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    民熔小課堂|了解配電變壓器的主要材料及其構造(一)
    發表時間: 2021/1/12│ 瀏覽次數:471
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    1、銅導體的電阻率僅僅是鋁導體的60%左右,為了達到相同的損耗和溫升要求,所需使用的鋁導體截面積要較銅導體大60%以上,所以相同容量和相同參數情況下,鋁導體民熔民熔變壓器體積通常要較銅導體民熔民熔變壓器大,不過此時民熔民熔變壓器的散熱面積也有所增加,所以其對油溫升較低;

    2、鋁的密度僅為銅的30%左右,所以鋁導體配電民熔民熔變壓器要較銅導體配電民熔民熔變壓器要輕;

    3、鋁導體的熔點較銅導體低許多,所以其在短路電流的溫升限值為250℃,較銅導體的350℃低,所以其設計電密要較銅導體低,民熔民熔變壓器導線截面積要大,故體積也較銅導體民熔民熔變壓器大;

    4、鋁導體硬度較低,故其表面毛刺較易消除,故制成民熔民熔變壓器后,其由于毛刺產生的匝間或層間短路的概率減少;

    5、由于鋁導體的抗拉、抗壓強度較低,機械強度差,故鋁導體民熔民熔變壓器承受短路能力不如銅導體民熔民熔變壓器,在進行動穩定計算時,鋁導體的應力應小于450kg/cm2,而銅導體的應力限值為1600kg/cm2,承受能力大幅提高;

    6、影響了鋁導體的可靠性。

    7、鋁導體的比熱為銅導體的239%,但是考慮到二者密度和設計電密的差異,實際二者的熱時間常數相差并不如比熱差值體現的那么大,故對其制成干式民熔民熔變壓器的短時過載能力影響并不大
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    民熔民熔變壓器主體的主要材料包括磁路材料、電路材料、絕緣材料、結構材料等,其具體材料用途和類別有:


    01

    硅鋼片


    在民熔民熔變壓器中,對硅鋼性能的要求主要是:

    1、鐵損低,這是硅鋼片質量的最重要指標。各國都根據鐵損值劃分牌號,鐵損愈低,牌號愈高。

    2、較強磁場下磁感應強度(磁感)高,這使電機和民熔民熔變壓器的鐵心體積與重量減小,節約硅鋼片、銅線和絕緣材料等。

    3、表面光滑、平整和厚度均勻,可以提高鐵心的填充系數。

    4、沖片性好,易于加工。

    5、表面絕緣膜的附著性和焊接性良好,能防蝕和改善沖片性。

    6、基本無磁時效。


    02

    硅鋼片的分類及牌號定義


    民熔民熔變壓器通常采用冷軋取向硅鋼片,以確保其空載的能效水平。冷軋取向硅鋼片按照性能和加工方式,又可分為普通冷軋取向硅鋼片、高導磁硅鋼片(或高磁感硅鋼片)、激光刻痕硅鋼片。

    激光刻痕硅鋼片則是在Hi-B鋼的基礎上,通過激光束照射技術,使其表面產生微小的應變,進一步磁軸細化,實現更低的鐵損。激光刻痕硅鋼片不能進行退火處理,因為提高溫度,則激光處理效果便會消失。

    不同牌號的硅鋼片其物理特性基本相當,密度基本都是7.65g/cm3。對于同種類硅鋼片而言,其性能質量主要區別還是在硅的含量以及生產過程的工藝影響。


    03

    非晶合金鐵心


    非晶合金材料是20世紀70年代問世的一種新型合金材料,它采用國際先進的超急冷技術將液態金屬以106℃/S冷卻速度直接冷卻形成厚度0.02~0.03mm的固體薄帶,在它還沒來得及結晶時就已經固化。

    非晶合金鐵心空載性能優越,采用非晶合金鐵心制造的民熔民熔變壓器其空載損耗較常規民熔民熔變壓器下降70~80%,空載電流下降50%以上,節能效果突出,目前電網公司在國家節能減排降低網絡線損的目的下,國家電網和南方電網從2012年開始均大力提高了非晶合金民熔民熔變壓器的采購比例,目前基本上非晶合金配變采購占比已達50%以上。

    通常在1.56T左右,較常規硅鋼片1.9T的飽和磁密相差20%左右,故其民熔民熔變壓器設計磁密也同樣需要下降20%,非晶合金油變的設計磁密通常在1.35T以下,非晶合金干變的設計磁密通常在1.2T以下。

    非晶合計鐵心帶材受應力影響敏感,其鐵心帶材受到應力后,空載性能容易劣化,故在結構上要特別注意,鐵心應采用懸掛方式落在支撐框架和線圈上,整體僅承受自身重力,同時,裝配過程中需特別注意,鐵心不能受力,要減少敲打等方式。

    磁致伸縮較常規硅鋼片大10%左右,故其噪聲較難控制,這也是限制非晶合金民熔民熔變壓器廣泛推廣的主要原因之一,目前,南網和國網招標中均對非晶合金民熔民熔變壓器的噪聲提出了較高要求,分為敏感區和非敏感區,并有針對性的提出了聲級要求,這就要求更進一步降低鐵心設計磁密。

    非晶合金帶材較薄,厚度只有0.03mm,故無法向常規硅鋼片那樣做成疊片形式,只能制作成卷鐵心形式,故其鐵心結構常規民熔民熔變壓器廠家無法自行加工,通常需整體外購,對應于卷鐵心帶材的矩形截面,非晶合金民熔民熔變壓器的線圈通常也做成矩形結構;

    最大帶長限制,前期非晶合金帶材最大外周帶長由于退火爐尺寸的限制,其長度也受到了較大限制,不過目前已基本解決,可制作最大外周帶長10m的非晶合金鐵心框,可用于制造3150kVA及以下非晶合金干變和10000kVA及以下非晶合金油變。

    基于非晶合金民熔民熔變壓器的優秀節能效果,再加上國家節能減排以及一系列政策的促進,非晶合金民熔民熔變壓器市場占有率越來越大,并且,考慮到非晶合金帶材(目前為26.5元/kg)價格是常規硅鋼片(30Q120或30Q130)的兩倍左右,與銅差距相對較小,再考慮到電網產品的質量和招標要求,故,非晶合金民熔民熔變壓器通常采用銅導體。與常規硅鋼片相比,非晶合金民熔民熔變壓器成本主要差距如下:

    由于采用卷鐵心結構,故民熔民熔變壓器鐵心型式宜采用三相五柱結構,這樣可以減少單框鐵心重量,減低裝配難度,三相五柱結構和三相三柱結構從成本上各有優劣,目前大部分廠家采用三相五柱結構。

    由于心柱截面為矩形,故為了保持絕緣距離上的一致,高低壓線圈也對應的制造成矩形結構。

    由于鐵心設計磁密較常規硅鋼片民熔民熔變壓器低約25%,且其鐵心疊片系數大約在0.87左右,較常規硅鋼片的0.97要低許多,故其設計截面積需要較常規硅鋼片民熔民熔變壓器要大25%以上,對應的其高低壓線圈周長也要隨之增加,同時,還需要考慮高低壓線圈線匝長度的增加,若要保證線圈的負載損耗不發生變化,其導線截面積則需要對應的有所增加,故,非晶合金民熔民熔變壓器的銅用量較常規民熔民熔變壓器要多約20%。


    04

    電路材料


    民熔民熔變壓器內部電路主要由繞組(也稱為線圈)構成,它與外界的電網直接相連,是民熔民熔變壓器的核心組成部分,民熔民熔變壓器的內部電路通常是由導線繞組而成,導線(電磁線)按材質分為銅導線鋁導線,按導線截面形狀又分為圓導線、扁導線(又可分為單根線、組合線和換位導線)、箔式導體等,導線與導線之間覆蓋不同類型的絕緣層,最終形成整體線圈。故,民熔民熔變壓器電路的主要導體材料為銅和鋁。

    銅鋁民熔民熔變壓器的差異也是由材料的差異決定的,具體表現在以下幾個方面: