Cos'è un trasformatore tridimensionale con nucleo avvolto?

I. Cos'è un trasformatore tridimensionale con nucleo avvolto?

Il trasformatore con nucleo avvolto tridimensionale è un trasformatore di potenza a risparmio energetico che utilizza un nucleo avvolto tridimensionale triangolare disposto tridimensionalmente come circuito magnetico. È costituito da tre nuclei single-frame con esattamente le stesse dimensioni geometriche, che vengono avvolti continuamente su attrezzature speciali e quindi assemblati in una struttura a triangolo equilatero. Le lunghezze del circuito magnetico trifase sono completamente uguali e brevissime e non ci sono giunzioni tra gli strati.

Nella denominazione dei modelli, viene solitamente identificato dalla lettera "RL" (come S13-M.RL-100/10, SCB11-RL-1000/10), dove "R" rappresenta l'anima arrotolata e "L" rappresenta la struttura tridimensionale.

In base ai metodi di isolamento e raffreddamento, si dividono principalmente in:

• Trasformatore con nucleo avvolto tridimensionale in bagno d'olio (esSerie S13/S20/S22-M.RL): adatto per distribuzione elettrica esterna, reti elettriche rurali, scatole di trasformazione, ecc.

• Trasformatori con nucleo avvolto tridimensionale di tipo secco (come le serie SCB11-RL, SGB11-RL): compresi i tipi incapsulati in resina e non incapsulati, utilizzati principalmente in edifici interni, grattacieli, metropolitane e altri luoghi con elevati requisiti di protezione antincendio.

II. Principali caratteristiche tecniche e vantaggi

Rispetto al tradizionale nucleo laminato planare, il nucleo avvolto tridimensionale ha ottenuto un'ottimizzazione sistematica in termini di circuito magnetico, perdita, rumore, struttura, ecc.:

1. Il circuito magnetico è completamente simmetrico e non presenta perdite articolari.

• L'anima in ferro è costituita da nastri di acciaio al silicio avvolti in continuo, senza giunzioni o spazi d'aria tra gli strati. Il circuito magnetico è distribuito uniformemente, eliminando le aree ad alta resistenza e la distorsione del flusso magnetico.

• La direzione del flusso magnetico è completamente coerente con la direzione di laminazione (orientamento dei grani) della lamiera di acciaio al silicio, massimizzando la permeabilità magnetica.

• Le lunghezze del circuito magnetico trifase sono uguali e minime e le correnti trifase a vuoto sono bilanciate, migliorando significativamente la qualità dell'alimentazione.

2. Le perdite e la corrente a vuoto sono significativamente ridotte

• Il coefficiente del processo di perdita del ferro è ridotto da 1,3~1,5 del tipo laminato a circa 1,05. Questo da solo può ridurre la perdita del nucleo del 10% ~ 20%.

• La quantità di materiale utilizzato nel giogo di ferro è ridotta di circa il 25%, il peso complessivo del nucleo di ferro è ridotto del 18%~25% e il risparmio di fogli di acciaio al silicio è del 25%~30%.

• I dati di misurazione effettivi mostrano che la perdita a vuoto del trasformatore tridimensionale con nucleo avvolto è ridotta dal 25% al ​​35% (anche fino al 50%) rispetto allo standard nazionale, e la corrente a vuoto è ridotta fino al 70% fino al 92%. L’effetto del risparmio energetico è significativo.

3. Il rumore di funzionamento è notevolmente ridotto e quasi silenzioso.

Il rumore del trasformatore deriva principalmente dalla magnetostrizione delle lamiere di acciaio al silicio e dalle vibrazioni di dispersione magnetica dei giunti. Grazie al circuito magnetico continuo e senza soluzione di continuità e alla struttura compatta del nucleo avvolto tridimensionale, le vibrazioni sono notevolmente ridotte. Il rumore di funzionamento è generalmente inferiore di 10~25 dB(A) rispetto allo standard nazionale. Alcuni prodotti possono avere un livello minimo di 40~47 dB, rendendoli adatti a scene sensibili al rumore come aree residenziali, ospedali e scuole.

4. Buona dissipazione del calore, forte capacità di sovraccarico e struttura compatta

• Le bobine trifase sono disposte a "spillo", con un passaggio naturale dell'aria che corre su e giù al centro. La differenza di temperatura viene utilizzata per generare convezione dell'aria per un'efficiente dissipazione del calore, con un basso aumento della temperatura e una forte capacità di sovraccarico.

• L'area del pavimento del corpo macchina è ridotta del 10%~15% e l'altezza è ridotta del 10%~20%. Il volume della sottostazione box può essere ridotto di quasi 1/4, risparmiando spazio di installazione.

5. Forte resistenza al cortocircuito e alto tasso di utilizzo del materiale

• Gli avvolgimenti sono avvolti concentricamente sul telaio tridimensionale e sono sollecitati uniformemente; i morsetti sono per la maggior parte saldati in una struttura triangolare integrata, in grado di resistere efficacemente alle sollecitazioni assiali e radiali di cortocircuiti improvvisi.

• Le lamiere di acciaio al silicio vengono tagliate verticalmente, con un tasso di utilizzo del materiale vicino al 100% e quasi nessuno scarto dei bordi. La produzione è a risparmio di materiale ed ecologica.

III. Confronto con trasformatori lamellari tradizionali

In generale, il nucleo avvolto tridimensionale presenta evidenti vantaggi in termini di efficienza energetica, rumore e volume; il nucleo laminato ha ancora spazio per l'applicazione nella produzione di grandi volumi e flessibilità nel successivo smontaggio e manutenzione.

IV. Principali ambiti applicativi e prospettive di mercato

1. Scenari applicativi tipici

• Rete di distribuzione urbana e rurale: aree residenziali, centri commerciali, distribuzione elettrica stradale, sfruttando la sua bassa rumorosità, risparmio energetico e ingombro ridotto.

• Pubblico e infrastrutture: grattacieli, ospedali, scuole, metropolitane, aeroporti, stazioni e altri luoghi con elevati requisiti di rumore e sicurezza.

• Nuova energia e industria: connessione alla rete fotovoltaica ed eolica, data center, imprese industriali e minerarie, piattaforme di trivellazione petrolifera, ecc.

• Sottostazioni box e reti elettriche rurali: struttura compatta adatta per sottostazioni box, completamente sigillate e resistenti all'umidità, adatte per aree rurali e aree con ambienti difficili.

2. Tendenze di sviluppo del mercato

Spinto dalle politiche di miglioramento dell’efficienza energetica e dalla trasformazione verde, il tasso di penetrazione dei trasformatori tridimensionali con nucleo avvolto continua ad aumentare. Attualmente, i prodotti coprono livelli di tensione di 10 kV~110 kV e capacità da decine di kVA a decine di migliaia di kVA e si stanno espandendo verso l'intelligenza (monitoraggio remoto integrato), nuclei avvolti tridimensionali in lega amorfa e su larga scala. Si prevede che il mercato nazionale dei trasformatori con nucleo avvolto tridimensionale manterrà una crescita composta a due cifre e diventerà una delle scelte principali per la trasformazione della rete di distribuzione.

V. Sintesi e conclusione della selezione

Il trasformatore tridimensionale con nucleo avvolto non è una semplice "sostituzione della struttura", ma un'innovazione di risparmio energetico del sistema basata sulla natura del circuito magnetico: un circuito magnetico tridimensionale continuo e senza interruzioni viene sostituito con perdite inferiori, meno rumore e dimensioni più compatte, e il costo operativo dell'intero ciclo di vita (TCO) è significativamente inferiore a quello dei prodotti tradizionali.

Suggerimenti per la selezione:

• Se il progetto è situato nell'area centrale della città, un'area densamente popolata, un'area sensibile al rumore o una nuova area standardizzata, la priorità sarà data al primo/secondario trasformatore a nucleo avvolto tridimensionale ad alta efficienza energetica;

• Se la rete elettrica rurale è distribuita nell'area di una stazione, ha una grande capacità (come in alcuni scenari superiori a 315 kVA) e richiede modifiche flessibili in una fase successiva, la soluzione laminata può essere valutata in base ai requisiti di costo e manutenzione.

Con la maturazione del processo di produzione e l’emergere di economie di scala, verranno ulteriormente evidenziati gli aspetti economici dell’intero ciclo di vita dei trasformatori tridimensionali con nucleo avvolto, che svolgono un ruolo chiave nella trasformazione dell’energia elettrica a basse emissioni di carbonio.