¿Qué son los transformadores de aleación amorfa Sus ventajas de material del núcleo y aplicaciones?

Los transformadores de aleación amorfa, desarrollados en la década de 1970, representan una nueva generación de transformadores de potencia que utilizan aleaciones amorfas como material del núcleo en lugar de las hojas de acero silicio convencionales. En comparación con los transformadores de núcleo de acero silicio, reducen las pérdidas en vacío aproximadamente un 70%–80% y la corriente en vacío alrededor de un 85%. Estos transformadores son actualmente entre los más eficientes energéticamente disponibles para la distribución, lo que los hace ideales para aplicaciones en áreas con baja utilización de carga y altos requisitos de seguridad contra incendios, tales como redes eléctricas rurales, edificios de gran altura, centros comerciales, metros, aeropuertos, estaciones de ferrocarril, empresas industriales y mineras, y centrales eléctricas.

Cintas de Aleación Amorfa

Las cintas de aleación amorfa se producen combinando elementos como hierro, cobalto, carbono, silicio y boro en proporciones precisas. La mezcla se funde a altas temperaturas y luego se solidifica rápidamente utilizando una rueda rotativa de alta velocidad, con una tasa de enfriamiento que alcanza hasta 1,000,000°C por segundo. Este enfriamiento extremo impide la formación de estructuras cristalinas, resultando en un arreglo atómico desordenado y amorfo.

Formación de Aleaciones Amorfas

Generalmente, cuando los metales o aleaciones se solidifican desde un estado líquido, los átomos pasan de una fase líquida desordenada a una estructura cristalina sólida ordenada. Sin embargo, con una tasa de enfriamiento extremadamente alta, los átomos no tienen suficiente tiempo para ordenarse en una retícula regular y, en su lugar, quedan "congelados" en un estado desordenado, similar a la estructura de los líquidos, formando lo que se conoce como una aleación amorfa.

Para que los metales puros logren una estructura amorfa, se requiere una tasa de enfriamiento excepcionalmente alta. Debido a las limitaciones tecnológicas actuales, lograr dichas tasas en producción a gran escala es impráctico, lo que dificulta producir estructuras amorfas a partir de metales puros.

Para superar esto, los metales amorfos se producen típicamente aleando metales base con otros elementos. Las aleaciones compuestas por átomos de diferentes tamaños y propiedades tienen puntos de fusión más bajos y son más propensas a formar estructuras amorfas durante la solidificación rápida.

La aleación amorfa utilizada en los núcleos de los transformadores es una aleación basada en hierro, solidificada rápidamente en cintas finas a una tasa de enfriamiento de un millón de grados por segundo, con un grosor de solo 0.03 mm.

Ventajas de los Transformadores de Aleación Amorfa

Eficiencia Energética

El uso de núcleos de aleación amorfa, combinado con un proceso de fabricación avanzado de tres fases y tres columnas, reduce significativamente las pérdidas en el núcleo. Las pérdidas en vacío se reducen a aproximadamente el 25% de las observadas en los transformadores secos convencionales. Aunque el costo inicial de los núcleos de aleación amorfa es mayor, la excepcional eficiencia y el rendimiento de ahorro de energía permiten recuperar la inversión adicional en 3–5 años bajo una carga promedio del 60%. Durante los 30 años de vida útil del transformador, se pueden lograr ahorros sustanciales en los costos de electricidad.

Fiabilidad

• Aislamiento Clase H (temperatura de operación de 180°C): Ofrece excelente resistencia térmica.

• Durabilidad: Capaz de soportar condiciones de almacenamiento y transporte adversas.

• Rendimiento Robusto: Funciona de manera confiable en condiciones ambientales adversas (incluyendo climas y entornos geográficos extremos); puede soportar sobrecargas del 120% por períodos prolongados.

• Resistencia a Cortocircuitos: Muestra una resistencia superior a las fuerzas de cortocircuito.

• Sin Mantenimiento: Casi no requiere mantenimiento en condiciones de operación normales.

Seguridad

• No Inflamable: No se enciende, resiste al fuego y no explota ni emite gases tóxicos durante la operación.

• Resistencia Ambiental: Menos sensible a las fluctuaciones de temperatura, polvo y contaminación.

• Resistencia a Grietas: No desarrolla grietas con el tiempo.

• Seguridad Ambiental y Humana: Seguro para la salud humana y el medio ambiente, sin efectos perjudiciales en el equipo circundante.

Beneficios Ambientales

• Ecológico: No causa contaminación ambiental durante la fabricación, transporte, almacenamiento o operación.

• Reciclable: Los bobinados y materiales del núcleo pueden reciclarse al final de su vida útil, permitiendo la reutilización de recursos sin dañar el medio ambiente.

• Bajo Ruido: El diseño avanzado del núcleo y las técnicas de fabricación garantizan que los niveles de ruido sean 4–5 dB por debajo de los estándares nacionales actuales.

Por ejemplo, un transformador seco amorfo SCRBH15-2000 de 2000 kVA operando a una carga del 60% puede ahorrar aproximadamente 24,000 kWh de electricidad anualmente. Con un costo de electricidad de 1 RMB por kWh, esto equivale a ahorros anuales de 24,000 RMB. Actualmente, el precio de mercado de un transformador comparable SCB10-2000 es de alrededor de 450,000 RMB, mientras que la versión amorfa cuesta aproximadamente 550,000 RMB, es decir, alrededor de un 20% más. Sin embargo, la reducción en los costos operativos durante un período de cinco años puede compensar completamente la inversión inicial más alta.