Was sind amorphe Legierungstransformatoren Ihre Kernmaterialvorteile und Anwendungen

Amorphe Legierungstransformatoren, die in den 1970er Jahren entwickelt wurden, stellen eine neue Generation von Starkstromtransformatoren dar, die amorphe Legierungen als Kernmaterial anstelle herkömmlicher Siliziumstahlbleche verwenden. Im Vergleich zu Siliziumstahlkern-Transformatoren reduzieren sie die Leerlaufverluste um etwa 70%–80% und den Leerlaufstrom um etwa 85%. Diese Transformatoren gehören derzeit zu den energieeffizientesten Verteilungstransformatoren, was sie ideal für Anwendungen in Gebieten mit geringer Lastnutzung und hohen Brandschutzanforderungen macht – wie ländliche Stromnetze, Hochhäuser, Einkaufszentren, U-Bahnen, Flughäfen, Bahnhöfe, Industrie- und Bergbauunternehmen sowie Kraftwerke.

Amorphe Legierungsbander

Amorphe Legierungsbander werden durch das Kombinieren von Elementen wie Eisen, Kobalt, Kohlenstoff, Silizium und Bor in präzisen Verhältnissen hergestellt. Die Mischung wird bei hohen Temperaturen geschmolzen und dann mit einem hochdrehenden Rad schnell abgekühlt, wobei die Abkühlrate bis zu 1.000.000°C pro Sekunde erreichen kann. Diese extreme Abkühlung verhindert die Bildung kristalliner Gitterstrukturen, was zu einer ungeordneten, amorphen atomaren Anordnung führt.

Bildung amorpher Legierungen

Normalerweise bilden Metalle oder Legierungen beim Erstarren aus flüssigem Zustand Atome, die von einem ungeordneten flüssigen Zustand in einen geordneten festen kristallinen Zustand übergehen. Bei extrem hoher Abkühlrate haben die Atome jedoch nicht genug Zeit, sich in ein regelmäßiges Gitter anzuordnen, und werden stattdessen in einem ungeordneten Zustand "gefroren" – ähnlich der Struktur von Flüssigkeiten – und bilden, was als amorphe Legierung bekannt ist.

Für reine Metalle, um eine amorphe Struktur zu erreichen, ist eine extrem hohe Abkühlrate erforderlich. Aufgrund der aktuellen technologischen Grenzen ist es in großflächiger Produktion unpraktikabel, solche Raten zu erreichen, was es schwierig macht, amorphe Strukturen aus reinen Metallen herzustellen.

Um dieses Problem zu überwinden, werden amorphe Metalle normalerweise durch das Legieren von Grundmetallen mit anderen Elementen hergestellt. Legierungen, die aus Atomen unterschiedlicher Größe und Eigenschaften bestehen, haben niedrigere Schmelzpunkte und neigen stärker dazu, amorphe Strukturen während des schnellen Erstarrens zu bilden.

Die in Transformatorkernen verwendete amorphe Legierung ist eine eisenbasierte Legierung, die bei einer Abkühlrate von einer Million Grad pro Sekunde in dünne Bänder mit nur 0,03 mm Dicke schnell abgekühlt wird.

Vorteile amorpher Legierungstransformatoren

Energieeffizienz

Die Verwendung von amorphem Legierungskernen, kombiniert mit einem fortschrittlichen Dreiphasen-Dreispalten-Fertigungsprozess, reduziert die Kernverluste erheblich. Die Leerlaufverluste werden auf etwa 25% derjenigen in herkömmlichen Trockentransformatoren reduziert. Obwohl die Anschaffungskosten für amorphe Legierungskerne höher sind, ermöglicht die außergewöhnliche Effizienz und Energieeinsparleistung, dass die zusätzliche Investition innerhalb von 3–5 Jahren bei einer mittleren Last von 60% amortisiert wird. Über die 30-jährige Lebensdauer des Transformators können erhebliche Einsparungen an Stromkosten erzielt werden.

Zuverlässigkeit

• Klasse-H-Isolierung (Betriebstemperatur 180°C): Bietet ausgezeichnete Wärmebeständigkeit.

• Haltbarkeit: Kann harte Lager- und Transportbedingungen aushalten.

• Zuverlässige Leistung: Funktioniert zuverlässig unter widrigen Umweltbedingungen (einschließlich extremer Klima- und geografischer Bedingungen); kann 120% Überlast über längere Zeiträume aushalten.

• Kurzschlussfestigkeit: Zeigt eine ausgezeichnete Standhaftigkeit gegenüber Kurzschlusskräften.

• Wartungsfrei: Erfordert praktisch keine Wartung unter normalen Betriebsbedingungen.

Sicherheit

• Nichtbrennbar: Entzündet sich nicht, ist feuerbeständig und entweicht weder beim Betrieb explodierende noch giftige Gase.

• Umwelthaftigkeit: Weniger empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, Staub und Verschmutzung.

• Rissresistenz: Entwickelt im Laufe der Zeit keine Risse.

• Sicherheit für Mensch und Umwelt: Sicher für die menschliche Gesundheit und die Umwelt, ohne schädliche Auswirkungen auf umliegende Geräte.

Umweltvorteile

• : Verursacht während der Herstellung, des Transports, der Lagerung und des Betriebs keine Umweltverschmutzung.

• : Wicklungen und Kernmaterialien können am Ende ihrer Lebensdauer recycelt werden, was eine Ressourcenwiederverwendung ohne Umweltschäden ermöglicht.

• : Fortgeschrittene Kernkonstruktion und Fertigungstechniken sorgen dafür, dass der Lärmpegel 4–5 dB unter den derzeit gültigen nationalen Standards liegt.

Zum Beispiel kann ein 2000 kVA SCRBH15-2000 amorpher Trockentransformator, der bei 60% Last arbeitet, jährlich etwa 24.000 kWh Strom sparen. Bei einem Strompreis von 1 RMB pro kWh entspricht dies jährlichen Einsparungen von 24.000 RMB. Derzeit beträgt der Marktpreis für einen vergleichbaren SCB10-2000-Transformator etwa 450.000 RMB, während die amorphe Version etwa 550.000 RMB kostet – etwa 20% mehr. Allerdings können die reduzierten Betriebskosten über einen Zeitraum von fünf Jahren die höhere Anschaffungsinvestition vollständig ausgleichen.