Na pozadí celosvetového úsilia o podporu úspor energie, znižovania emisií a uhlíkovej neutrality sa distribučné transformátory – ako najzákladnejšie vybavenie v energetických systémoch – stali stredobodom medzinárodnej pozornosti. V posledných rokoch veľké ekonomiky na celom svete postupne zaviedli povinné minimálne normy energetickej hospodárnosti pre distribučné transformátory.

Čína v súlade s tým aktualizovala svoju národnú normu GB 20052 Minimálne prípustné hodnoty energetickej účinnosti a tried energetickej účinnosti pre troj-fázové distribučné transformátory, pričom zaviedla prísnejšie požiadavky na stratu bez zaťaženia aj stratu zaťaženia. Modernizácia tried energetickej účinnosti transformátorov priamo poháňa neustále zlepšovanie výkonu základných materiálov.

 

V tejto súvislosti sa nezávisle vyvinuté druhy kremíkovej ocele s orientovaným zrnom s nízkou stratou železa B18R065 a B20R070 od spoločnosti Baosteel s ich vynikajúcimi elektromagnetickými vlastnosťami a stabilnými spracovateľskými charakteristikami úspešne aplikovali pri hromadnej výrobe energeticky účinných distribučných transformátorov Tier 1.

 

Ako autorizovaný obchodný partner Baosteel môže GNEE Steel stabilne dodávať oba tieto druhy kremíkovej ocele s orientovaným zrnom, čím ponúka výrobcom transformátorov efektívne a spoľahlivé materiálové riešenie.

 

Tento článok systematicky predstavuje princípy vývoja, výkonové parametre a praktické výsledky aplikácie týchto dvoch produktov, čím poskytuje výrobcom transformátorov referenciu pri výbere materiálu a návrhu.

 

 

1. Prehľad vývoja vysokoúčinných distribučných transformátorov

V posledných rokoch s cieľom efektívne znížiť straty energie pri prenose a distribúcii a znížiť emisie CO₂ veľké krajiny a regióny postupne vydali alebo revidovali povinné normy pre vysokoúčinné distribučné transformátory:

• Japonsko zaviedlo program „Top Runner Program“ od roku 2014, čím neustále zvyšuje kritériá účinnosti pre transformátory;
• Európska únia presadila nariadenie o ekodizajne – Tier 2 pre transformátory v roku 2021, pričom stanovila vyššie prahové hodnoty pre straty bez zaťaženia a pri zaťažení;
• Spojené štáty zaviedli nový štandard DOE pre distribučné transformátory v roku 2024, čím sa komplexne zlepšili požiadavky na účinnosť;
• Čína opakovane revidovala GB 20052, pridala stupne energetickej účinnosti, zvýšila minimálne prípustné hodnoty a klasifikovala transformátory do troch tried: Tier 1, Tier 2 a Tier 3.

 

Výroba energeticky úsporných distribučných transformátorov si vyžaduje nielen pokročilé konštrukčné koncepty a sofistikované výrobné zariadenia, ale aj vysokokvalitné materiály jadra. V súčasnosti sa v jadrách transformátorov používa hlavne tenkovrstvová orientovaná kremíková oceľ a amorfné zliatiny na báze železa. Hoci amorfné zliatiny vykazujú extrémne nízke straty bez zaťaženia, majú obmedzenia, pokiaľ ide o vyrobiteľnú šírku, húževnatosť, odolnosť proti vlhkosti a magnetostrikciu, ktoré ovplyvňujú konzistenciu kvality a všeobecnú použiteľnosť.

 

V oblasti kremíkovej ocele s orientovanou štruktúrou zaviedli poprední medzinárodní výrobcovia ako Nippon Steel triedy 23ZDKH075 a 20ZDKH070, zatiaľ čo JFE ponúka 20JCSE070. V domácom prostredí Baosteel po viac ako desiatich rokoch nezávislého výskumu a vývoja plne ovládol celú procesnú technológiu pre kremíkovú oceľ s orientovaným zrnom a vytvoril kompletný rad produktov pokrývajúcich hrúbky od 0,18 mm do 0,35 mm.

 

Spomedzi nich prémiové triedy tenkého rozchodu dosiahli stabilnú objemovú produkciu a boli úspešne použité v energeticky účinných distribučných transformátoroch úrovne 1. Baosteel sa tak stal jedným z mála svetových výrobcov schopných súčasne dodávať v objeme 0,20 mm a 0,18 mm vysokopermeabilnú kremíkovú oceľ s orientovaným zrnom.

 

2. Princípy vývoja materiálu

Typické hrúbky kremíkovej ocele s orientovaným zrnom sú 0,23 mm, 0,27 mm a 0,30 mm s obsahom kremíka približne 3,0 %. Mikroštruktúra vykazuje silnú Gossovu textúru s jednoduchým smerom magnetizácie zarovnaným rovnobežne so smerom valcovania, čo vedie k vysokej magnetickej indukcii pozdĺž smeru valcovania. Počas magnetizácie sa vytvárajú magnetické domény a povrchová izolačná vrstva slúži ako na elektrickú izoláciu, tak na zjemnenie magnetickej domény.

 

 

Hlavné technické prístupy na zníženie strát železa v kremíkovej oceli s orientovaným zrnom zahŕňajú tri aspekty:Zlepšiť stupeň orientácie zrna; povrch výrobku je hladký bez základného náteru; hrúbka sa zníži na 0,15 až 0,20 mm a obsah kremíka sa zvýši na 3,4 až 3,5 %.

Strata jadra pozostáva zo straty hysterézy (\\(P_h\\)), straty vírivým prúdom (\\(P_e\\)) a anomálnej straty (\\(P_a\\)): • Strata hysterézy: ovplyvnená kryštálovou štruktúrou, nečistotami, vnútorným napätím, veľkosťou zŕn a inými faktormi; • Strata vírivými prúdmi: silne koreluje s hrúbkou plechu, so vzorcom vyjadreným ako

Anomálna strata: zvyšková časť celkovej straty jadra po odpočítaní dvoch vyššie uvedených strát.

Celková strata vírivými prúdmi vzhľadom na anomálnu stratu:

Vzorec straty hysterézie:

Vzorec celkovej straty:

Zníženie hrúbky môže znížiť stratu vírivých prúdov a celkovú stratu jadra, zatiaľ čo zjemnenie domény zvýši stratu hysterézy.

Medzitým má stenčenie plechu tendenciu spôsobovať nestabilnú sekundárnu rekryštalizáciu, lámanie pásu počas výroby a iné chyby, čo si vyžaduje prísnu kontrolu chemického zloženia a celého výrobného procesu.

 

3. Výkon nových produktov B18R065 a B20R070

Baoshan Iron & Steel vyvinula triedy B18R065 a B20R070 s nízkymi{0}}jadrovými{1}}stratami prijatím technológií vrátane inovatívnej kontroly chemického zloženia, indukčného ohrevu, vysokonapäťového poťahovania a laserového ryhovania:

 

Elektromagnetické vlastnosti B20R070 sú v podstate ekvivalentné zahraničným 0,2 mm produktom triedy 070.

 

Porovnanie mechanických vlastností: Medzi B18R065, B20R070 a B23R075 neexistujú žiadne významné rozdiely. Proces strihania musí byť prísne kontrolovaný, aby sa zaručila kvalita spracovania.

 

Tabuľka 1 Indikátory mechanických vlastností tenkých-kalibrových zŕn-orientovanej elektroocele

stupňa	Pevnosť v ťahu (pozdĺžna) / MPa	Medza klzu (pozdĺžna) / MPa	Predĺženie (pozdĺžne) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Aplikačné výhody B18R065 a B20R070 vo vysokoúčinných transformátoroch

 

GB 20052 je povinná národná norma, ktorá vyžaduje výrazné zníženie bez-straty pri zaťažení a straty pri zaťažení, vďaka čomu je elektrooceľ s ultra{2}}nízkym jadrom-stratovej elektrotechnickej ocele optimálnou voľbou materiálu.

 

Ako príklad si vezmime optimalizovaný dizajn energeticky{1}}úsporného distribučného transformátora s výkonom 630 kVA: vylepšenie kvality elektrotechnickej ocele s orientáciou na zrnitosť{2}} umožňuje navrhnúť transformátor s vyššou hustotou magnetického toku, čo zmenšuje-prierez železného jadra.

 

To ďalej znižuje hmotnosť vinutí, transformátorových nádrží, izolačného oleja a iných komponentov, čo vedie k kompaktnejšej celkovej konštrukcii a 3% ~ 4% zlepšeniu nákladovej výkonnosti. Preto B18R065 a B20R070 slúžia ako preferované jadrové materiály pre vysokoúčinné transformátory.

 

5. Výkon používateľskej aplikácie

 

Výsledky testov distribučného transformátora energetickej účinnosti triedy 1 Model S-M-315/10-NX1 vyvinutého v spolupráci s výrobcami transformátorov:

• B18R065: Jeho žiadna-strata záťaže je o 13 % nižšia ako štandardná hodnota, s úrovňou hluku iba 42 dBA. Všetky technické ukazovatele prekračujú špecifikované štandardné požiadavky.
• B20R070: Jeho elektromagnetický výkon je ekvivalentný výkonu dovážanej elektroocele triedy 070 s hrúbkou 0,2 mm.

Tabuľka 2 Testovacie parametre distribučného transformátora energetickej účinnosti triedy 1 S-M-315/10-NX1 s rôznymi materiálmi jadra

Základný materiál triedy	Nie-Strata zaťaženia / W		Strata zaťaženia / W		Nie-prúd zaťaženia / %		Hladina hluku / dBA
	Štandardné	Merané	Štandardné	Merané	Štandardné	Merané	Štandardné	Merané
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Dovezené 0,2 mm triedy 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Závery a výhľad

Neustála modernizácia povinných štandardov vysokoúčinných distribučných transformátorov na celom svete sa stala kľúčovou hnacou silou neustáleho zlepšovania výkonu základných materiálov. Postupné revízie čínskej normy GB 20052 explicitne smerujú výrobu transformátorov k nižším stratám a vyššej spoľahlivosti, čím vytvárajú široké možnosti použitia pre tenkorozmerné prémiové kremíkové ocele s orientovaným zrnom.

 

Vďaka svojej úplne samostatne vyvinutej procesnej technológii dosiahli triedy B20R070 a B18R065 od spoločnosti Baosteel medzinárodne pokročilé úrovne a dosiahli objemové použitie v energeticky účinných distribučných transformátoroch úrovne 1. Najmä transformátory používajúce B18R065 preukázali straty naprázdno o viac ako 13 % pod štandardným limitom, čo znamená významný prielom pre domáce materiály vo vysokokvalitných aplikáciách energeticky účinných transformátorov. Baosteel sa stal prvým svetovým výrobcom schopným súčasne dodávať 0,20 mm a 0,18 mm vysokopermeabilnú kremíkovú oceľ s orientovaným zrnom v objeme.

 

Pri pohľade do budúcnosti bude Baosteel pokračovať v rozširovaní výrobnej kapacity 0,20 mm a 0,18 mm tenkovrstvových kremíkových ocelí, ďalej zlepšovať konzistenciu produktov a kvalitu povrchu a urýchliť vývoj produktov novej generácie s ešte nižšími stratami železa a vyššou magnetickou indukciou, čím bude poskytovať silnejšiu materiálovú podporu pre prebiehajúce zvyšovanie účinnosti transformátorov.

 

 

Oceľ GNEE, ako autorizovaný distribútor kremíkovej ocele s orientovaným zrnom Baosteel, dlhodobo skladuje celý rad tenkých tried s vysokou priepustnosťou, vrátane B18R065 a B20R070. Ponúkame rezanie, strihanie a iné spracovateľské služby s profesionálnou technickou podporou. Vítame všetkých výrobcov transformátorov, aby sa informovali alebo navštívili naše zariadenie. Zaviazali sme sa poskytovať vám vysokokvalitné produkty a uspokojivé služby.

 

Vyžiadajte si cenovú ponuku