Aluminium versus kopperviirukad võimetransformatorites: kulude ja jõudluse võrdlus

Praegu on vaenu turuhind kõrge, liikudes vahemikus 70 000 kuni 80 000 juani tonnis. Vastupidiselt sellele jääb alumiiniumi hind madalaks, püsides vahemikus 18 000 kuni 20 000 juani tonnis. Energiaümbritsejate korral tähendab alumiiniumilistel spiraalidel olevate vaenuspüsiliste spiraalide asendamine kindlasti tohutut materjalikulu vähendust, toodates lõpptarbijatele olulisi kulude kokkuhoiu.

Juba pikka aega on tööstuses laialdaselt arvamuseks saanud, et alumiiniumispiraale saab kasutada vaid 35kV ja sellest madalamas pingetasemel olevates energiaümbritsejates. Tegelikult on see suur eksitus. Tegelikkuses võivad alumiiniumispiraalid näidata veelgi rohkem eelistusi kui neid rakendatakse kõrgpingelistes energiaümbritsejates. Tõeline tegur, mis piirab alumiiniumispiraalide levikut ja rakendamist, on see, et praegu jõuab alumiiniumijuhtmete poolik murdvälg umbes 70MPa, mis mõnes olukorras võib viia energiaümbritseja spiraalide ebapiisava lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime.

1. Praegune olukord ja standardid
1.1 Alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate praegune olukord

Riikidevaheliselt on alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejaid laialdaselt kasutatud jagamise energiaümbritsejate valdkonnas ja neid on vähe kasutatud peamistes energiaümbritsejates. Hiinas, kuigi alumiiniumispiraale on kasutatud jagamise energiaümbritsejates, ei ole 110kV kuni 1000kV pingetasemel olevaid peameieenergiaümbritsejaid veel õiguslikult rakendatud.

1.2 Alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate seotud standardid

Nii rahvusvaheline standard IEC kui ka riiklik standard GB lubavad selgelt energiaümbritsejatel kasutada nii vaenu kui ka alumiiniumi spiraalide juhtmetena. Lisaks avaldas Rahvuslik Energiakanne jaanuaris 2016 tööstuse standardid alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate kohta, sealhulgas  6kV～35kV naftapõhiste alumiiniumispiraalsete jagamise energiaümbritsejate tehnilised parameetrid ja nõuded ja 6kV～35kV kuivade alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate tehnilised parameetrid ja nõuded. See täielikult näitab, et standardite seisukohalt on alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate rakendamine õiguslik.

2. Kvantitatiivne kulude võrdlus

Tavalise disainikogemuse kohaselt, tagades ühtlaseid energiaümbritseja omaduspärade (nt tühihaav, laetav haav, lühikese tingliku vastuvoolu impedants, lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime marginaal jne), koos praegusega raheainete hindadega (vaenu turuhind umbes 70 000 juani tonnis, alumiiniumi turuhind umbes 20 000 juani tonnis), on alumiiniumispiraalidega varustatud energiaümbritsejate peamised materjalikulud võrreldes vaenuspüsiliste spiraalidega varustatud energiaümbritsejatega võimalik vähendada rohkem kui 20%.

Järgneb konkreetne võrdlus SZ20-50000/110-NX2 energiaümbritsejaga näidisena.

Ülaltoodud võrdluse tulemustest nähtub, et ühtlustatud omaduspäradel 50MVA/110kV kahekordse spiraali II klassi energiatõhusa energiaümbritseja puhul on alumiiniumispiraalide kulud umbes 23,5% madalamad kui vaenuspüsiliste spiraalide kulud, mis näitab tõsist kulude kokkuhoiu.

Omajulge võrdlus

Energiaümbritsejate peamiste omaduste alumiiniumispiraalide ja vaenuspüsiliste spiraalide vahelise omajulge võrdluseks on järgmised aspektid:

3.1 Tühihaav

Alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate raudkerge on suuremad. Selleks, et tagada sama tühihaav, saab seda saavutada mõõduvalt vähendades magneetvooltihekohta või raudkerge diameetrit või valites alumise ühikuhaavaga silitsüütükkide.

3.2 Laetav haav

Kuna alumiiniumijuhtmete vastupindlikkus on umbes 1,63 korda suurem kui vaenujuhtmete, siis selleks, et tagada sama laetav haav, tavaliselt vähendatakse alumiiniumispiraalide juhtmete voolitihekohta.

3.3 Lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime

Tavaliste lühikese tingliku vastuvoolu impedantside ja alla 100MVA nimiajalisel võimsusel, kui disain on mõistlik, võib alumiiniumispiraaline energiaümbritseja omada piisavat lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõimet. Kuid kui energiaümbritseja nimiajalis võimsus on üle 100MVA või impedants on oluliselt madal, võib alumiiniumispiraaline energiaümbritseja näidata lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime puudujääki.

3.4 Isolatsioonimarginaal

Kuna alumiiniumijuhtmete suurus on tavaliselt suurem ja juhtme kaare raadius on suurem, saab alumiiniumispiraal võrreldes vaenuspüsilise spiraaliga ühtsamat elektrivälja. Samas põhispiraalide isolatsioonivahe ja naftakaare jagamisel on suurem põhispiraalide isolatsioonimarginaal. Spiraalide pika isolatsiooni osas tähendab alumiiniumijuhtme suurem suurus suuremat ringringkapasitanti, mis on samuti soodsam laineprotsessi jaotumisele. See on põhiline põhimõte, mis muudab alumiiniumispiraalid eriti sobilikud kõrgpingeliste energiaümbritsejate jaoks.

3.5 Soojenemistaseme taseme

Kuna alumiiniumijuhtmete suurus on tavaliselt suurem, on alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate soojenemisala suurem kui vaenuspüsiliste spiraalidega varustatud energiaümbritsejate. Samas lähteallika korral saavutatakse madalam vaenu-nafta soojenemistaseme tõus. Lisaks, kuna alumiiniumijuhtmete nahaeffect on oluliselt nõrgem kui vaenuspüsiliste spiraalide ja tornivoolude kaotus on väiksem, on alumiiniumispiraalide kuumakohade soojenemistaseme tõus madalam.

3.6 Ületöö ja tööelu

Kuna spiraalide enda nahaeffect on nõrgem ja kuumakohade soojenemistaseme tõus on madalam, on alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate tööelu sama tingimustel pikem ja nende ületöövõime tugevam.

4 Kokkuvõte

Sama omaduspäradel, alumiiniumi ja vaenu praeguste turuhindade järgi, on alumiiniumispiraalidega varustatud energiaümbritsejate kulud tavaliselt vähemalt 20% madalamad kui vaenuspüsiliste spiraalidega varustatud energiaümbritsejate. Tehnoloogiliselt öelda, välja arvatud lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime, on alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate üldine jõudlus ilmselgelt üldjoontes parem kui vaenuspüsiliste spiraalidega varustatud energiaümbritsejate.

Põhiliselt ei seisne alumiiniumispiraalsete energiaümbritsejate piiratud rakendus mitte kõrge pingetasemel, vaid suures võimsuses. Oma olemuselt seisneb see alumiiniumijuhtmete pooliku murdvälja loomulikus ebasobivuses, mis muudab raskeks rahuldada mõningaste suure võimsusega või madala impedantsiga energiaümbritsejate lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõimet. Alumiiniumileegide spiraalide tekkimine on täpselt katse lahendada seda probleemi.

Siiski võib tõsta energiaümbritsejate lühikese tingliku vastuvoolu impedantsi, mis kiiresti lahendaks selle probleemi. Pärast energiaümbritsejate lühikese tingliku vastuvoolu impedantsi tõstmist väheneb lühikese tingliku vastuvoolu vool. Isegi suure võimsusega (nt üle 180MVA) energiaümbritsejate puhul ei pruugi enam alumiiniumispiraalide lühikese tingliku vastuvoolu vastuvõime olla piirav probleem.