المقارنة بين لفائف الألمنيوم والنحاس في محولات الطاقة: تكلفة وأداء

حالياً، تظل سعر النحاس في السوق مرتفعاً، متذبذباً في نطاق 70,000 إلى 80,000 يوان للطن. في المقابل، يبقى سعر الألمنيوم منخفضاً، متأرجحاً في نطاق 18,000 إلى 20,000 يوان للطن. بالنسبة لمحولات الطاقة، فإن استبدال ملفات النحاس بملفات الألمنيوم في التصميم سيؤدي بلا شك إلى خفض كبير في تكلفة المواد للمنتجات، مما يوفر وفورات كبيرة في التكاليف للعملاء النهائيين.

منذ فترة طويلة، كان يعتقد على نطاق واسع في الصناعة أن ملفات الألمنيوم يمكن استخدامها فقط في محولات الطاقة ذات مستويات الجهد التي لا تتجاوز 35 كيلو فولت. في الواقع، هذا هو سوء فهم كبير. وبالفعل، يمكن أن تظهر ملفات الألمنيوم مزايا أكبر عند تطبيقها في محولات الطاقة ذات الجهد العالي. العامل الأساسي الذي يحد حقاً من تعميم وتوفير ملفات الألمنيوم هو أن قوة الإنتاجية للموصلات الألمنيومية يمكن أن تصل حالياً إلى حوالي 70 ميغا باسكال فقط، مما قد يؤدي إلى عدم كفاية قدرة تحمل القصر الكهربائي لملفات المحولات في بعض السيناريوهات.

1. الوضع الحالي والمعايير
1.1 الوضع الحالي لمحولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم

في الخارج، يتم استخدام محولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم بشكل واسع في مجال محولات التوزيع ولها عدد قليل من التطبيقات في المحولات الرئيسية. في الصين، رغم أن ملفات الألمنيوم تم تطبيقها في محولات التوزيع، لم يتم بعد تطبيق محولات الطاقة الرئيسية ذات مستويات الجهد من 110 كيلو فولت إلى 1000 كيلو فولت بشكل قانوني.

1.2 المعايير ذات الصلة لمحولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم

تتيح كل من المعايير الدولية IEC والمعيار الوطني GB بشكل واضح استخدام النحاس أو الألمنيوم كمواد موصلات لملفات محولات الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، أصدرت إدارة الطاقة الوطنية معايير صناعية لمحولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم في يناير 2016، بما في ذلك المعلمات الفنية والمتطلبات لمحولات التوزيع ذات ملفات الألمنيوم المغمورة بالزيت من 6 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت والمعلمات الفنية والمتطلبات لمحولات التوزيع ذات ملفات الألمنيوم الجافة من 6 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت. هذا يشير بشكل كامل إلى أنه من وجهة نظر المعايير، فإن تطبيق محولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم قانوني.

2. مقارنة كمية التكاليف

وفقًا للخبرة التقليدية في التصميم، وعلى افتراض ضمان ثبات معلمات أداء المحولات (مثل فقدان الشحن الخالي، وفقدان الحمل، وإعاقة القصر الكهربائي، وهامش قدرة تحمل القصر الكهربائي، إلخ)، مع الأخذ في الاعتبار أسعار المواد الخام الحالية (سعر النحاس العاري في السوق حوالي 70,000 يوان للطن، وسعر الألمنيوم العاري حوالي 20,000 يوان للطن)، يمكن توفير أكثر من 20% من تكلفة المواد الرئيسية لمحولات الطاقة باستخدام ملفات الألمنيوم مقارنة بتلك التي تستخدم ملفات النحاس.

ما يلي هو مقارنة محددة مع محول طاقة SZ20-50000/110-NX2 كمثال.

يمكن رؤية النتائج من المقارنة أعلاه أنه، على افتراض ضمان نفس معلمات الأداء، فإن تكلفة ملف الألمنيوم لمحول الطاقة ذو القدرة 50 ميجا فولت أمبير/110 كيلو فولت ثنائي الملفات من فئة II للاستهلاك الكهربائي الفعال أقل بنسبة حوالي 23.5% من تكلفة ملف النحاس، والتأثير على تخفيض التكلفة非常明显，您的指示要求翻译成阿拉伯语，因此我将继续完成翻译：

من خلال المقارنة أعلاه، يمكننا رؤية أن تكلفة ملف الألمنيوم لمحول الطاقة ذو القدرة 50 ميجا فولت أمبير/110 كيلو فولت ثنائي الملفات من فئة II للاستهلاك الكهربائي الفعال أقل بنسبة حوالي 23.5% من تكلفة ملف النحاس، والتأثير على تخفيض التكلفة واضح جداً.

مقارنة نوعية الأداء

تنقسم المقارنة النوعية لأداء محولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم والنحاس إلى الجوانب التالية:

3.1 فقدان الشحن الخالي

حجم اللب الحديدية لمحول الطاقة ذو ملفات الألمنيوم نسبياً أكبر. لضمان نفس فقدان الشحن الخالي، يمكن تحقيق ذلك عن طريق تقليل الكثافة المغناطيسية أو قطر اللب الحديدية بشكل مناسب أو اختيار صفائح السيليكون ذات الخسارة الوحدوية الأقل.

3.2 فقدان الحمل

نظرًا لأن مقاومة الموصلات الألمنيومية حوالي 1.63 مرة أكبر من مقاومة الموصلات النحاسية، لضمان نفس فقدان الحمل، عادة ما يتم تقليل كثافة التيار في الموصلات الألمنيومية.

3.3 قدرة تحمل القصر الكهربائي

تحت ظروف المقاومة القياسية للقصور الكهربائي والسعة المعينة أقل من 100 ميجا فولت أمبير، طالما كان التصميم معقولاً، يمكن أن يكون لمحول الطاقة ذو ملفات الألمنيوم قدرة قصيرة كافية. ومع ذلك، عندما تكون السعة المعينة للمحول أعلى من 100 ميجا فولت أمبير أو تكون المقاومة منخفضة بشكل كبير، قد يظهر محول الطاقة ذو ملفات الألمنيوم خاصية عدم كفاية قدرة تحمل القصر الكهربائي.

3.4 الهامش العازل

بسبب حجم الموصلات الألمنيومية أكبر بشكل عام ونصف قطر المنحنى الأكبر للموصل، سيتم الحصول على حقل كهربائي أكثر تجانساً في ملف الألمنيوم مقارنة بملف النحاس. تحت نفس المسافة العازلة الرئيسية للملف والفجوة الزيتية، سيكون هناك هامش عازل أكبر. فيما يتعلق بالعزل الطولي للملف، فإن حجم الموصل الألمنيومي الكبير يعني وجود سعة بين الدورات أكبر، وهو أيضاً أكثر ملاءمة لتوزيع عملية الموجة. هذا هو المبدأ الأساسي الذي يجعل ملفات الألمنيوم مناسبة بشكل خاص لمحولات الجهد العالي.

3.5 مستوى الارتفاع الحراري

بسبب حجم الموصلات الألمنيومية الأكبر بشكل عام، سيكون لمحول الطاقة ذو ملفات الألمنيوم سطح تشتت حراري أكبر مقارنة بمحول الطاقة ذو ملفات النحاس. وفي ظل نفس مصدر الحرارة، سيتم الحصول على ارتفاع حراري أقل لنحاس-زيت. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن تأثير الجلد للموصل الألمنيومي أقل بشكل كبير من ملف النحاس وخسارة التدفق الدوامي أقل، سيكون لملف الألمنيوم ارتفاع حراري للنقاط الساخنة أقل.

3.6 التشغيل فوق الطاقة والحياة الخدمة

بسبب تأثير الجلد الأضعف للملف نفسه وارتفاع حراري للنقاط الساخنة أقل، سيكون لمحول الطاقة ذو ملفات الألمنيوم عمر خدمة أطول وقدرة تشغيل فوق الطاقة أقوى تحت نفس الظروف.

4 ملخص

على افتراض ضمان نفس معلمات الأداء، وفقًا لأسعار النحاس والألمنيوم الحالية في السوق، يمكن أن تقلل محولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم تكلفة المنتج بشكل عام بأكثر من 20٪ مقارنة بتلك التي تستخدم ملفات النحاس. من الناحية التقنية، باستثناء قدرة تحمل القصر الكهربائي، فإن الأداء الشامل لمحولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم يتفوق بشكل شامل على تلك التي تستخدم ملفات النحاس.

من الناحية الأساسية، يكمن السبب الرئيسي لتطبيق محولات الطاقة ذات ملفات الألمنيوم المحدود ليس في الجهد العالي، ولكن في السعة الكبيرة. بشكل أساسي، يكمن السبب في نقص القوة الإنتاجية الطبيعية للموصلات الألمنيومية، مما يجعل من الصعب تلبية قدرة تحمل القصر الكهربائي لبعض محولات الطاقة ذات السعة الكبيرة أو المقاومة المنخفضة. ظهور موصلات لملفات محولات الألمنيوم المعدني هو محاولة لحل هذه المشكلة.

ومع ذلك، يمكن حل هذه المشكلة بسرعة عن طريق زيادة المقاومة القياسية للقصور الكهربائي لمحولات الطاقة. بعد زيادة المقاومة القياسية للقصور الكهربائي لمحولات الطاقة، سيتم تقليل التيار القصير. حتى بالنسبة لمحولات الطاقة ذات السعة الكبيرة (مثل أكثر من 180 ميجا فولت أمبير)، قد لا يكون قدرة تحمل القصر الكهربائي لملفات الألمنيوم مشكلة مقيدة بعد الآن.