Perbandingan Kos & Prestasi: Pembungkusan Aluminium vs Tembaga dalam Transformator Kuasa

Pada masa kini, harga pasaran kuprum masih tinggi, berfluktuasi dalam julat 70,000 hingga 80,000 yuan per tan. Sebaliknya, harga aluminium tetap rendah, berkisar antara 18,000 hingga 20,000 yuan per tan. Dalam reka bentuk transformer kuasa, menggantikan pembungkus kuprum dengan pembungkus aluminium akan pasti mengurangkan kos bahan produk secara signifikan, membawa penghematan kos yang besar kepada pelanggan akhir.

Selama ini, telah luas dipercayai dalam industri bahawa pembungkus aluminium hanya boleh digunakan pada transformer kuasa dengan tahap voltan 35kV dan di bawah. Sebenarnya, ini adalah kesalahfahaman yang besar. Faktanya, pembungkus aluminium dapat memberikan kelebihan yang lebih besar apabila diterapkan pada transformer kuasa bertegangan tinggi. Faktor utama yang benar-benar membatasi popularisasi dan penerapan pembungkus aluminium adalah kekuatan hasil aluminium yang hanya mencapai sekitar 70MPa pada masa ini, yang mungkin menyebabkan ketahanan terhadap gangguan pendek pembungkus transformer tidak mencukupi dalam beberapa situasi.

1. Situasi Semasa dan Piawaian
1.1 Situasi Semasa Transformer dengan Pembungkus Aluminium

Di luar negara, transformer dengan pembungkus aluminium digunakan secara meluas dalam bidang transformer distribusi dan memiliki sedikit aplikasi dalam transformer utama. Di China, walaupun pembungkus aluminium telah digunakan dalam transformer distribusi, transformer utama dengan tahap voltan 110kV hingga 1000kV belum diterapkan secara sah.

1.2 Piawaian Relevan untuk Transformer dengan Pembungkus Aluminium

Baik piawaian antarabangsa IEC dan piawaian nasional GB jelas membenarkan transformer kuasa menggunakan kuprum atau aluminium sebagai bahan konduktor untuk pembungkus. Selain itu, Biro Tenaga Nasional mengeluarkan piawaian industri untuk transformer dengan pembungkus aluminium pada Januari 2016, termasuk Parameter Teknikal dan Keperluan untuk Transformer Distribusi Bertenaga Minyak 6kV～35kV dengan Pembungkus Aluminium dan Parameter Teknikal dan Keperluan untuk Transformer Jenis Kering 6kV～35kV dengan Pembungkus Aluminium. Ini menunjukkan sepenuhnya bahawa, dari sudut pandang piawaian, penerapan transformer dengan pembungkus aluminium adalah sah.

2. Perbandingan Kos Kuantitatif

Berdasarkan pengalaman reka bentuk konvensional, dengan prinsip menjaga parameter prestasi transformer yang konsisten (seperti kerugian beban kosong, kerugian beban, rintangan pendek, margin ketahanan terhadap gangguan pendek, dll.), dikombinasikan dengan harga bahan mentah semasa (harga pasaran kuprum telanjang adalah sekitar 70,000 yuan per tan, dan harga pasaran aluminium telanjang adalah sekitar 20,000 yuan per tan), kos bahan utama transformer yang menggunakan pembungkus aluminium dapat diselamatkan lebih dari 20% dibandingkan dengan yang menggunakan pembungkus kuprum.

Berikut adalah perbandingan spesifik dengan transformer kuasa SZ20-50000/110-NX2 sebagai contoh.

Dapat dilihat dari hasil perbandingan di atas, dengan prinsip menjaga parameter prestasi yang sama, untuk transformer kuasa kelas II efisiensi energi 50MVA/110kV dengan dua pembungkus, kos pembungkus aluminium adalah sekitar 23.5% lebih rendah daripada pembungkus kuprum, dan efek pengurangan kos sangat signifikan.

Perbandingan Kualitatif Prestasi

Perbandingan kualitatif prestasi utama transformer kuasa dengan pembungkus aluminium dan kuprum dibagi menjadi aspek-aspek berikut:

3.1 Kerugian Beban Kosong

Ukuran inti besi transformer dengan pembungkus aluminium relatif lebih besar. Untuk memastikan kerugian beban kosong yang sama, dapat dicapai dengan mengurangi kepadatan fluks magnet atau diameter inti besi atau memilih lembaran besi silikon dengan kerugian unit yang lebih rendah.

3.2 Kerugian Beban

Karena resistivitas konduktor aluminium sekitar 1.63 kali lipat dari konduktor kuprum, untuk memastikan kerugian beban yang sama, biasanya kepadatan arus konduktor pembungkus aluminium dikurangi.

3.3 Ketahanan Terhadap Gangguan Pendek

Dalam kondisi impedansi pendek konvensional dan kapasitas nominal di bawah 100MVA, selama reka bentuknya masuk akal, transformer dengan pembungkus aluminium juga dapat memiliki kapasitas pendek yang cukup. Namun, ketika kapasitas nominal transformer di atas 100MVA atau impedansinya sangat rendah, transformer dengan pembungkus aluminium mungkin menunjukkan ciri-ciri ketahanan terhadap gangguan pendek yang kurang.

3.4 Margin Insulasi

Oleh karena ukuran kaliber konduktor aluminium umumnya lebih besar dan jari-jari kelengkungan konduktor lebih besar, pembungkus aluminium akan mendapatkan medan elektrik yang lebih seragam dibandingkan dengan pembungkus kuprum. Dengan jarak insulasi utama yang sama pada pembungkus dan pembagian celah minyak, akan ada margin insulasi utama yang lebih besar. Dalam hal insulasi longitudinal pembungkus, ukuran besar konduktor aluminium berarti kapasitansi antara putaran yang lebih besar, yang juga lebih menguntungkan untuk distribusi proses gelombang. Ini adalah prinsip dasar yang membuat pembungkus aluminium sangat cocok untuk transformer bertegangan tinggi.

3.5 Tahap Peningkatan Suhu

Oleh karena ukuran kaliber konduktor aluminium umumnya lebih besar, transformer dengan pembungkus aluminium akan memiliki permukaan pendinginan yang lebih besar dibandingkan dengan transformer dengan pembungkus kuprum. Dengan prinsip sumber panas yang sama, akan diperoleh peningkatan suhu tembaga-minyak yang lebih rendah. Selain itu, karena efek kulit konduktor aluminium jauh lebih lemah daripada pembungkus kuprum dan kerugian arus eddy lebih kecil, pembungkus aluminium akan memiliki peningkatan suhu titik panas yang lebih rendah.

3.6 Overload dan Umur Layanan

Oleh karena efek kulit pembungkus yang lebih lemah dan peningkatan suhu titik panas yang lebih rendah, dalam kondisi yang sama, transformer dengan pembungkus aluminium akan memiliki umur layanan yang lebih lama dan kapasitas overload yang lebih kuat.

4 Ringkasan

Dengan prinsip menjaga parameter prestasi yang sama, berdasarkan harga pasaran kuprum dan aluminium saat ini, transformer kuasa dengan pembungkus aluminium umumnya mengurangi kos lebih dari 20% dibandingkan dengan yang menggunakan pembungkus kuprum. Secara objektif dari segi teknologi, kecuali untuk ketahanan terhadap gangguan pendek, prestasi komprehensif transformer kuasa dengan pembungkus aluminium pasti unggul secara komprehensif dibandingkan dengan yang menggunakan pembungkus kuprum.

Secara fundamental, penerapan terbatas transformer kuasa dengan pembungkus aluminium tidak terletak pada tegangan tinggi, tetapi pada kapasitas besar. Secara esensial, terletak pada kekurangan alami kekuatan hasil konduktor aluminium, yang membuat sulit untuk memenuhi ketahanan terhadap gangguan pendek beberapa transformer kuasa kapasitas besar atau impedansi rendah. Munculnya konduktor untuk pembungkus transformer aluminium paduan adalah upaya untuk menyelesaikan masalah ini.

Namun, dengan meningkatkan impedansi pendek transformer kuasa, masalah ini dapat diselesaikan dengan cepat. Setelah meningkatkan impedansi pendek transformer kuasa, arus pendek akan berkurang. Bahkan untuk transformer kuasa kapasitas besar (seperti di atas 180MVA), ketahanan terhadap gangguan pendek pembungkus aluminium mungkin tidak lagi menjadi masalah yang membatasi.