एल्युमिनियम और कॉपर वाइंडिंग्स में पावर ट्रांसफॉर्मर: लागत और प्रदर्शन की तुलना

वर्तमान में, ताम्र की बाजार कीमत उच्च रहती है, प्रति टन 70,000 से 80,000 युआन की सीमा में उतार-चढ़ाव करती है। इसकी तुलना में, एल्यूमिनियम की कीमत कम रहती है, प्रति टन 18,000 से 20,000 युआन की सीमा में लगातार रहती है। विद्युत ट्रांसफार्मरों के लिए, डिजाइन में ताम्र की कुंडलियों को एल्यूमिनियम की कुंडलियों से बदलने से उत्पादों की सामग्री की लागत में निश्चित रूप से बहुत कमी आएगी, जो अंतिम ग्राहकों को प्रचुर लागत बचाएगी।

लंबे समय से, उद्योग में यह व्यापक रूप से माना जाता रहा है कि एल्यूमिनियम की कुंडलियाँ केवल 35kV और उससे कम वोल्टेज स्तर के विद्युत ट्रांसफार्मरों में इस्तेमाल की जा सकती हैं। वास्तव में, यह एक प्रमुख गलतफहमी है। वास्तव में, उच्च-वोल्टेज विद्युत ट्रांसफार्मरों में लागू करने पर एल्यूमिनियम की कुंडलियाँ अधिक फायदे दे सकती हैं। वास्तव में, एल्यूमिनियम चालकों की उत्पादन शक्ति वर्तमान में लगभग 70MPa तक पहुंच सकती है, जो कुछ मामलों में ट्रांसफार्मर की कुंडलियों की छोटी-सर्किट टोलरेंस क्षमता की कमी का कारण बन सकती है।

1. वर्तमान स्थिति और मानक
1.1 एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों की वर्तमान स्थिति

विदेश में, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों का वितरण ट्रांसफार्मरों के क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और मुख्य ट्रांसफार्मरों में थोड़ा उपयोग होता है। चीन में, हालांकि वितरण ट्रांसफार्मरों में एल्यूमिनियम की कुंडलियाँ इस्तेमाल की जा रही हैं, 110kV से 1000kV वोल्टेज स्तर वाले मुख्य ट्रांसफार्मरों में अभी तक कानूनी रूप से इस्तेमाल नहीं किया गया है।

1.2 एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों के संबंध में मानक

अंतर्राष्ट्रीय मानक IEC और राष्ट्रीय मानक GB दोनों विद्युत ट्रांसफार्मरों के लिए कुंडलियों के लिए ताम्र या एल्यूमिनियम का उपयोग करने की स्पष्ट रूप से अनुमति देते हैं। इसके अलावा, राष्ट्रीय ऊर्जा प्रशासन ने जनवरी 2016 में एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों के लिए उद्योग मानक जारी किए, जिनमें 6kV～35kV तेल-जलित एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले वितरण ट्रांसफार्मरों के तकनीकी पैरामीटर और आवश्यकताएं और 6kV～35kV शुष्क एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों के तकनीकी पैरामीटर और आवश्यकताएं शामिल हैं। यह पूरी तरह से दर्शाता है कि, मानक के दृष्टिकोण से, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों का उपयोग कानूनी है।

2. मात्रात्मक लागत तुलना

पारंपरिक डिजाइन अनुभव के अनुसार, ट्रांसफार्मर के प्रदर्शन पैरामीटरों (जैसे निर्वहन नुकसान, लोड नुकसान, छोटी-सर्किट इम्पीडेंस, छोटी-सर्किट टोलरेंस मार्जिन, आदि) को सुरक्षित रखने के पूर्वाधार पर, वर्तमान रॉ मैटेरियल की कीमतों (बेयर ताम्र की बाजार कीमत लगभग 70,000 युआन प्रति टन, और बेयर एल्यूमिनियम की बाजार कीमत लगभग 20,000 युआन प्रति टन) के साथ, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों की मुख्य सामग्री की लागत ताम्र कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों की तुलना में 20% से अधिक कम हो सकती है।

निम्नलिखित एक SZ20-50000/110-NX2 विद्युत ट्रांसफार्मर के उदाहरण से विशिष्ट तुलना है।

उपरोक्त तुलना परिणामों से स्पष्ट है कि, समान प्रदर्शन पैरामीटरों को सुरक्षित रखने के पूर्वाधार पर, 50MVA/110kV डबल-कुंडली ग्रेड II ऊर्जा-कुशल विद्युत ट्रांसफार्मर के लिए, एल्यूमिनियम कुंडलियों की लागत ताम्र कुंडलियों की तुलना में लगभग 23.5% कम है, और लागत कमी का प्रभाव बहुत उल्लेखनीय है।

प्रदर्शन की गुणात्मक तुलना

एल्यूमिनियम और ताम्र कुंडलियों वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों के मुख्य प्रदर्शनों की गुणात्मक तुलना निम्नलिखित पहलुओं में विभाजित है:

3.1 निर्वहन नुकसान

एल्यूमिनियम-कुंडली ट्रांसफार्मर का आयरन कोर अपेक्षाकृत बड़ा होता है। समान निर्वहन नुकसान को सुनिश्चित करने के लिए, इसे आयरन कोर की चुंबकीय प्रवाह घनत्व या व्यास को उचित रूप से कम करके या कम यूनिट नुकसान वाले सिलिकॉन स्टील शीट्स का चयन करके प्राप्त किया जा सकता है।

3.2 लोड नुकसान

क्योंकि एल्यूमिनियम चालकों का प्रतिरोधकता लगभग 1.63 गुना ताम्र चालकों की तुलना में अधिक होती है, इसलिए समान लोड नुकसान को सुनिश्चित करने के लिए, एल्यूमिनियम कुंडली चालकों की वर्तमान घनत्व को आमतौर पर कम किया जाता है।

3.3 छोटी-सर्किट टोलरेंस क्षमता

सामान्य छोटी-सर्किट इम्पीडेंस और 100MVA से कम निर्धारित क्षमता की शर्तों में, जब डिजाइन उचित हो, तो एल्यूमिनियम-कुंडली ट्रांसफार्मर भी पर्याप्त छोटी-सर्किट क्षमता प्राप्त कर सकता है। हालांकि, जब ट्रांसफार्मर की निर्धारित क्षमता 100MVA से अधिक हो या इम्पीडेंस बहुत कम हो, तो एल्यूमिनियम-कुंडली ट्रांसफार्मर छोटी-सर्किट टोलरेंस क्षमता की कमी का विशेष लक्षण प्रदर्शित कर सकता है।

3.4 इंसुलेशन मार्जिन

एल्यूमिनियम चालकों के आकार का आमतौर पर बड़ा होने और चालकों की वक्रता त्रिज्या का बड़ा होने के कारण, एल्यूमिनियम कुंडली ताम्र कुंडली की तुलना में एक अधिक समान विद्युत क्षेत्र प्राप्त करेगी। एक ही मुख्य इंसुलेशन दूरी और ऑइल गैप विभाजन के साथ, एक बड़ा मुख्य इंसुलेशन मार्जिन होगा। कुंडली की अक्षीय इंसुलेशन के संदर्भ में, एल्यूमिनियम चालकों का बड़ा आकार बड़ी टर्न-से-टर्न क्षमता का अर्थ है, जो तरंग प्रक्रिया के वितरण के लिए भी अधिक लाभदायक है। यही बुनियादी सिद्धांत है जो एल्यूमिनियम कुंडलियों को उच्च-वोल्टेज ट्रांसफार्मरों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है।

3.5 ताप उत्थान स्तर

एल्यूमिनियम चालकों के आकार का आमतौर पर बड़ा होने के कारण, एल्यूमिनियम-कुंडली ट्रांसफार्मर ताम्र-कुंडली ट्रांसफार्मर की तुलना में एक बड़ा ताप उत्सर्जन सतह रखेगा। एक ही ताप स्रोत के पूर्वाधार पर, एक कम ताम्र-ऑइल ताप उत्थान प्राप्त होगा। इसके अलावा, एल्यूमिनियम चालकों में ताम्र कुंडलियों की तुलना में चमकीला प्रभाव बहुत कम होता है और विक्षेपण नुकसान भी कम होता है, इसलिए एल्यूमिनियम कुंडली में निम्न हॉट-स्पॉट ताप उत्थान होगा।

3.6 ओवरलोड और उपयोगकाल

चालकों के चमकीले प्रभाव के कम होने और निम्न हॉट-स्पॉट ताप उत्थान के कारण, एक ही शर्तों के तहत, एल्यूमिनियम-कुंडली ट्रांसफार्मर एक लंबे उपयोगकाल और मजबूत ओवरलोड क्षमता का अधिकार रखेगा।

4 सारांश

समान प्रदर्शन पैरामीटरों को सुनिश्चित करने के पूर्वाधार पर, ताम्र और एल्यूमिनियम की वर्तमान बाजार कीमतों के अनुसार, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों की लागत ताम्र कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों की तुलना में आमतौर पर 20% से अधिक कम होती है। तकनीकी रूप से वस्तुनिष्ठ रूप से कहा जाए तो, छोटी-सर्किट टोलरेंस के अलावा, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों का समग्र प्रदर्शन ताम्र कुंडलियों वाले ट्रांसफार्मरों की तुलना में निश्चित रूप से अधिक उत्कृष्ट है।

मौलिक रूप से, एल्यूमिनियम कुंडलियों वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों के सीमित उपयोग का कारण उच्च वोल्टेज नहीं है, बल्कि बड़ी क्षमता है। वास्तव में, यह एल्यूमिनियम चालकों की उत्पादन शक्ति की प्राकृतिक कमी में निहित है, जो कुछ बड़ी क्षमता या कम इम्पीडेंस वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों की छोटी-सर्किट टोलरेंस क्षमता को पूरा करने में असमर्थ है। एल्यूमिनियम एल्योय ट्रांसफार्मर कुंडलियों के चालकों का उदय इसी समस्या को हल करने का प्रयास है।

हालांकि, विद्युत ट्रांसफार्मरों के छोटी-सर्किट इम्पीडेंस को बढ़ाने से इस समस्या को तेजी से हल किया जा सकता है। विद्युत ट्रांसफार्मरों के छोटी-सर्किट इम्पीडेंस को बढ़ाने के बाद, छोटी-सर्किट धारा कम हो जाएगी। भले ही 180MVA से अधिक की बड़ी क्षमता वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों के लिए, एल्यूमिनियम कुंडलियों की छोटी-सर्किट टोलरेंस क्षमता अब एक सीमित कारक नहीं रहेगी।