На фоне глобальных усилий по содействию энергосбережению, сокращению выбросов и углеродной нейтральности, распределительные трансформаторы – как самое фундаментальное оборудование в энергосистемах – увидели, что их энергоэффективность стала центром международного внимания. В последние годы крупнейшие экономики мира последовательно ввели обязательные минимальные стандарты энергоэффективности для распределительных трансформаторов.

Соответственно, Китай обновил свой национальный стандарт GB 20052 «Минимально допустимые значения энергоэффективности и классы энергоэффективности для трехфазных распределительных трансформаторов», вводя более строгие требования как к потерям на холостом ходу, так и к потерям под нагрузкой. Повышение классов энергоэффективности трансформаторов напрямую способствует постоянному улучшению характеристик материалов сердечника.

 

В этом контексте независимо разработанные компанией Baosteel зерно-ориентированные кремниевые стали с низкими потерями в железе марок B18R065 и B20R070 с их превосходными электромагнитными свойствами и стабильными технологическими характеристиками успешно применяются в массовом производстве энергоэффективных распределительных трансформаторов уровня 1.

 

Являясь авторизованным торговым партнером Baosteel, GNEE Steel может стабильно поставлять обе эти марки текстурированной кремниевой стали, предлагая производителям трансформаторов эффективное и надежное материальное решение.

 

В этой статье систематически представлены принципы разработки, параметры производительности и результаты практического применения этих двух продуктов, что является справочной информацией для производителей трансформаторов при выборе материалов и проектировании.

 

 

1. Обзор разработки высокоэффективных распределительных трансформаторов

В последние годы, чтобы эффективно снизить потери электроэнергии при передаче и распределении, а также сократить выбросы CO₂, основные страны и регионы последовательно выпустили или пересмотрели обязательные стандарты высокоэффективных распределительных трансформаторов:

• Япония реализует программу «Top Runner» с 2014 года, постоянно повышая стандарты эффективности трансформаторов;
• Европейский Союз ввел в действие Регламент экодизайна – Уровень 2 для трансформаторов в 2021 году, установив более высокие пороговые значения потерь на холостом ходу и под нагрузкой;
• В 2024 году Соединенные Штаты внедрили новый стандарт Министерства энергетики для распределительных трансформаторов, полностью повысив требования к эффективности;
• Китай неоднократно пересматривал GB 20052, добавляя уровни энергоэффективности, повышая минимально допустимые значения и классифицируя трансформаторы по трем классам: уровень 1, уровень 2 и уровень 3.

 

Производство энергосберегающих распределительных трансформаторов требует не только передовых конструкторских решений и сложного производственного оборудования, но и высококачественных материалов сердечника. В настоящее время в сердечниках трансформаторов в основном используются тонкозернистые кремниевые стали и аморфные сплавы на основе железа. Хотя аморфные сплавы демонстрируют чрезвычайно низкие потери холостого хода, они имеют ограничения с точки зрения производимой ширины, ударной вязкости, влагостойкости и магнитострикции, которые влияют на стабильность качества и общую применимость.

 

В области текстурированной кремниевой стали ведущие международные производители, такие как Nippon Steel, представили марки 23ZDKH075 и 20ZDKH070, а JFE предлагает 20JCSE070. На внутреннем рынке компания Baosteel, после более чем десяти лет независимых исследований и разработок, полностью освоила всю технологию производства текстурированной кремнистой стали и создала полное семейство продуктов толщиной от 0,18 мм до 0,35 мм.

 

Среди них тонкие сорта премиум-класса достигли стабильного объемного производства и успешно применяются в энергоэффективных распределительных трансформаторах уровня 1. Таким образом, компания Baosteel стала одним из немногих мировых производителей, способных одновременно поставлять в больших объемах высокопроницаемую кремниевую сталь с ориентированной зернистой структурой толщиной 0,20 мм и 0,18 мм.

 

2. Принципы материального развития

Типичная толщина текстурированной кремнистой стали составляет 0,23 мм, 0,27 мм и 0,30 мм с содержанием кремния около 3,0 %. Микроструктура имеет сильную текстуру Госса с направлением легкого намагничивания, параллельным направлению прокатки, что приводит к высокой магнитной индукции вдоль направления прокатки. В процессе намагничивания образуются магнитные домены, а поверхностное изолирующее покрытие служит как электроизоляции, так и измельчению магнитных доменов.

 

 

Основные технические подходы к снижению потерь железа в текстурированной кремнистой стали включают три аспекта:Улучшите степень ориентации зерна; поверхность изделия гладкая, без базового покрытия; толщина уменьшается до 0,15–0,20 мм, а содержание кремния увеличивается до 3,4–3,5%.

Потери в сердечнике состоят из потерь на гистерезис (\\(P_h\\)), потерь на вихревые токи (\\(P_e\\)) и аномальных потерь (\\(P_a\\)): • Потери на гистерезис: зависят от кристаллической структуры, примесей, внутреннего напряжения, размера зерна и других факторов; • Потери на вихревые токи: сильно коррелируют с толщиной листа, формула выражается как

Аномальные потери: остаточная часть общих потерь в сердечнике после вычета двух вышеупомянутых потерь.

Общие потери на вихревые токи с учетом аномальных потерь:

Формула потерь на гистерезис:

Формула полной потери:

Уменьшение толщины может снизить потери на вихревые токи и общие потери в сердечнике, тогда как уменьшение толщины домена увеличит потери на гистерезис.

Между тем, утончение листа имеет тенденцию вызывать нестабильную вторичную рекристаллизацию, поломку полосы в процессе производства и другие дефекты, что требует строгого контроля за химическим составом и всем производственным процессом.

 

3. Производительность новых продуктов B18R065 и B20R070.

Компания Baoshan Iron & Steel разработала марки B18R065 и B20R070 с низкими-сердечными-потерями, применив такие технологии, как инновационный контроль химического состава, индукционный нагрев, нанесение покрытия под высоким-высоким напряжением и лазерное нанесение:

 

Электромагнитные свойства B20R070 в основном эквивалентны зарубежным изделиям марки 070 толщиной 0,2 мм.

 

Сравнение механических свойств: Между B18R065, B20R070 и B23R075 существенных различий не существует. Процесс резки должен строго контролироваться, чтобы гарантировать качество обработки.

 

Таблица 1. Показатели механических свойств тонкой -зернистой-ориентированной электротехнической стали

Оценка	Предел прочности (продольный)/МПа	Предел текучести (продольный)/МПа	Удлинение (продольное) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Преимущества применения B18R065 и B20R070 в высокоэффективных трансформаторах.

 

GB 20052 – это обязательный национальный стандарт, который требует значительного снижения потерь при ну-нагрузке и потерь нагрузки, что делает электротехническую сталь со сверх-низкими-потерями в сердечнике оптимальным выбором материала.

 

Возьмем в качестве примера оптимизированную конструкцию энергосберегающего распределительного трансформатора мощностью 630 кВА: модернизация зернистой-сорта электротехнической стали позволяет спроектировать трансформатор с более высокой плотностью магнитного потока, что уменьшает-площадь поперечного сечения железного сердечника.

 

Это еще больше снижает вес обмоток, баков трансформатора, изоляционного масла и других компонентов, что приводит к более компактной общей конструкции и снижению затрат на 3–4%. Поэтому B18R065 и B20R070 являются предпочтительными материалами сердечника для высокоэффективных трансформаторов.

 

5. Производительность пользовательских приложений

 

Результаты испытаний распределительного трансформатора энергоэффективности класса 1 модели S-M-315/10-NX1, разработанного в сотрудничестве с производителями трансформаторов:

• B18R065: Потери без-нагрузки на 13 % ниже стандартного значения, а уровень шума составляет всего 42 дБА. Все технические показатели превышают установленные стандартные требования.
• B20R070: Его электромагнитные характеристики эквивалентны импортной электротехнической стали марки 070 толщиной 0,2 мм.

Таблица 2. Параметры испытаний энергоэффективного распределительного трансформатора S-M-315/10-NX1 класса 1 с различными материалами сердечника

Марка основного материала	Нет-Потери нагрузки/Вт		Потеря нагрузки / Вт		Нет-Ток нагрузки / %		Уровень шума / дБА
	Стандартный	Измеренный	Стандартный	Измеренный	Стандартный	Измеренный	Стандартный	Измеренный
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Импортный 0,2 мм Марка 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Выводы и перспективы

Постоянное обновление обязательных стандартов высокоэффективных распределительных трансформаторов во всем мире стало ключевым фактором постоянного улучшения характеристик материалов сердечника. Последующие редакции китайского стандарта GB 20052 четко направляют производство трансформаторов на снижение потерь и повышение надежности, создавая широкие возможности применения тонких кремниевых сталей премиум-класса с ориентированной зернистой структурой.

 

Благодаря полностью разработанной технологической технологии марки Baosteel B20R070 и B18R065 достигли передового международного уровня и получили массовое применение в энергоэффективных распределительных трансформаторах уровня 1. В частности, трансформаторы, в которых используется B18R065, продемонстрировали потери на холостом ходу более чем на 13 % ниже стандартного предела, что стало значительным прорывом в области отечественных материалов в высококлассных энергоэффективных трансформаторах. Baosteel стала первым в мире производителем, способным одновременно поставлять в больших объемах высокопроницаемую кремниевую сталь с ориентированной зернистой структурой толщиной 0,20 мм и 0,18 мм.

 

Заглядывая в будущее, Baosteel продолжит расширять производственные мощности по производству кремниевых сталей с тонкой зернистой структурой толщиной 0,20 мм и 0,18 мм, дополнительно улучшать консистенцию продукции и качество поверхности, а также ускорять разработку продуктов следующего поколения с еще меньшими потерями в железе и более высокой магнитной индукцией, обеспечивая более надежную материальную поддержку для постоянного повышения эффективности трансформаторов.

 

 

ГНЭЭ СтальЯвляясь авторизованным дистрибьютором зернистой кремниевой стали Baosteel, мы поддерживаем долгосрочный запас полного ассортимента тонколистовых марок стали с высокой проницаемостью, включая B18R065 и B20R070. Мы предлагаем услуги по продольной резке, резке и другие услуги по обработке при профессиональной технической поддержке. Мы приглашаем всех производителей трансформаторов задать вопрос или посетить наше предприятие. Мы стремимся предоставить вам высококачественную продукцию и удовлетворительное обслуживание.

 

Запросить цену