju magnetne domene.

 

 

Glavni tehnični pristopi k zmanjševanju izgube železa v zrnato usmerjenem silicijevem jeklu vključujejo tri vidike:Izboljšajte stopnjo orientacije zrn; površina izdelka je gladka brez osnovnega premaza; debelina se zmanjša na 0,15 ~ 0,20 mm, vsebnost silicija pa se poveča na 3,4% ~ 3,5%.

Izguba jedra je sestavljena iz izgube zaradi histereze (\\(P_h\\)), izgube zaradi vrtinčnih tokov (\\(P_e\\)) in nepravilne izgube (\\(P_a\\)): • Izguba zaradi histereze: nanjo vplivajo kristalna struktura, nečistoče, notranja napetost, velikost zrn in drugi dejavniki; • Izguba vrtinčnega toka: močno povezana z debelino pločevine, s formulo izraženo kot

Nenormalna izguba: preostali del celotne izgube jedra po odbitku zgornjih dveh izgub.

Skupna izguba na vrtinčne tokove z upoštevanjem nenormalne izgube:

Formula izgube histereze:

Formula skupne izgube:

Zmanjšanje debeline lahko zmanjša izgubo zaradi vrtinčnih tokov in skupno izgubo jedra, medtem ko bo izboljšanje domene povečalo izgubo zaradi histereze.

Medtem pa tanjšanje pločevine povzroča nestabilno sekundarno rekristalizacijo, lomljenje traku med proizvodnjo in druge napake, kar zahteva strog nadzor nad kemično sestavo in celotnim proizvodnim procesom.

 

3. Delovanje novih izdelkov B18R065 in B20R070

Podjetje Baoshan Iron & Steel je razvilo razrede z nizko-jedro-izgubami B18R065 in B20R070 s sprejetjem tehnologij, vključno z inovativnim nadzorom kemične sestave, indukcijskim segrevanjem, visoko-napetostnim premazom in laserskim piskanjem:

 

Elektromagnetne lastnosti B20R070 so v bistvu enakovredne tujim izdelkom razreda 0,2 mm 070.

 

Primerjava mehanskih lastnosti: Med B18R065, B20R070 in B23R075 ni bistvenih razlik. Postopek striženja mora biti strogo nadzorovan, da se zagotovi kakovost obdelave.

 

Tabela 1 Kazalniki mehanskih lastnosti elektrotehničnega jekla s tanko-zrnatostjo-

Ocena	Natezna trdnost (vzdolžna) / MPa	Meja tečenja (vzdolžna) / MPa	Raztezek (vzdolžni) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Prednosti uporabe B18R065 in B20R070 v transformatorjih z visokim izkoristkom

 

GB 20052 je obvezen nacionalni standard, ki zahteva znatno zmanjšanje izgube brez-obremenitve in izgube ob obremenitvi, zaradi česar je električno jeklo z ultra-nizkimi{3}}izgubami optimalna izbira materiala.

 

Če za primer vzamemo optimizirano zasnovo 630 kVA energijsko{1}}varčnega distribucijskega transformatorja: nadgradnja zrna{2}}orientiranega razreda električnega jekla omogoča, da je transformator zasnovan z večjo gostoto magnetnega pretoka, kar zmanjša-površino preseka železnega jedra.

 

To dodatno zmanjša težo navitij, transformatorskih rezervoarjev, izolacijskega olja in drugih komponent, kar ima za posledico bolj kompaktno celotno strukturo in 3% ~ 4% izboljšanje stroškovne učinkovitosti. Zato B18R065 in B20R070 služita kot prednostna materiala jedra za visoko{7}}učinkovite transformatorje.

 

5. Učinkovitost uporabniške aplikacije

 

Rezultati preskusa distribucijskega transformatorja energetske učinkovitosti razreda 1 Model S-M-315/10-NX1, razvitega v sodelovanju s proizvajalci transformatorjev:

• B18R065: Njegova izguba brez-obremenitve je 13 % nižja od standardne vrednosti, z ravnijo hrupa le 42 dBA. Vsi tehnični kazalci presegajo določene standardne zahteve.
• B20R070: Njegova elektromagnetna zmogljivost je enakovredna uvoženemu električnemu jeklu 0,2 mm razreda 070.

Tabela 2 Preskusni parametri za distribucijski transformator energetske učinkovitosti S-M-315/10-NX1 razreda 1 z različnimi materiali jedra

Razred osnovnega materiala	Št-Izguba obremenitve/W		Izguba obremenitve / W		Ne-obremenitveni tok / %		Raven hrupa / dBA
	Standardno	Izmerjeno	Standardno	Izmerjeno	Standardno	Izmerjeno	Standardno	Izmerjeno
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Uvožen 0,2 mm razred 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Sklepi in obeti

Nenehno posodabljanje obveznih standardov za distribucijske transformatorje z visokim izkoristkom po vsem svetu je postalo ključno gonilo za nenehno izboljševanje zmogljivosti jedrnih materialov. Zaporedne revizije kitajskega standarda GB 20052 izrecno usmerjajo proizvodnjo transformatorjev k nižjim izgubam in večji zanesljivosti, kar ustvarja široke možnosti uporabe za vrhunska zrnato usmerjena silicijeva jekla tankega profila.

 

S popolnoma lastno razvito procesno tehnologijo sta Baosteelova razreda B20R070 in B18R065 dosegla mednarodno napredne ravni in dosegla obseg uporabe v energetsko učinkovitih distribucijskih transformatorjih Tier 1. Zlasti transformatorji, ki uporabljajo B18R065, so pokazali izgube v prostem teku za več kot 13 % pod standardno mejo, kar pomeni pomemben preboj za domače materiale v visokokakovostnih energetsko učinkovitih aplikacijah transformatorjev. Baosteel je postal prvi proizvajalec na svetu, ki je sposoben istočasno dobavljati 0,20 mm in 0,18 mm visoko prepustnega zrnato usmerjenega silicijevega jekla v količini.

 

V prihodnje bo Baosteel še naprej širil proizvodno zmogljivost 0,20 mm in 0,18 mm tankih zrnato usmerjenih silicijevih jekel, dodatno izboljšal konsistenco izdelkov in kakovost površine ter pospešil razvoj izdelkov naslednje generacije s še nižjo izgubo železa in večjo magnetno indukcijo, kar bo zagotovilo močnejšo materialno podporo za tekoče nadgradnje učinkovitosti transformatorjev.

 

 

GNEE Jeklo, kot pooblaščeni distributer zrnato usmerjenega silicijevega jekla Baosteel, vzdržuje dolgoročno zalogo celotnega nabora visokoprepustnih razredov tankega profila, vključno z B18R065 in B20R070. Nudimo storitve rezanja, striženja in druge obdelave, podprte s strokovno tehnično podporo. Pozdravljamo vse proizvajalce transformatorjev, da povprašajo ali obiščejo naš obrat. Zavezani smo, da vam zagotovimo visokokakovostne izdelke in zadovoljivo storitev.

 

Zahtevajte ponudbo