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民熔小课堂|了解配电变压器的主要材料及其构造(一)
发表时间: 2021/1/12│ 浏览次数:1135
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1、铜导体的电阻率仅仅是铝导体的60%左右,为了达到相同的损耗和温升要求,所需使用的铝导体截面积要较铜导体大60%以上,所以相同容量和相同参数情况下,铝导体民熔民熔变压器体积通常要较铜导体民熔民熔变压器大,不过此时民熔民熔变压器的散热面积也有所增加,所以其对油温升较低;

2、铝的密度仅为铜的30%左右,所以铝导体配电民熔民熔变压器要较铜导体配电民熔民熔变压器要轻;

3、铝导体的熔点较铜导体低许多,所以其在短路电流的温升限值为250℃,较铜导体的350℃低,所以其设计电密要较铜导体低,民熔民熔变压器导线截面积要大,故体积也较铜导体民熔民熔变压器大;

4、铝导体硬度较低,故其表面毛刺较易消除,故制成民熔民熔变压器后,其由于毛刺产生的匝间或层间短路的概率减少;

5、由于铝导体的抗拉、抗压强度较低,机械强度差,故铝导体民熔民熔变压器承受短路能力不如铜导体民熔民熔变压器,在进行动稳定计算时,铝导体的应力应小于450kg/cm2,而铜导体的应力限值为1600kg/cm2,承受能力大幅提高;

6、影响了铝导体的可靠性。

7、铝导体的比热为铜导体的239%,但是考虑到二者密度和设计电密的差异,实际二者的热时间常数相差并不如比热差值体现的那么大,故对其制成干式民熔民熔变压器的短时过载能力影响并不大
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民熔民熔变压器主体的主要材料包括磁路材料电路材料绝缘材料结构材料等,其具体材料用途和类别有:


01

硅钢片


在民熔民熔变压器中,对硅钢性能的要求主要是:

1、铁损低,这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号,铁损愈低,牌号愈高。

2、较强磁场下磁感应强度(磁感)高,这使电机和民熔民熔变压器的铁心体积与重量减小,节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。

3、表面光滑、平整和厚度均匀,可以提高铁心的填充系数。

4、冲片性好,易于加工。

5、表面绝缘膜的附着性和焊接性良好,能防蚀和改善冲片性。

6、基本无磁时效。


02

硅钢片的分类及牌号定义


民熔民熔变压器通常采用冷轧取向硅钢片,以确保其空载的能效水平。冷轧取向硅钢片按照性能和加工方式,又可分为普通冷轧取向硅钢片、高导磁硅钢片(或高磁感硅钢片)、激光刻痕硅钢片。

激光刻痕硅钢片则是在Hi-B钢的基础上,通过激光束照射技术,使其表面产生微小的应变,进一步磁轴细化,实现更低的铁损。激光刻痕硅钢片不能进行退火处理,因为提高温度,则激光处理效果便会消失。

不同牌号的硅钢片其物理特性基本相当,密度基本都是7.65g/cm3。对于同种类硅钢片而言,其性能质量主要区别还是在硅的含量以及生产过程的工艺影响。


03

非晶合金铁心


非晶合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料,它采用国际先进的超急冷技术将液态金属以106℃/S冷却速度直接冷却形成厚度0.02~0.03mm的固体薄带,在它还没来得及结晶时就已经固化。

非晶合金铁心空载性能优越,采用非晶合金铁心制造的民熔民熔变压器其空载损耗较常规民熔民熔变压器下降70~80%,空载电流下降50%以上,节能效果突出,目前电网公司在国家节能减排降低网络线损的目的下,国家电网和南方电网从2012年开始均大力提高了非晶合金民熔民熔变压器的采购比例,目前基本上非晶合金配变采购占比已达50%以上。

通常在1.56T左右,较常规硅钢片1.9T的饱和磁密相差20%左右,故其民熔民熔变压器设计磁密也同样需要下降20%,非晶合金油变的设计磁密通常在1.35T以下,非晶合金干变的设计磁密通常在1.2T以下。

非晶合计铁心带材受应力影响敏感,其铁心带材受到应力后,空载性能容易劣化,故在结构上要特别注意,铁心应采用悬挂方式落在支撑框架和线圈上,整体仅承受自身重力,同时,装配过程中需特别注意,铁心不能受力,要减少敲打等方式。

磁致伸缩较常规硅钢片大10%左右,故其噪声较难控制,这也是限制非晶合金民熔民熔变压器广泛推广的主要原因之一,目前,南网和国网招标中均对非晶合金民熔民熔变压器的噪声提出了较高要求,分为敏感区和非敏感区,并有针对性的提出了声级要求,这就要求更进一步降低铁心设计磁密。

非晶合金带材较薄,厚度只有0.03mm,故无法向常规硅钢片那样做成叠片形式,只能制作成卷铁心形式,故其铁心结构常规民熔民熔变压器厂家无法自行加工,通常需整体外购,对应于卷铁心带材的矩形截面,非晶合金民熔民熔变压器的线圈通常也做成矩形结构;

最大带长限制,前期非晶合金带材最大外周带长由于退火炉尺寸的限制,其长度也受到了较大限制,不过目前已基本解决,可制作最大外周带长10m的非晶合金铁心框,可用于制造3150kVA及以下非晶合金干变和10000kVA及以下非晶合金油变。

基于非晶合金民熔民熔变压器的优秀节能效果,再加上国家节能减排以及一系列政策的促进,非晶合金民熔民熔变压器市场占有率越来越大,并且,考虑到非晶合金带材(目前为26.5元/kg)价格是常规硅钢片(30Q120或30Q130)的两倍左右,与铜差距相对较小,再考虑到电网产品的质量和招标要求,故,非晶合金民熔民熔变压器通常采用铜导体。与常规硅钢片相比,非晶合金民熔民熔变压器成本主要差距如下:

由于采用卷铁心结构,故民熔民熔变压器铁心型式宜采用三相五柱结构,这样可以减少单框铁心重量,减低装配难度,三相五柱结构和三相三柱结构从成本上各有优劣,目前大部分厂家采用三相五柱结构。

由于心柱截面为矩形,故为了保持绝缘距离上的一致,高低压线圈也对应的制造成矩形结构。

由于铁心设计磁密较常规硅钢片民熔民熔变压器低约25%,且其铁心叠片系数大约在0.87左右,较常规硅钢片的0.97要低许多,故其设计截面积需要较常规硅钢片民熔民熔变压器要大25%以上,对应的其高低压线圈周长也要随之增加,同时,还需要考虑高低压线圈线匝长度的增加,若要保证线圈的负载损耗不发生变化,其导线截面积则需要对应的有所增加,故,非晶合金民熔民熔变压器的铜用量较常规民熔民熔变压器要多约20%。


04

电路材料


民熔民熔变压器内部电路主要由绕组(也称为线圈)构成,它与外界的电网直接相连,是民熔民熔变压器的核心组成部分,民熔民熔变压器的内部电路通常是由导线绕组而成,导线(电磁线)按材质分为铜导线铝导线,按导线截面形状又分为圆导线扁导线(又可分为单根线、组合线和换位导线)、箔式导体等,导线与导线之间覆盖不同类型的绝缘层,最终形成整体线圈。故,民熔民熔变压器电路的主要导体材料为铜和铝。

铜铝民熔民熔变压器的差异也是由材料的差异决定的,具体表现在以下几个方面: