Ievads
Mūsdienu energosistēmās transformatori darbojas kā elektriskās pasaules regulatori, kas nodrošina stabilu elektrotīkla darbību. Neatkarīgi no tā, vai tie ir izplatīti tipi ceļmalās vai milzīgie mezgli apakšstacijās, to galvenajām struktūrām ir kopīga loģika, kas sakņojas materiālu zinātnē. Šodien mēs runāsim par šiem svarīgajiem materiāliem transformatoros.
Kodols
Transformatora vissvarīgākā sastāvdaļa-kodols-gandrīz tikai izmanto silīcija tērauda loksnes. Šis materiāls ir tālu no parastā tērauda. Tā pamatā ir standarta tērauds, kam pievienots 2-5% silīcija, un tam tiek veikti īpaši velmēšanas un atlaidināšanas procesi.
Kāpēc silīcija tērauds?
-Silīcija pievienošana ievērojami samazina dzelzs zudumus (histerēzes un virpuļstrāvas zudumus).
-Graudai{1}}orientēts silīcija tērauds nodrošina izcilu magnētisko caurlaidību velmēšanas virzienā.
-Virsmas izolācijas pārklājums novērš starpslāņu īssavienojumus, vienlaikus izturot augstu atlaidināšanas temperatūru.
Interesanti, ka serdes laminēšanas metode atspoguļo arī ražošanas zināšanu līmeni. Tagad-vispārējā step-apļa sakraušanas tehnika nodrošina nepārtrauktāku magnētisko ceļu, samazinot tukšgaitas-slodzes zudumus par 10-15%, salīdzinot ar tradicionālajām sadurspēļu metodēm.
Tinums
Tinumu materiāla izvēle būtībā ir cīņa starp varu un alumīniju, un katram materiālam ir sava pielietojuma joma.
Vara tinumi joprojām ir ieteicamā izvēle augstas veiktspējas{0}}transformatoriem:
-Vadītspēja ir aptuveni 58 MS/m, kā rezultātā tinuma tilpums ir mazāks ar tādu pašu jaudu.
-Augsta mehāniskā izturība ļauj tai izturēt lielākus īssavienojumu-elektromagnētiskos spēkus.
-Nobriedusi savienojumu apstrādes tehnoloģija nodrošina darbības uzticamību, kas apstiprināta vairāk nekā gadsimtā.
Alumīnija tinumiem ir priekšrocības{0}}izmaksas jutīgos lietojumos:
-Cena parasti ir tikai viena-trešdaļa līdz-puse no vara cenas.
-Mazāks blīvums samazina kopējo transformatora svaru par 20–30%.
-Pēdējie sasniegumi alumīnija sakausējumu tehnoloģijā ir atrisinājuši problēmas, kas saistītas ar šļūdei un savienojumiem.
Izolācijas sistēma
Izolācijas materiālu attīstība atspoguļo transformatoru tehnoloģiju attīstību.
Cietie izolācijas materiāli ir izveidojušies par pilnīgu sistēmu
-Izolējošais preskartons kalpo kā galvenais izolācijas karkass.
-Nomex® aramīda papīrs tiek izmantots augstas-temperatūras scenārijos (H klase un augstāka).
-Epoksīda stikla šķiedras plāksnes tiek izmantotas mehāniskiem atbalsta komponentiem.
Šķidrās izolācijas materiāla izvēle atspoguļo adaptācijas gudrību, pamatojoties uz vietējiem apstākļiem
-Minerāleļļa joprojām ir dominējoša, veidojot vairāk nekā 75% no pasaules tirgus daļas.
-Dabiskie esteri (augu eļļas) strauji pieaug reģionos ar stingrām vides prasībām.
-Silikona eļļu un fluorētus šķidrumus izmanto specializētos ugunsizturīgos-lietojumos.
Sauso{0}}tipa transformatoru izolācijai ir tendence paplašināties
-Epoksīda sveķu liešanas tehnoloģija ir nobriedusi un piedāvā izcilu mitruma izturību.
-Vakuuma-spiediena impregnēšana (VPI) ar atvērtas-struktūras dzesēšanu nodrošina uzlabotu siltuma izkliedi.
Pēdējos gados izstrādātie -videi draudzīgie daļēji cietie izolācijas materiāli līdzsvaro veiktspēju ar otrreizēju pārstrādi.
Strukturālie komponenti
Šīs neuzkrītošās konstrukcijas daļas patiesībā slēpj daudzas sarežģītības:
Eļļas tvertņu materiāls ir attīstījies no parastā oglekļa tērauda līdz laikapstākļiem izturīgam tēraudam. Mūsdienās arvien vairāk transformatoru izmanto nerūsējošā tērauda oderējumu dizainus, jo īpaši piekrastes un ļoti piesārņotās vietās.
Neliela, taču būtiska detaļa: pretkorozijas pārklājums eļļas tvertņu iekšpusē tagad galvenokārt ir daļēji-vadoša krāsa. Tas nav paredzēts tikai estētikas dēļ,{3}}tas kalpo, lai vienmērīgi sadalītu elektrisko lauku tvertnē, tādējādi novēršot daļēju izlādi.
Vides tendenču izraisītas izmaiņas
Bioloģiski noārdāma izolācijas eļļa
Augu{0}}saturošu izolācijas eļļu, piemēram, sojas pupu eļļas un rapšu eļļas, sabrukšanas spriegums tagad pārsniedz 60 kV/2,5 mm.
Chromium{0}}bezmaksas pasivēšana
Silīcija tērauda lokšņu pārklājums tiek mainīts no hromāta{0}}uz videi draudzīgām fosfātu- bāzes alternatīvām.
Atjaunojamie materiāli
Ar bambusa šķiedru{0}}pastiprinātu izolējošu preskartonu ir nonācis izmēģinājuma pielietošanas posms.
Zema-oglekļa tērauds
Tērauds, kas ražots, izmantojot elektriskās loka krāsns īstermiņa{0}}procesa tehnoloģiju, samazina oglekļa pēdas nospiedumu par 40%.
Atlase
Izvēloties transformatora materiālus, inženieri būtībā risina daudzfaktoru vienādojumu: kur sākotnējās izmaksas, darbības zudumi, paredzamais kalpošanas laiks, apkopes prasības un vides apsvērumi kalpo kā mainīgie. Piemēram:
Datu centri
Datu centri var izvēlēties dabisko esteru eļļas transformatorus, kuru cena ir par 30% augstāka, novērtējot to K4- līmeņa ugunsizturīgo veiktspēju.
jūras vēja parki
Jūras vēja parku transformatoriem būs uzlabots pretkorozijas{0}}konstrukcijas dizains, pat palielinot izmaksas par 15%.
pilsētu centriem
Sadales transformatori pilsētu centros parasti dod priekšroku sausai{0}}tipa konstrukcijai, kas, neskatoties uz nedaudz zemāku efektivitāti, novērš eļļas noplūdes risku.
Secinājums
Nākamreiz, kad uz ielas redzēsit transformatoru, iespējams, to aplūkosit ar lielāku izpratni-šajā kastē slēpjas gadsimtu gudrība no materiālu zinātnieku un elektroinženieru. Sākot no Edisona laikmeta asfalta izolācijas līdz mūsdienu nanokompozītu izolācijas materiāliem, ikviena transformatoru materiālu attīstība atspoguļo drošības, efektivitātes un izmaksu smalku līdzsvaru.
Kā izskatīsies nākotnes materiāli transformatoriem? Augstas -temperatūras supravadītāji laboratorijās jau ir guvuši sasniegumus, un ar grafēnu{1}}pastiprināta izolācijas papīra patentu skaits katru gadu pieaug. Tomēr neatkarīgi no tā, kā mainās materiāli, galvenais mērķis paliek nemainīgs: padarīt elektroenerģijas pārveidošanu drošāku, efektīvāku un uzticamāku.