Применимо к:Распределительные масляные-трансформаторы 11 кВ (класс 10 кВ), Dyn11, 50 Гц, соответствует стандартам энергоэффективности IEC 60076-20 и GB; Конструкции обмоток аналогичны в отношении потерь на нагрузке (потери в меди), при этом различия в основном сосредоточены на потерях на холостом ходу (потери в железе).
I. Основные свойства материала
| Элемент | Сердечник из аморфного сплава на основе Fe- | Высоко-зернистость-ориентированного ядра CRGO |
|---|---|---|
| Толщина полосы | ~0,025 мм | 0,23–0,30 мм |
| Типичные потери в сердечнике (50 Гц) | 0,15–0,20 Вт/кг | 0,9–1,2 Вт/кг |
| Рабочая плотность потока B | 1.30–1.40 T | 1.60–1.70 T |
| Коэффициент укладки ламинации | 0.84–0.86 | 0.95–0.97 |
| Механические свойства | Хрупкий, чувствительный к ударам и вибрации-; строгие требования к транспортировке и установке | Пластичный, устойчивый к короткому-замыканию и вибрации; зрелый процесс |
| Температура Кюри | Перегрев ~410 градусов - вызывает необратимую магнитную деградацию. | >740 градусов - отличная термическая стабильность |
| Уровень шума | Обычно на 5–8 дБ(А) выше | Низкая, более тихая работа |
Ключевой момент:Преимущество аморфного металла заключается исключительно в отсутствии-потерь нагрузки; потери нагрузки зависят от конструкции обмотки (медь или алюминий), при этом материал сердечника практически не влияет на потери нагрузки.
II. Сравнение потерь трансформатора 11 кВ и энергоэффективности (типичное масляное-погружение, 630 кВА Dyn11)
| Параметр | Аморфный сплав (SBH15/S22) | Высококачественная-кремниевая сталь S13 | Обычная кремниевая сталь S11 |
|---|---|---|---|
| Нет-потерь нагрузки P₀ | ~240 W | ~410 W | ~570 W |
| Потеря нагрузки Pₖ (75 градусов) | ~6200 W | ~6200 W | ~6200 W |
| Нет-потери нагрузки по сравнению с S11 | −68% | −28% | Базовый уровень |
| Годовая энергия без нагрузки-(подключение круглосуточно, 7 дней в неделю) | 2102 кВтч | 3592 кВтч | 4993 кВтч |
Формула общих потерь:
= Коэффициент загрузки
Низкий коэффициент нагрузки (= 0.2–0,4): преобладают потери железа; Трансформаторы из аморфных сплавов обеспечивают значительную экономию энергии-.
Высокий коэффициент нагрузки (> 0,7): преобладают потери меди; разрыв в общей энергоэффективности между двумя типами значительно сокращается.
III. Анализ затрат: первоначальные инвестиции и стоимость жизненного цикла (LCC)
1) Первоначальная стоимость закупки (та же мощность и материал намотки)
Трансформатор из аморфного сплава:На 20–35% дороже кремнистой стали S13; На 30–40% дороже кремнистой стали S11.
Причины:Высокая стоимость полос из аморфного сплава; сложные производственные процессы (намотка, отжиг, анти-вибрационные мероприятия); больший объем активной зоны требует большего резервуара и повышенного расхода материала.
Кремниевая сталь:Развитая цепочка поставок, большое количество запасных частей и простота обслуживания/модернизации.
2) Пример расчета статического срока окупаемости (630 кВА)
Условия:Цена на промышленную электроэнергию — 0,6 цента США/кВтч (0,45 юаней/кВтч); трансформатор под напряжением 24 часа в сутки; Срок службы 20 лет.
Аморфный вариант по сравнению с S11: Годовая экономия электроэнергии ≈ 2891 кВтч; годовая экономия средств ≈ 1300 юаней.
Если предположить, что разница в цене составляет +40 000 юаней, статический период окупаемости составит ≈ 5–7 лет.
Срок окупаемости зависит от условий эксплуатации:
1. Меньший коэффициент нагрузки, более длительное время ежегодного включения и более высокие цены на электроэнергию → Более короткий период окупаемости (3–5 лет; подходит для жилых, коммерческих и ночных распределительных сетей с легкой- нагрузкой).
2. Устойчиво высокая нагрузка (>0,7) или непрерывное заводское производство → Срок окупаемости составляет 8–12 лет; экономическая выгода аморфного сплава снижается.
3) Скрытые расходы
Дополнительные расходы,-связанные с риском для трансформаторов из аморфных сплавов
1. Транспортировка и монтаж требуют защиты от сильных ударов; потери в железе постоянно увеличиваются, если сердечник подвергается удару.
2. Более высокий уровень шума; внутренние распределительные помещения могут потребовать дополнительных инвестиций в меры по снижению шума.
3. Сердечники из аморфных сплавов после выхода из строя практически неремонтопригодны и подлежат полной замене; Сердечники из кремниевой стали допускают локальный ремонт.
Скрытые затраты на кремниевую сталь:Текущие расходы на электроэнергию при потерях-холостого хода; лучше всего подходит для сценариев с высокой-нагрузкой.
IV. Рекомендации по выбору по сценарию применения (11 кВ)
Отдайте предпочтение аморфному сплаву
Низкий коэффициент нагрузки (= 0.2–0,4), непрерывная работа без перебоев в подаче электроэнергии: распределительные трансформаторы для жилых помещений, коммерческих зданий, городских сетей и повышающие трансформаторы для хранения энергии.
Высокие тарифы на электроэнергию; проекты с целями углеродной нейтральности или обязательными требованиями энергоэффективности уровня 1.
Отдавайте предпочтение высоко-зернистой-ориентированной кремниевой стали (S13/S15)
Непрерывное промышленное производство, средний коэффициент загрузки > 0,6–0,7: заводы, центры обработки данных, тяжелая промышленность.
Плохие транспортные условия, открытые строительные площадки, строгие ограничения по шуму; упор на ремонтопригодность и устойчивость к короткому-замыканию.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Можно ли использовать аморфный сплав для напряжения 11 кВ и выше?
О: На уровне распределения 11 кВ существует множество зрелых приложений; Были продемонстрированы аморфные трансформаторы класса 110 кВ-, хотя основным выбором остается кремниевая сталь. По мере увеличения напряжения сложность производства и стоимость аморфного сплава значительно возрастают.
Вопрос 2: Имеют ли аморфные трансформаторы лучшую перегрузочную способность?
О: Перегрузочная способность зависит от класса обмотки и изоляции, а не от материала сердечника; аморфные сердечники не могут выдерживать длительные высокие температуры, поскольку перегрев приводит к необратимому ухудшению магнитных свойств.
