Cómo Optimizar el Transformador del Diseño de la Estructura para Reducir el Aumento de Temperatura?

—Clave De Análisis De La Tecnología

En la transmisión de energía y sistemas de distribución, los transformadores de núcleo de los equipos cuya temperatura de funcionamiento afecta directamente a la fiabilidad, la eficiencia energética y vida útil. Los datos de la investigación de la Agencia Internacional de Energía (AIE) muestra que por cada 10K de reducción en el transformador de subida de la temperatura, la tasa de envejecimiento de los materiales de aislamiento retarda por el 50%, mientras que mejora la eficiencia de un 0,3%-0.7%. Con el global de la energía de transición de la aceleración de la eficiencia energética y reglamentos cada vez más estrictos (por ejemplo, la unión europea de diseño ecológico 2021 regulación requiere de un 10%-20% de reducción en las pérdidas sin carga para transformadores de distribución), aumento de la temperatura de control se ha convertido en un crítico de diseño métrica. En este artículo se analiza sistemáticamente las soluciones de ingeniería para el transformador estructurales de optimización y aumento de la temperatura de control desde perspectivas interdisciplinarias, incluyendo la ciencia de los materiales, electromagnetismo y termodinámica, proporcionando conocimientos técnicos para la industria.

Contenido

1. Núcleo de Optimización del Sistema: a partir De Material de la Innovación para el Diseño Estructural

1.1 Micro-Mecanismos y Macro-Beneficios de la Alta Permeabilidad de Acero al Silicio

Pérdidas en el núcleo de la cuenta de 30%-50% del total de las pérdidas del transformador, lo avanzado de acero al silicio hojas de una medida fundamental para reducir el aumento de temperatura. A nivel microscópico, laminados en frío de grano orientado (CRGO) acero al silicio logra más del 85% de Goss alineación (en comparación con el 30%-40% en el convencional de acero al silicio), de garantizar la magnetización de la dirección se alinea con el fácil eje y la reducción de pérdidas de histéresis en un 40%-60%. La investigación por JFE Steel Corporation muestra que la 0,23 mm-de espesor 30JG120 de acero al silicio presenta una pérdida de unidad de sólo 1.10 W/kg en el 1,7 T de la densidad de flujo de trabajo, una reducción del 25% en comparación con los tradicionales 0,3 mm de acero al silicio.

Los parámetros clave para la práctica de la ingeniería de aplicaciones incluyen:

(1) el Espesor de selección:0.23 mm, de acero al silicio reduce la corriente de foucault, las pérdidas en un 15% en comparación con el 0,27 mm, pero aumenta los costos en un 20%.

(2) la tecnología de Recubrimiento:de Fosfato, silicato compuesto recubrimientos de aislamiento lograr interlamination resistencia superior a 100 Ω·cm2.

(3) Magnetostricción de control:gramilado Láser reduce la magnetostricción coeficiente por debajo de 0,5 ppm, minimizar la vibración inducida por la calefacción.

1.2 Dinámica de Fluidos y electromagnetismo Análisis de la Estructura de Articulación de la Innovación

No uniforme de la distribución de flujo en el núcleo de las articulaciones crea localizados los puntos calientes. Multifísica de optimización puede significativamente a mitigar este problema. 45° de inglete diseño de la junta, se reduce el flujo de ángulo de giro de 90° a 45°, bajando el pico de la densidad de flujo en el conjunto de 1.8 T 1.5 T y la reducción de pérdidas localizadas en un 35%. ABB’s la práctica muestra que un cinco-paso escalonado de la articulación con un 0,5 mm brecha se reduce la corriente sin carga en un 12%, correspondiente a un 4-6K caída en el núcleo de la subida de la temperatura.

Puntos clave de técnicos:

(1) ángulo de la Articulación de optimización:45° de inglete articulaciones reducir transversal de fuga de flujo en un 50% en comparación con las juntas a tope.

(2) paso a paso de diseño:Tres-paso articulaciones suave flujo de transición, la reducción de la articulación de la subida de la temperatura por 3-5K.

(3) el tratamiento con Láser:Local de la irradiación con láser refina el tamaño de grano a 20-30µm en áreas articulares.

2. Sistema de liquidación de Diseño: De Conductor de Selección a la Térmica de la Optimización de los campos

2.1 Electro-Acoplamiento Térmico Principios del Conductor Materiales

The AC resistance of winding conductors directly affects load losses, requiring consideration of skin and proximity effects. When the conductor thickness d exceeds 1.5 times the penetration depth δ (δ ≈ 9.3mm for copper at 50Hz), AC resistance increases sharply. Transposed conductors address this issue by periodically rotating strands (every 5-10mm), equalizing current distribution and limiting circulating losses to <5% of total losses.

2.1.1 consideraciones de Ingeniería:

(1) Conductor de la forma:Plana cables de cobre con un 3:1 ancho-espesor en la relación de reducir la resistencia de CA en un 15% en comparación con alambres redondos.

(2) la Transposición de tono:Para los devanados transporte >1000A, un tono ≤8 mm se recomienda.

(3) sistema de Aislamiento:Nomex® aislamiento de papel (180°C rating) en 0,05 mm de espesor alcanza un factor de relleno de 0,85.

2.1.2 corregido resistencia de CA de la fórmula:

Rac = Rdc[1 + 0.00393(T-20)]·(1 + kₛ·F(d/δ) + kₚ·G(s/d))

Donde:

k = coeficiente de efecto de piel de (0.8-1.2)

k = efecto de proximidad coeficiente de (0.5-1.0)

F, G = empírica de las funciones de

2.2 Activos Térmica De Campo Estrategias De Control

Análisis CFD muestra tradicionales continua de los devanados de la exposición axial de los gradientes de temperatura de 15-20K, mientras axial split devanados dirigida conductos de aceite límite de este a 8K. Siemens Energy caso de estudio en una 800kVA transformador demostrado una 12K reducción en el hotspot de la temperatura de uso:

(1) Radial de partición:Cuatro caminos paralelos reducir la densidad de corriente de 3.2 2.6 A/mm2.

(2) Axial conductos de aceite:6mm conductos verticales aumento de aceite velocidad de 0,1 m/s 0,25 m/s.

(3) el Final de blindaje:Cobre electrostática anillos de reducir el final de la intensidad de campo de 3.5 kV/cm a 2.0 kV/cm.

3. Sistema de enfriamiento de Innovaciones: De Pasivo a Smart Control

3.1 Multi-Escala de la Optimización del Flujo de Aceite de los Sistemas de

La disipación de calor en el aceite inmerso transformadores depende del flujo de aceite de la organización. Optimizado dirigida refrigeración mejora el coeficiente de transferencia de calor h del 30% -50%:

Nu = 0.023·Re^0.8·Pr^0.4

(Nu = número de Nusselt, Re = número de Reynolds, Pr = el número de Prandtl)

Prácticas fundamentales:

(1) conducto de Aceite de tamaño:6-8mm conductos de optimizar la turbulencia (Re≈4000).

(2) velocidad de Flujo:0.2-0.3 m/s saldos y caída de la presión de transferencia de calor.

(3) Avanzado aceites:los ésteres Sintéticos ofrecen 15% de baja viscosidad y un 20% superior h de aceite mineral.

3.2 Respuesta Dinámica de Sistemas de Refrigeración Inteligente

Io-los sistemas basados en ajuste de enfriamiento en tiempo real:

(1) Fan control:Intermittent operation at <60% load reduces energy use by 40%.

(2) la Variable-velocidad de bombas:control de la Frecuencia de los cortes de energía de la bomba en un 50% a carga parcial.

(3) el Calor de tubos:Manejar hotspot de flujos de calor de hasta 50W/cm2.

4. Evolución de los Estándares y Tendencias de Futuro

4.1 más Reciente de los estándares de eficiencia de imponer límites más estrictos:

(1) IEC 60076-14:2019:tiempo Real hotspot de monitoreo requerido.

(2) IEEE C57.91-2011:Top-aceite de aumento de la temperatura límite reducido de 60°C a 55°C.

(3) China GB 20052-2020:Nivel 1, los transformadores deben cortar pérdidas sin carga en un 20%.

4.2 tecnologías Emergentes:

(1) Digital de gestión térmica:en tiempo Real de la temperatura de predicción de campo a través de digital gemelos.

(2) Nanofluids:30%+ más altos coeficientes de transferencia de calor.

(3) los Superconductores de Alta temperatura superconductor de transformadores de eliminar el cobre de las pérdidas.

En Resumen

La optimización de la subida de la temperatura requiere un enfoque holístico “material-estructura-control” enfoque. Combinación de medidas puede reducir el aumento de temperatura por 15-25K, mejorar la eficiencia del 0,8%-1.5%, y el corte anual de emisiones de CO₂ por 5-10 toneladas (por 1000kVA transformador). Los fabricantes deberían adoptar multifísica diseño de plataformas para integrar el control de la temperatura en todo el ciclo de vida del producto.

Contacto

LuShan, est. En 1975, es un Chino fabricante profesional que se especializa en los transformadores de potencia y reactores de más de 50 años. Los productos principales son transformador monofásico, trifásico de transformadores de aislamiento, transformador eléctrico, transformador de distribución, el paso hacia abajo y paso transformador de baja tensión del transformador, transformador de alto voltaje, transformador de control, transformador toroidal, R-transformador con núcleo; DC inductores, CA reactores, filtrado de reactor de línea y de carga del reactor, estrangulaciones, el filtrado de los reactores y de los intermedios, de alta frecuencia de los productos.

Nuestros transformadores de potencia y reactores son ampliamente utilizados en las 10 áreas de aplicación: rapid transit, maquinaria de construcción, energía renovable, de fabricación inteligentes, equipos médicos, la mina de carbón de la explosión de la prevención, el sistema de excitación, de vacío, de sinterización(horno), aire acondicionado central.

Saber más acerca de transformadores de potencia y reactores: www.lstransformer.com.

Si desea obtener soluciones personalizadas para transformadores o reactores, póngase en contacto con nosotros.
WhatsApp：+86 13787095096
Correo electrónico: marketing@hnlsdz.com