Na tle światowych wysiłków na rzecz promowania oszczędności energii, redukcji emisji i neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla, transformatory dystrybucyjne – jako najbardziej podstawowe urządzenia w systemach elektroenergetycznych – sprawiły, że ich efektywność energetyczna stała się centralnym punktem międzynarodowej uwagi. W ostatnich latach największe gospodarki na całym świecie sukcesywnie wprowadzały obowiązkowe minimalne standardy charakterystyki energetycznej transformatorów rozdzielczych.

Chiny odpowiednio zaktualizowały swoją normę krajową GB 20052 Minimalne dopuszczalne wartości efektywności energetycznej i stopnie efektywności energetycznej dla trójfazowych transformatorów rozdzielczych-, nakładając bardziej rygorystyczne wymagania zarówno w zakresie strat bez obciążenia, jak i strat obciążenia. Podnoszenie klas efektywności energetycznej transformatorów bezpośrednio napędza ciągłą poprawę wydajności materiałów rdzenia.

 

W tym kontekście niezależnie opracowane przez firmę Baosteel gatunki B18R065 i B20R070 ze stali krzemowej zorientowanej na ziarno o niskiej utracie żelaza, charakteryzujące się doskonałymi właściwościami elektromagnetycznymi i stabilną charakterystyką przetwarzania, zostały z powodzeniem zastosowane w masowej produkcji energooszczędnych transformatorów dystrybucyjnych Tier 1.

 

Jako autoryzowany partner handlowy Baosteel, GNEE Steel może stabilnie dostarczać oba te gatunki stali krzemowej o ziarnie zorientowanym, oferując producentom transformatorów wydajne i niezawodne rozwiązanie materiałowe.

 

W artykule w sposób systematyczny przedstawiono zasady rozwoju, parametry użytkowe i wyniki praktycznego zastosowania tych dwóch produktów, stanowiąc punkt odniesienia dla producentów transformatorów w zakresie doboru materiałów i projektowania.

 

 

1. Przegląd rozwoju wysokosprawnych transformatorów rozdzielczych

W ostatnich latach, aby skutecznie zmniejszyć straty mocy w przesyłaniu i dystrybucji oraz zmniejszyć emisję CO₂, główne kraje i regiony sukcesywnie wydawały lub zmieniały obowiązkowe normy dotyczące wysokowydajnych transformatorów dystrybucyjnych:

• Japonia realizuje „Program Top Runner” od 2014 r., stale podnosząc standardy wydajności transformatorów;
• Unia Europejska wdrożyła rozporządzenie w sprawie ekoprojektu – poziom 2 dla transformatorów w 2021 r., ustalając wyższe progi strat bez obciążenia i strat obciążeniowych;
• Stany Zjednoczone wdrożyły w 2024 r. nowy standard DOE dla transformatorów rozdzielczych, kompleksowo podnosząc wymagania sprawnościowe;
• Chiny wielokrotnie zmieniały normę GB 20052, dodając stopnie efektywności energetycznej, podnosząc minimalne dopuszczalne wartości i klasyfikując transformatory na trzy klasy: Tier 1, Tier 2 i Tier 3.

 

Produkcja energooszczędnych transformatorów rozdzielczych wymaga nie tylko zaawansowanych koncepcji projektowych i wyrafinowanego sprzętu produkcyjnego, ale także wysokiej jakości materiałów rdzenia. Obecnie w rdzeniach transformatorów wykorzystuje się głównie cienkoziarnistą stal krzemową o zorientowanym ziarnie i stopy amorficzne na bazie żelaza. Chociaż stopy amorficzne wykazują wyjątkowo niskie straty bez obciążenia, mają ograniczenia w zakresie szerokości produkcyjnej, wytrzymałości, odporności na wilgoć i magnetostrykcji, które wpływają na stałą jakość i ogólne zastosowanie.

 

W dziedzinie stali krzemowej o ziarnie zorientowanym wiodący międzynarodowi producenci, tacy jak Nippon Steel, wprowadzili gatunki 23ZDKH075 i 20ZDKH070, natomiast JFE oferuje 20JCSE070. Na rynku krajowym Baosteel, po ponad dziesięciu latach niezależnych prac badawczo-rozwojowych, w pełni opanował całą technologię procesu stali krzemowej o ziarnie zorientowanym i zbudował kompletną rodzinę produktów obejmującą grubości od 0,18 mm do 0,35 mm.

 

Wśród nich cienkościenne gatunki premium osiągnęły stabilną produkcję i zostały z powodzeniem zastosowane w energooszczędnych transformatorach dystrybucyjnych Tier 1. W ten sposób Baosteel stał się jednym z niewielu światowych producentów, którzy są w stanie jednocześnie dostarczać ilościowo wysokoprzepuszczalną stal krzemową o ziarnistej grubości 0,20 mm i 0,18 mm.

 

2. Zasady rozwoju materialnego

Typowe grubości stali krzemowej o ziarnie zorientowanym wynoszą 0,23 mm, 0,27 mm i 0,30 mm, przy zawartości krzemu około 3,0%. Mikrostruktura wykazuje silną teksturę Gossa, z kierunkiem łatwego magnesowania ustawionym równolegle do kierunku walcowania, co skutkuje wysoką indukcją magnetyczną wzdłuż kierunku walcowania. Podczas namagnesowania tworzą się domeny magnetyczne, a powłoka izolująca powierzchnię służy zarówno do izolacji elektrycznej, jak i udoskonalenia domeny magnetycznej.

 

 

Główne techniczne podejścia do ograniczania strat żelaza w stali krzemowej o ziarnie zorientowanym obejmują trzy aspekty:Popraw stopień orientacji ziaren; powierzchnia produktu jest gładka bez powłoki bazowej; grubość zmniejsza się do 0,15 ~ 0,20 mm, a zawartość krzemu zwiększa się do 3,4% ~ 3,5%.

Straty w rdzeniu obejmują straty histerezowe (\\(P_h\\)), straty prądów wirowych (\\(P_e\\)) i straty anomalne (\\(P_a\\)): • Straty histerezowe: na które wpływa struktura kryształu, zanieczyszczenia, naprężenia wewnętrzne, wielkość ziaren i inne czynniki; • Straty wiroprądowe: silnie powiązane z grubością blachy, według wzoru wyrażonego jako

Strata anomalna: pozostała część całkowitej straty w rdzeniu po odjęciu powyższych dwóch strat.

Całkowita strata prądów wirowych z uwzględnieniem strat anomalnych:

Wzór na stratę histerezy:

Wzór na całkowitą stratę:

Zmniejszenie grubości może zmniejszyć straty prądów wirowych i całkowite straty w rdzeniu, podczas gdy udoskonalenie domeny zwiększy utratę histerezy.

Tymczasem pocienianie blachy powoduje niestabilną rekrystalizację wtórną, pękanie taśmy podczas produkcji i inne wady, co wymaga ścisłej kontroli składu chemicznego i całego procesu produkcyjnego.

 

3. Wydajność nowych produktów B18R065 i B20R070

Firma Baoshan Iron & Steel opracowała gatunki B18R065 i B20R070 o niskich-rdzeniach-stratach, stosując technologie obejmujące innowacyjną kontrolę składu chemicznego, nagrzewanie indukcyjne, powlekanie-o wysokim napięciu i trasowanie laserowe:

 

Właściwości elektromagnetyczne B20R070 są w zasadzie równoważne zagranicznym produktom klasy 0,2 mm 070.

 

Porównanie właściwości mechanicznych: Nie ma znaczących różnic pomiędzy B18R065, B20R070 i B23R075. Proces ścinania powinien być ściśle kontrolowany, aby zagwarantować jakość przetwarzania.

 

Tabela 1 Wskaźniki właściwości mechanicznych stali elektrotechnicznej o cienkim-ziarnie-

Stopień	Wytrzymałość na rozciąganie (wzdłużna) / MPa	Granica plastyczności (wzdłużna) / MPa	Wydłużenie (wzdłużne) /%	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Zalety zastosowań B18R065 i B20R070 w transformatorach o wysokiej wydajności

 

GB 20052 to obowiązkowa norma krajowa, która wymaga znacznego ograniczenia strat-bez obciążenia i strat obciążenia, dzięki czemu stal elektrotechniczna o ultra-niskich stratach-w rdzeniu jest optymalnym wyborem materiału.

 

Biorąc za przykład zoptymalizowaną konstrukcję energooszczędnego-transformatora dystrybucyjnego o mocy 630 kVA: modernizacja gatunku stali elektrotechnicznej-o zorientowanym ziarnie umożliwia zaprojektowanie transformatora o wyższej gęstości strumienia magnetycznego, co zmniejsza-pole przekroju poprzecznego żelaznego rdzenia.

 

To dodatkowo zmniejsza wagę uzwojeń, kadzi transformatora, oleju izolacyjnego i innych komponentów, co skutkuje bardziej zwartą ogólną konstrukcją i poprawą wydajności kosztowej o 3% ~ 4%. Dlatego B18R065 i B20R070 służą jako preferowane materiały na rdzenie dla transformatorów-o wysokiej wydajności.

 

5. Wydajność aplikacji użytkownika

 

Wyniki testów transformatora rozdzielczego klasy 1 o efektywności energetycznej Model S-M-315/10-NX1 opracowanego we współpracy z producentami transformatorów:

• B18R065: Strata bez-obciążenia jest o 13% niższa niż wartość standardowa, a poziom hałasu wynosi zaledwie 42 dBA. Wszystkie wskaźniki techniczne przekraczają określone wymagania standardowe.
• B20R070: Jego właściwości elektromagnetyczne odpowiadają właściwościom importowanej stali elektrotechnicznej klasy 070 o grubości 0,2 mm.

Tabela 2 Parametry testowe transformatora dystrybucyjnego efektywności energetycznej S-M-315/10-NX1 klasy 1 z różnymi materiałami rdzenia

Klasa materiału rdzenia	Nie-Utrata obciążenia / W		Utrata obciążenia / W		Nie-Prąd obciążenia /%		Poziom hałasu / dBA
	Standard	Wymierzony	Standard	Wymierzony	Standard	Wymierzony	Standard	Wymierzony
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Importowany gatunek 070 o grubości 0,2 mm	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Wnioski i perspektywy

Ciągłe unowocześnianie obowiązkowych na całym świecie standardów dotyczących wysokowydajnych transformatorów dystrybucyjnych stało się kluczowym czynnikiem ciągłego doskonalenia parametrów materiałów rdzenia. Kolejne wersje chińskiej normy GB 20052 wyraźnie kierują produkcję transformatorów w kierunku niższych strat i wyższej niezawodności, tworząc szerokie możliwości zastosowania cienkościennych stali krzemowych premium o ziarnie zorientowanym.

 

Dzięki całkowicie opracowanej przez siebie technologii procesowej gatunki B20R070 i B18R065 firmy Baosteel osiągnęły zaawansowany poziom na arenie międzynarodowej i znalazły zastosowanie masowe w energooszczędnych transformatorach dystrybucyjnych Tier 1. W szczególności transformatory wykorzystujące B18R065 wykazały straty bez obciążenia o ponad 13% poniżej standardowego limitu, co stanowi znaczący przełom w dziedzinie materiałów domowych w zastosowaniach transformatorów wysokiej jakości i energooszczędnych. Baosteel stał się pierwszym na świecie producentem, który jest w stanie jednocześnie dostarczać ilościowo wysokoprzepuszczalną stal krzemową zorientowaną na ziarno o grubości 0,20 mm i 0,18 mm.

 

Patrząc w przyszłość, Baosteel będzie w dalszym ciągu zwiększać moce produkcyjne cienkościennych stali krzemowych o ziarnie zorientowanym o grubości 0,20 mm i 0,18 mm, w dalszym ciągu poprawiać spójność produktów i jakość powierzchni oraz przyspieszać rozwój produktów nowej generacji charakteryzujących się jeszcze niższymi stratami żelaza i wyższą indukcją magnetyczną, zapewniając silniejsze wsparcie materiałowe dla trwającej poprawy wydajności transformatorów.

 

 

Stal GNEEjako autoryzowany dystrybutor stali krzemowej o ziarnie zorientowanym Baosteel utrzymuje długoterminowe zapasy pełnego asortymentu cienkościennych gatunków o wysokiej przenikalności, w tym B18R065 i B20R070. Oferujemy usługi cięcia wzdłużnego, cięcia i innej obróbki, poparte profesjonalną pomocą techniczną. Zapraszamy wszystkich producentów transformatorów do składania zapytań lub odwiedzenia naszego zakładu. Zależy nam na zapewnieniu Państwu wysokiej jakości produktów i satysfakcjonującej obsługi.

 

Poproś o wycenę