2015-08-13
1973
По материалам VI Международной конференции ТРАВЭК «Энергосбережение в электроэнергетике и промышленности». Москва, 17-18 марта 2010 года.
1.Вступление
Распоряжением Правительства РФ от 1 декабря 2009 г. № 1830-р «План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации» предусматривается разработка, и реализация комплекса мер по созданию благоприятных условий для развития производства энергосберегающих устройств и стимулированию роста предложения в соответствии с потенциальным спросом. В Плане дано указание на формирование предложений по ограничению (запрету) оборота энергетических устройств, характеризующихся неэффективным использованием энергоресурсов.
Распределительные трансформаторы мощностью 25—630 кВА напряжением 6 - 10 кВ - наиболее массовая серия производимых и эксплуатируемых трансформаторов в нашей стране и за рубежом. Общее количество распределительных трансформаторов в России составляет более чем 4 млн. шт.
Ежегодное потребление электроэнергии в России находится на уровне 900 миллиардов кВт-ч, при этом общие потери электроэнергии в распределительных трансформаторах оцениваются в 7,5 миллиардов кВт-ч и примерно 50% - это потери в магнитопроводах.
Ежегодные затраты на обслуживание одного распределительного трансформатора с магнитопроводом из холоднокатаной электротехнической стали составляют примерно 8% от его первоначальной стоимости.
Наиболее перспективный путь снижения затрат на производство и эксплуатацию распределительных трансформаторов - это применение магнитопроводов из аморфных (нанокристаллических) сплавов, при этом обеспечивается более чем пятикратное снижение потерь холостого хода трансформаторов по сравнению с традиционными магнитопроводами из электротехнической стали.
2.Что такое аморфные сплавы и как их получают?
Аморфные сплавы - это сплавы, имеющие случайную (некристаллическую) структуру. Типичный пример аморфного состояния вещества – это стекло. Поэтому часто такие сплавы называют стеклообразными. В состав сплава входят две группы элементов: переходные металлы (Fe, Co…) и так называемые аморфообразующие элементы – аморфизаторы (B, C, Si…). Аморфная структура сплава получается только при определенной скорости его охлаждения – до десятков и даже сотен тысяч градусов в секунду. На Рис.1 показана структура обычного и аморфного сплава:
Рис.1
Первый магнитомягкий нанокристаллический сплав разработали и запатентовали в 1986 году инженеры японской компании Hitachi Metals Иошизава, Ямаучи и Огума. В России специалистами ЦНИИчермет им. И.П.Бардина разработан сплав системы FeSiB, обеспечивающий рабочую индукцию магнитопровода не менее 1,45Тл.
Аморфные сплавы в виде ленты получают, например, охлаждением струи жидкого металла на поверхности вращающегося барабана. Подобная технология используется компанией Metglas Ink.(США). Упрощенная схема технологического процесса и сама установка показаны на Рис1. и Рис.2:
Рис.2
Рис.3
3. Применение аморфных сплавов при производстве трансформаторов.
Для магнитопроводов трансформаторов используется, как правило, лента из аморфного сплава Fe78-B13-Si9 шириной 142, 170 и 213мм в виде рулонов. Так как лента изготавливается очень малой толщины (0,024мм), поэтому в рулон она свертывается из пяти слоев; таким образом ее толщина увеличивается в 5 раз (0,12мм) - Рис.4:
Рис.4
Для раскроя ленты используется, как правило, специальное оборудование; весь процесс максимально автоматизирован – Рис.5:
Рис.5
На Рис.6 показаны готовые к монтажу части магнитной системы трансформаторов:
Рис.6
На Рис.7 и 8 – магнитная система в сборе и готовый трансформатор:
Рис.7
Рис.8
4. Заключение
Как уже отмечалось выше, применение аморфных(нанокристаллических) сплавов позволяет резко снизить потери в трансформаторах (По данным Metglas Inc., Табл.1):
| Мощность трансформатора | Типичные основные потери – обычная трансформаторная сталь SiFe | Типичные основные потери - аморфное железо | Потери -сокращение в % |
| (3 фазы 11кВ) | (in D0-E0 Rang) | Металл | |
| кВА | 72% | ||
| кВА | 72% | ||
| кВА | 72% | ||
| кВА | 75% | ||
| кВА | 71% | ||
| кВА | 1,000 | 77% | |
| 1.000 кВА | 1.700 | 80% | |
| 1,600 кВА | 2,100 | 77% | |
| 2,500 кВА | 2,700 | 80% |
Сегодня в линейке производителей Россия занимает одно из последних мест –400т/год. Для примера: в США производится 80 000 т/год, Китае – 35 000 т/год. Задача стоит в наращивании производства этих современных материалов и постепенному переходу на применение их в магнитопроводах современных трансформаторов.
Анализ статьи:
Текст статьи соответствует указанной теме. В статье рассматривается вопрос применения аморфных металлов в производстве магнитопроводов трансформаторов с целью снизить потери электроэнергии. Статья является актуальной. В статье приведены многочисленные рисунки и таблица потерь в трансформаторах с сердечниками из обычной стали и аморфных металлов.
