Sissejuhatus
Kaasaegsetes elektrisüsteemides toimivad trafod elektrimaailma regulaatoritena, toetades elektrivõrgu stabiilset toimimist. Olenemata sellest, kas tegemist on teeäärsete tavaliste tüüpidega või alajaamade hiiglaslike üksustega, on nende põhistruktuuridel ühine materjaliteaduses juurdunud loogika. Täna räägime neist olulistest materjalidest trafodes.
Tuum
Trafo kõige olulisem komponent-südamik-kasutab peaaegu eranditult räniteraslehti. See materjal on tavalisest terasest kaugel. See põhineb standardterasel, millele on lisatud 2–5% räni ning läbib spetsiaalseid valtsimis- ja lõõmutamisprotsesse.
Miks Silicon Steel?
-Räni lisamine vähendab oluliselt raua kadusid (hüstereesi ja pöörisvoolu kaod).
-Teradega-orienteeritud räniteras pakub veeresuunas suurepärast magnetilist läbilaskvust.
-Pinna isolatsioonikate hoiab ära kihtidevahelise lühise, taludes samal ajal kõrget lõõmutustemperatuuri.
Huvitav on see, et südamiku lamineerimismeetod peegeldab ka tootmisalaste teadmiste taset. Praegune-peavoolu samm-ringi virnastamise tehnika võimaldab pidevamat magnetteed, vähendades koormuseta-kadusid 10-15% võrreldes traditsiooniliste põkk-ringi meetoditega.
Kerimine
Mähise materjali valik on sisuliselt vase ja alumiiniumi vaheline võistlus, kusjuures igal materjalil on oma kasutusalad.
Vaskmähised jäävad suure jõudlusega{0}}trafode eelistatud valikuks:
-Juhtivus on ligikaudu 58 MS/m, mille tulemuseks on sama võimsuse juures väiksem mähise maht.
-Kõrge mehaaniline tugevus võimaldab sellel taluda suuremaid{1}}lühise elektromagnetilisi jõude.
-Küpsem liigeste töötlemise tehnoloogia tagab töökindluse, mis on kinnitatud üle sajandi kasutuse.
Alumiiniummähistel on eelised kulutundlikes{0}rakendustes:
-Hind on tavaliselt ainult üks-kolmandik kuni-pool vase hinnast.
-Madalam tihedus vähendab trafo üldist kaalu 20–30%.
-Hiljutised edusammud alumiiniumisulamite tehnoloogias on lahendanud roomamise ja ühendustega seotud probleemid.
Isolatsioonisüsteem
Isolatsioonimaterjalide areng peegeldab trafotehnoloogia arengut.
Tahketest isolatsioonimaterjalidest on kujunenud terviklik süsteem
-Isoleeriv pressplaat toimib peamise isolatsioonikarkassina.
-Nomex® aramiidpaberit kasutatakse kõrgel-temperatuuril (H-klass ja kõrgem).
-Epoksiidklaaskiudplaate kasutatakse mehaaniliste tugikomponentide jaoks.
Vedelate isoleermaterjalide valik peegeldab kohalikest tingimustest lähtuvat kohanemistarkust
-Mineraalõli on endiselt domineeriv, moodustades üle 75% ülemaailmsest turuosast.
-Looduslikud estrid (taimeõlid) kasvavad kiiresti piirkondades, kus kehtivad ranged keskkonnanõuded.
-Silikooniõli ja fluoritud vedelikke kasutatakse spetsiaalsetes tulekindlates-rakendustes.
Kuiv{0}}tüüpi trafode isolatsioon on muutumas mitmekesisemaks
-Epoksiidvaigu valamise tehnoloogia on küps ja pakub suurepärast niiskuskindlust.
-Vakuum-surveimmutamine (VPI) avatud -struktuuriga jahutusega tagab parema soojuse hajumise.
Viimastel aastatel välja töötatud -keskkonnasõbralikud pooltahked isolatsioonimaterjalid{1}} tasakaalustavad jõudlust ja taaskasutatavust.
Struktuurikomponendid
Need silmapaistmatud konstruktsiooniosad varjavad tegelikult palju keerukust:
Õlipaakide materjal on arenenud tavalisest süsinikterasest ilmastikukindlaks teraseks. Tänapäeval võtab üha rohkem trafosid kasutusele roostevabast terasest vooderdis, eriti rannikualadel ja väga saastatud piirkondades.
Väike, kuid kriitiline detail: õlipaakide sees olev-korrosioonivastane kate on nüüd valdavalt pool-juhtiv värv. See ei ole ainult esteetika,{3}}see jaotab paagis elektrivälja ühtlaselt, vältides seeläbi osalist tühjenemist.
Keskkonnasuundumustest tingitud muutused
Biolagunev isoleerõli
Taimsete -põhiste isolatsiooniõlide, nagu sojaõli ja rapsiõli, läbilöögipinge ületab nüüd 60 kV/2,5 mm.
Chromiumi{0}}vaba passiveerimine
Räniteraslehtede kate on muutumas kromaadi{0}}põhistelt keskkonnasõbralikele fosfaadi{1}}põhistele alternatiividele.
Taastuvad materjalid
Bambuskiuga{0}}tugevdatud isoleeriv pressplaat on jõudnud proovirakenduse faasi.
Madala süsinikusisaldusega-teras
Elektrikaarahju lühiprotsessitehnoloogia abil toodetud teras vähendab selle süsiniku jalajälge 40%.
Valik
Trafo materjalide valimisel lahendavad insenerid sisuliselt mitme muutujaga võrrandi: muutujateks on algkulud, kasutuskaod, eluea ootused, hooldusnõuded ja keskkonnakaalutlused. Näiteks:
Andmekeskused
Andmekeskused võivad valida 30% kõrgema hinnaga naturaalesterõlitrafod, mis hindavad nende K4-taseme tulekindlat jõudlust.
avamere tuulepargid
Avamere tuuleparkide trafodel on täiustatud{0}}korrosioonivastane konstruktsioon, isegi 15% suurema kuluga.
linnakeskused
Linnakeskustes jaotustrafod eelistavad pigem kuiva{0}}tüüpi konstruktsioone, mis vaatamata pisut madalamale efektiivsusele välistavad õlilekke ohu.
Järeldus
Järgmine kord, kui näete tänaval trafot, vaatate seda ehk pisut mõistvamalt-selle kasti sees peitub materjaliteadlaste ja elektriinseneride sajandipikkune tarkus. Edisoni ajastu asfaldiisolatsioonist tänapäeva nanokomposiit-isolatsioonimaterjalideni – iga trafomaterjalide areng kujutab endast õrna tasakaalu ohutuse, tõhususe ja kulude vahel.
Millised näevad välja tulevased trafode materjalid? Kõrge{0}}temperatuuri ülijuhid on laborites juba läbimurdeid teinud ja grafeeni{1}}täiustatud isoleerpaberi patentide arv suureneb aasta-aastalt. Kuid hoolimata sellest, kuidas materjalid muutuvad, jääb põhieesmärk muutumatuks: muuta võimsuse muundamine ohutumaks, tõhusamaks ja töökindlamaks.