Các loại biến áp hợp kim vô định hình Ưu điểm vật liệu lõi và ứng dụng của chúng

Biến áp sử dụng hợp kim vô định hình, được phát triển vào những năm 1970, đại diện cho thế hệ mới của biến áp điện năng sử dụng hợp kim vô định hình làm vật liệu lõi thay vì sử dụng các tấm thép silic thông thường. So với biến áp có lõi thép silic, chúng giảm tổn thất không tải khoảng 70%–80% và dòng không tải khoảng 85%. Những biến áp này hiện đang là một trong những biến áp phân phối hiệu quả nhất về mặt năng lượng, làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng ở những khu vực có tỷ lệ sử dụng tải thấp và yêu cầu an toàn cháy nổ cao—như lưới điện nông thôn, tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, tàu điện ngầm, sân bay, nhà ga đường sắt, doanh nghiệp công nghiệp và khai thác, và nhà máy điện.

Dải Hợp Kim Vô Định Hình

Dải hợp kim vô định hình được sản xuất bằng cách kết hợp các nguyên tố như sắt, coban, carbon, silic và boron theo tỷ lệ chính xác. Hỗn hợp này được nóng chảy ở nhiệt độ cao và sau đó được làm lạnh nhanh chóng bằng cách sử dụng bánh xe quay tốc độ cao, với tốc độ làm lạnh đạt đến 1.000.000°C mỗi giây. Sự làm lạnh cực kỳ nhanh này ngăn chặn sự hình thành của cấu trúc mạng tinh thể, dẫn đến sự sắp xếp nguyên tử vô định hình và không có thứ tự.

Sự Hình Thành Của Hợp Kim Vô Định Hình

Thông thường, khi kim loại hoặc hợp kim rắn hóa từ trạng thái lỏng, các nguyên tử chuyển từ pha lỏng không có thứ tự sang cấu trúc tinh thể rắn có thứ tự. Tuy nhiên, với tốc độ làm lạnh cực kỳ cao, các nguyên tử không có đủ thời gian để sắp xếp thành một mạng tinh thể đều đặn và thay vào đó bị "đóng băng" trong trạng thái không có thứ tự—tương tự như cấu trúc của chất lỏng—tạo thành cái gọi là hợp kim vô định hình.

Để các kim loại tinh khiết đạt được cấu trúc vô định hình, cần phải có tốc độ làm lạnh cực kỳ cao. Do hạn chế về công nghệ hiện tại, việc đạt được tốc độ làm lạnh như vậy trong sản xuất quy mô lớn là không thực tế, khiến việc sản xuất cấu trúc vô định hình từ kim loại tinh khiết trở nên khó khăn.

Để khắc phục điều này, kim loại vô định hình thường được sản xuất bằng cách hợp kim hóa các kim loại cơ bản với các nguyên tố khác. Các hợp kim bao gồm các nguyên tử có kích thước và tính chất khác nhau có điểm nóng chảy thấp hơn và dễ dàng hình thành cấu trúc vô định hình hơn trong quá trình làm lạnh nhanh chóng.

Hợp kim vô định hình được sử dụng trong lõi biến áp là hợp kim dựa trên sắt, được làm lạnh nhanh thành dải mỏng với tốc độ làm lạnh một triệu độ mỗi giây, với độ dày chỉ 0,03 mm.

Lợi Ích Của Biến Áp Hợp Kim Vô Định Hình

Hiệu Quả Năng Lượng

Sử dụng lõi hợp kim vô định hình, kết hợp với quy trình sản xuất tiên tiến ba pha ba cột, giảm đáng kể tổn thất lõi. Tổn thất không tải được giảm xuống khoảng 25% so với biến áp khô thông thường. Mặc dù chi phí ban đầu của lõi hợp kim vô định hình cao hơn, nhưng hiệu quả và khả năng tiết kiệm năng lượng vượt trội cho phép thu hồi khoản đầu tư thêm trong vòng 3–5 năm dưới tải trung bình 60%. Trong suốt 30 năm sử dụng của biến áp, có thể đạt được tiết kiệm đáng kể về chi phí điện.

Tính Đáng Tin Cậy

• Độ Cách Điện Lớp H (nhiệt độ hoạt động 180°C): Cung cấp khả năng chịu nhiệt tuyệt vời.

• Độ Bền: Có khả năng chịu đựng các điều kiện lưu trữ và vận chuyển khắc nghiệt.

• Hiệu Suất Robust: Hoạt động đáng tin cậy trong các điều kiện môi trường bất lợi (bao gồm cả khí hậu và địa lý cực đoan); có thể chịu tải quá mức 120% trong thời gian dài.

• Khả Năng Chống Chập: Thể hiện khả năng chống chập mạch tốt.

• Không Cần Bảo Dưỡng: Gần như không cần bảo dưỡng trong điều kiện hoạt động bình thường.

An Toàn

• Không Cháy: Không bắt lửa, chống cháy, và không nổ hoặc phát ra khí độc trong quá trình hoạt động.

• Khả Năng Chịu Kích Thước Nhiệt: Ít nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, bụi và ô nhiễm.

• Chống Rạn Nứt: Không phát triển vết nứt theo thời gian.

• An Toàn Môi Trường Và Con Người: An toàn cho sức khỏe con người và môi trường, không gây hại cho thiết bị xung quanh.

Lợi Ích Môi Trường

• Thân Thiện Với Môi Trường: Không gây ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất, vận chuyển, lưu trữ hoặc hoạt động.

• Có Thể Tái Chế: Cuộn dây và vật liệu lõi có thể được tái chế khi hết đời, cho phép tái sử dụng tài nguyên mà không gây hại cho môi trường.

• Ít Ồn: Thiết kế và kỹ thuật sản xuất lõi tiên tiến đảm bảo mức độ ồn thấp hơn 4–5 dB so với tiêu chuẩn quốc gia hiện hành.

Ví dụ, một biến áp khô vô định hình SCRBH15-2000 2000 kVA hoạt động ở tải 60% có thể tiết kiệm khoảng 24.000 kWh điện mỗi năm. Với giá điện 1 RMB mỗi kWh, điều này tương đương với tiết kiệm hàng năm là 24.000 RMB. Hiện nay, giá thị trường của biến áp SCB10-2000 tương đương khoảng 450.000 RMB, trong khi phiên bản vô định hình có giá khoảng 550.000 RMB—khoảng 20% cao hơn. Tuy nhiên, việc giảm chi phí vận hành trong vòng năm năm có thể bù đắp hoàn toàn khoản đầu tư ban đầu cao hơn.