На тлі глобальних зусиль щодо сприяння енергозбереженню, скороченню викидів і вуглецевій нейтральності, розподільні трансформатори – як найважливіше обладнання в енергосистемах – побачили, що їх енергоефективність стала центром міжнародної уваги. Останніми роками великі економіки в усьому світі послідовно запроваджували обов’язкові мінімальні стандарти енергоефективності для розподільних трансформаторів.

Відповідно Китай оновив свій національний стандарт GB 20052 «Мінімально допустимі значення енергоефективності та класи енергоефективності для три-фазних розподільних трансформаторів, встановлюючи суворіші вимоги як до втрат холостого ходу, так і до втрат під навантаженням. Підвищення рівня енергоефективності трансформаторів напряму сприяє безперервному покращенню характеристик матеріалів сердечника.

 

У цьому контексті незалежно розроблені компанією Baosteel зернисто-орієнтовані марки кремнієвої сталі з низькими втратами чавуну B18R065 і B20R070 з чудовими електромагнітними властивостями та стабільними технологічними характеристиками успішно застосовуються в масовому виробництві енергоефективних розподільних трансформаторів Tier 1.

 

Як авторизований торговий партнер Baosteel, GNEE Steel може стабільно постачати обидва ці сорти зернистої кремнієвої сталі, пропонуючи виробникам трансформаторів ефективне та надійне рішення щодо матеріалів.

 

У цій статті систематично представлені принципи розробки, параметри продуктивності та результати практичного застосування цих двох продуктів, надаючи посилання для виробників трансформаторів у виборі матеріалів та конструкції.

 

 

1. Огляд розробки високоефективного розподільного трансформатора

Останніми роками для ефективного зменшення втрат електроенергії при передачі та розподілі та скорочення викидів CO₂ основні країни та регіони послідовно випустили або переглянули обов’язкові стандарти для високоефективних розподільних трансформаторів:

• Японія запровадила програму «Top Runner Program» з 2014 року, постійно підвищуючи показники ефективності трансформаторів;
• У 2021 році Європейський Союз запровадив Регламент екодизайну – рівень 2 для трансформаторів, встановивши вищі порогові значення для холостого ходу та втрат під навантаженням;
• Сполучені Штати запровадили новий стандарт DOE для розподільних трансформаторів у 2024 році, всебічно покращивши вимоги до ефективності;
• Китай неодноразово переглядав GB 20052, додаючи класи енергоефективності, підвищуючи мінімально допустимі значення та класифікуючи трансформатори на три класи: Tier 1, Tier 2 і Tier 3.

 

Виробництво енергозберігаючих розподільних трансформаторів вимагає не лише передових концепцій дизайну та складного виробничого обладнання, а й високоякісних матеріалів сердечника. В даний час сердечники трансформаторів в основному використовують тонкозернисту кремнієву сталь і аморфні сплави на основі заліза. Незважаючи на те, що аморфні сплави демонструють надзвичайно низькі втрати холостого ходу, вони мають обмеження щодо продуктивної ширини, в’язкості, вологостійкості та магнітострикції, що впливає на постійність якості та загальне застосування.

 

У сфері зернистої кремнієвої сталі провідні міжнародні виробники, такі як Nippon Steel, представили марки 23ZDKH075 і 20ZDKH070, а JFE пропонує 20JCSE070. Внутрішня компанія Baosteel після більш ніж десяти років незалежних досліджень і розробок повністю освоїла всю технологічну технологію для гранульованої кремнієвої сталі та створила повну лінійку продуктів товщиною від 0,18 мм до 0,35 мм.

 

Серед них преміум-класи тонкого калібру досягли стабільного обсягу виробництва та були успішно застосовані в енергоефективних розподільних трансформаторах Tier 1. Таким чином, Baosteel став одним із небагатьох світових виробників, здатних одночасно постачати 0,20 мм і 0,18 мм високопроникну зернисту кремнієву сталь в об’ємі.

 

2. Принципи розробки матеріалу

Типова товщина зернистої кремнієвої сталі становить 0,23 мм, 0,27 мм і 0,30 мм із вмістом кремнію приблизно 3,0 %. Мікроструктура демонструє міцну текстуру Госса з напрямком легкого намагнічення, вирівняним паралельно напрямку прокатки, що призводить до високої магнітної індукції вздовж напрямку прокатки. Під час намагнічування утворюються магнітні домени, а поверхневе ізоляційне покриття служить як для електричної ізоляції, так і для уточнення магнітних доменів.

 

 

Основні технічні підходи до зменшення втрат чавуну в силіконовій сталі з орієнтованим зерном включають три аспекти:Поліпшити ступінь орієнтації зерна; поверхня виробу гладка без базового покриття; товщина зменшується до 0,15~0,20 мм, а вміст кремнію збільшується до 3,4%~3,5%.

Втрати в сердечнику складаються з втрат на гістерезис (\\(P_h\\)), втрат на вихрові струми (\\(P_e\\)) та аномальних втрат (\\(P_a\\)): • Втрати на гістерезис: залежать від кристалічної структури, домішок, внутрішньої напруги, розміру зерен та інших факторів; • Втрати на вихрові струми: тісно пов'язані з товщиною листа, формула виражається як

Аномальні втрати: залишкова частина загальних втрат в активній зоні після вирахування двох вищевказаних втрат.

Загальні втрати на вихрові струми з урахуванням аномальних втрат:

Формула втрати гістерезису:

Формула загальної втрати:

Зменшення товщини може знизити втрати на вихрові струми та загальні втрати в сердечнику, тоді як уточнення домену збільшить втрати на гістерезис.

У той же час стоншення листа має тенденцію викликати нестійку вторинну рекристалізацію, поломку стрічки під час виробництва та інші дефекти, що вимагає суворого контролю за хімічним складом і всім процесом виробництва.

 

3. Продуктивність нових продуктів B18R065 і B20R070

Компанія Baoshan Iron & Steel розробила марки B18R065 та B20R070 із низькими-втратами-серцевини, застосувавши технології, включаючи інноваційний контроль хімічного складу, індукційне нагрівання,-покриття високої напруги та лазерне скрайбування:

 

Електромагнітні властивості B20R070 в основному еквівалентні іноземним продуктам 0,2 мм 070.

 

Порівняння механічних властивостей: між B18R065, B20R070 і B23R075 немає істотних відмінностей. Процес різання повинен суворо контролюватися, щоб гарантувати якість обробки.

 

Таблиця 1 Показники механічних властивостей тонко-зернисто-орієнтованої електротехнічної сталі

Оцінка	Міцність на розрив (поздовжня) / МПа	Межа текучості (поздовжня) / МПа	Подовження (поздовжнє) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Переваги застосування B18R065 і B20R070 у високоефективних трансформаторах

 

GB 20052 є обов’язковим національним стандартом, який вимагає значного зниження-втрат без навантаження та втрат під навантаженням, що робить електросталь із ультра-низькими-втратами сердечника оптимальним вибором матеріалу.

 

Візьмемо як приклад оптимізовану конструкцію енергозберігаючого розподільного трансформатора потужністю 630 кВА-: модернізація марки-орієнтованої на зерно електротехнічної сталі дозволяє розробити трансформатор із вищою щільністю магнітного потоку, що зменшує-площу поперечного перерізу залізного сердечника.

 

Це додатково зменшує вагу обмоток, трансформаторних баків, ізоляційної олії та інших компонентів, що призводить до більш компактної загальної конструкції та підвищення ефективності витрат на 3%~4%. Таким чином, B18R065 і B20R070 є основними матеріалами серцевини для високо-ефективних трансформаторів.

 

5. Продуктивність програми користувача

 

Результати випробувань енергоефективного розподільного трансформатора класу 1 моделі S-M-315/10-NX1, розробленого у співпраці з виробниками трансформаторів:

• B18R065: його втрати без{2}}навантаження на 13% нижчі за стандартне значення, а рівень шуму становить лише 42 дБА. Всі технічні показники перевищують зазначені стандартні вимоги.
• B20R070: його електромагнітні властивості еквівалентні показникам імпортованої електротехнічної сталі 0,2 мм марки 070.

Таблиця 2 Параметри випробування S-M-315/10-NX1 Енергоефективний розподільний трансформатор класу 1 з різними матеріалами сердечника

Оцінка основного матеріалу	Ні-Втрати навантаження / Вт		Втрата навантаження / Вт		Ні-струму навантаження / %		Рівень шуму / дБА
	Стандартний	Вимірюється	Стандартний	Вимірюється	Стандартний	Вимірюється	Стандартний	Вимірюється
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Імпортований 0,2 мм клас 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Висновки та прогноз

Постійне вдосконалення обов’язкових високоефективних стандартів розподільних трансформаторів у всьому світі стало ключовим фактором постійного покращення характеристик матеріалів сердечника. Послідовні перегляди китайського стандарту GB 20052 чітко спрямовують виробництво трансформаторів на зниження втрат і підвищення надійності, створюючи широкі можливості застосування для високоякісних кремнієвих сталей преміум-класу з тонким зерном.

 

Завдяки повністю власноруч розробленій технологічній технології марки B20R070 і B18R065 від Baosteel досягли передового міжнародного рівня та досягли масового застосування в енергоефективних розподільних трансформаторах Tier 1. Зокрема, трансформатори з використанням B18R065 продемонстрували втрати холостого ходу більш ніж на 13 % нижче стандартного ліміту, що є значним проривом для вітчизняних матеріалів у високоякісних енергоефективних трансформаторах. Baosteel став першим у світі виробником, здатним одночасно постачати 0,20 мм і 0,18 мм високопроникну орієнтовану кремнієву сталь в об’ємі.

 

Заглядаючи в майбутнє, Baosteel продовжить розширювати виробничі потужності 0,20 мм і 0,18 мм тонкозернистої кремнієвої сталі, далі покращувати консистенцію продукту та якість поверхні, а також прискорювати розробку продуктів наступного покоління з ще меншими втратами заліза та вищою магнітною індукцією, забезпечуючи міцнішу матеріальну підтримку для постійного підвищення ефективності трансформаторів.

 

 

GNEE Steel, як авторизований дистриб’ютор зернисто-орієнтованої кремнієвої сталі Baosteel, підтримує довгострокові запаси повного спектру тонких марок високої проникності, включаючи B18R065 і B20R070. Ми пропонуємо послуги з різання, стрижки та інші послуги з обробки за підтримки професійної технічної підтримки. Ми запрошуємо всіх виробників трансформаторів запитати або відвідати наш завод. Ми прагнемо надавати вам високоякісні продукти та задовільний сервіс.

 

Запитати ціну