151734 (Современные конструкции и особенности силовых трансформаторов распределительных электрических сетей), страница 3

Новые направления в зарубежных разработках

Прогресс в разработках трансформаторов массовых серий в значительной степени определяется созданием новых и совершенствованием широко используемых изоляционных и магнитных материалов. Существенное улучшение характеристик магнитопроводов ожидается за счет внедрения аморфных сплавов (АС) с величиной удельных потерь, составляющих 25—30% от потерь в обычной стали. Исследования аморфных магнитных материалов начались в конце 60-х годов. Первый изготовитель аморфных лент фирма Allied Signal (США). В 70-е годы она выпускала ленты толщиной 30 50 мкм и шириной около 100 мм. В настоящее время получены ленты шириной до 300 мм. Фирма работает над увеличением толщины за счет спрессовывания тонких лент. Уже получен материал толщиной 0,25 и 0.2М мм. Аморфные ленты изготовляются при охлаждении расплава со скоростью 10⁶ ° С/с на быстровращающемся охлаждаемом барабане (см. рисунок). Установка производительностью 10 тыс.т в год имеет размеры 9 х16 х 9 м. Стоимость изготовления материала в 1972 г. составляла 150 долл. за I кг, к настоящему времени снижена до 3,3 долл. за 1кг.

Схема установки для получения аморфных лент. 1 - индукционная печь для планки металла; 2 — резервуар для металла; 3 — дозировочный аппарат; 4 - вращающийся барабан; 5 - полученная и в течение 1 мс аморфная лента; 6 — контрольные приборы; 7 - намотка ленты на барабан.

Ведущими по производству аморфных сплавов являются фирмы Allied Signal (США), Кгuрр и Vacuumschmelre (ФРГ), Hitachi Metals (Япония). Создана совместная японо-американская фирма Nippon Amorhous Metals. Наиболее широко в магнитопроводах трансформаторов используются две марки аморфного сплава: Metglas 2605S-2 и Metglas 2605SC.

Технические данные

Отжиг производится в среде инертного газа при воздействии магнитного ноля напряженностью 800 А/м. В связи с более низкой индукцией насыщения аморфного материала (не более 1,6 Тл) его рабочая индукция снижена до 1 ,3 -1,4 Тл. Однако при растущей в последнее время стоимости энергии (и соответственно потерь) наблюдается тенденция к снижению индукции и в обычных распределительных трансформаторах (особенно и США, где распространены трансформаторы небольшой мощности, устанавливаемые на мачтах распределительной сети). Помимо указанных свойств аморфные ленты обладают значительной твердостью (63 - 80 ед. по Роквеллу), хотя имеют достаточную эластичность и гибкость.

В связи с малой толщиной аморфный материал наиболее пригоден для витой конструкции магнитопровода, т.е. для трансформаторов малой мощности и распределительных. Магнитопроводы из аморфных сплавов имеют малый коэффициент заполнения сечения (0,8- 0,85) по сравнению с чтим коэффициентом у обычной электротехнической стали (около 0,96), что приводит к увеличению сечения магнитопровода. При недостаточной ширине ленты можно выполнить магнитопровод со стыкованными по ширине пакетами. В табл. 3 приведены прототипы трансформаторов с магнитопроводами из аморфного материала, изготовленные различными фирмами. Наибольшее количество трансформаторов (партию в 1000 шt ) изготовила фирма General Еlectric. В табл. 4 приведены сравнительные характеристики трансформаторов мощностью 25 кВ · А с магнитопроводами из аморфных лент и обычной электротехнической стали марки М-4.

Таблица 3

Таблица 4

В Институте электрических машин и трансформаторов (ПНР) выполнены расчеты серии трансформаторов мощностью 100, 250, 400 и 630 кВ · А сочетание напряжений 20 ± 1/0,4 кВ, схема соединения Δ/Y 5. При проектировании использовались аморфные ленты из Metglas 2605, витая конструкция магнитопроводов со ступенчатым сечением стержня, коэффициентом заполнения 0,85 и номинальной индукцией 1 ,3 Тл; данные напряжения короткого замыкания и потерь при нагрузке использованы как в обычных трансформаторах равной мощности, изготовляемых в ПНР. В табл 5 приведены параметры серии трансформаторов 100- 630 кВ · А с магнитопроводами из аморфного сплава Metglas 2605 и обычной ориентированной электротехнической стали (ЭС). При индукции 1,3 Тл и применении АС масса активных материалов на 30% больше, чем при использовании обычной электротехнической стали. Оптимальное отношение массы магнитного материала к сумме активных материалов составляет 72 - 74% .

Таблица 5

При изготовлении шихтованных магнитопроводов аморфный сплав нарезается на ленты определенной длины специальными резаками. Современный режущий инструмент позволяет сделать 2 тыс. резов аморфной ленты и 2 млн. резов обычной стали. В шихтованных магнитопроводах из аморфной ленты наблюдается значительное ухудшение магнитных характеристик при прессовании. В табл. 6 приведены магнитные характеристики шихтованных магнитопроводов из пластин с углами в стыках 90 и 45° и тороидальных магнитонроводов и аморфных сплавов при индукции 1,4 Тл. В шихтованной конструкции мощность намагничивания значительно выше. В ближайшем будущем использование аморфных сплавов предполагается в трансформаторах небольшой мощности [7] .

Пожаробезопасные трансформаторы с нетоксичным жидким диэлектриком.

При создании трансформаторов I - III габаритов, устанавливаемых в непосредственной близости от потребителя, одной из основных проблем является обеспечение пожаро- и взрывобезопасности , а в последнее время и санитарной, и экологической безвредности. Широко распространенные в мире негорючие полихлордифенилы (ПХД) были запрещены к применению с 1979 г в США, Японии и некоторых европейских cтранах в связи с их высокой токсичностью и устойчивостью к процессам биоразложении.

Поиски альтернативных вариантов жидких диэлектриков привели к созданию таких веществ, как кремнийорганические жидкости, синтетические сложные эфиры, углеводородные жидкости, парафииы. Фторуглеводороды. Их характеристики приведены в табл. 7 |25, 26].

Все жидкие диэлектрики заменители ПХД должны удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения выше 200 °С, рабочий диапазон температур от 65 до +155 °С, диэлектрическая проницаемость 4 - 6 на частотах 50 - 10000 Гц, tg δ менее 0,02 при и частотах 50 – 10000 Гц, удельное сопротивление более 2 · 10¹⁰ Ом· см при 90 °C . Они должны быть самогасящимися, нетоксичными, биоразлагаемыми, иметь низкий коэффициент объемного расширения при нагреве.