Come ridurre le perdite del nucleo nei trasformatori immersi in olio?

La perdita del nucleo (o perdita a vuoto) è un parametro di efficienza critico in i trasformatori immersi nell'olio si strapparono , con un impatto diretto sul consumo energetico e sui costi operativi. Queste perdite consistono principalmente in perdite per isteresi e perdite per correnti parassite, generate a causa del flusso magnetico alternato nel nucleo del trasformatore.

1. Comprendere la perdita del nucleo nei trasformatori
A. Tipi di perdite fondamentali
Perdita di isteresi

Causato dal riallineamento del dominio magnetico nel materiale del nucleo.

Dipende dalle proprietà del materiale del nucleo e dalla densità del flusso magnetico (B).

Perdita di correnti parassite

Correnti circolanti indotte nei lamierini del nucleo.

Ridotto da laminazioni più sottili e materiali centrali ad alta resistenza.

B. Impatto della perdita principale
Aumenta la temperatura operativa, riducendo la durata dell'isolamento.

Riduce l’efficienza energetica, con conseguente aumento dei costi dell’elettricità.

Può causare punti caldi localizzati, accelerando l'invecchiamento.

2. Metodi chiave per ridurre le perdite nel nucleo
A. Ottimizzare la selezione del materiale di base

La scelta migliore:

L'acciaio Hi-B CRGO offre il miglior equilibrio tra costi e prestazioni.

I nuclei amorfi sono ideali per trasformatori ad altissima efficienza (ad esempio, reti intelligenti).

B. Utilizzare laminazioni più sottili e isolate
Le laminazioni più sottili (0,23 mm - 0,30 mm) riducono le correnti parassite.

I rivestimenti isolanti (gradi C3, C5 o C6) riducono al minimo i cortocircuiti di interlaminazione.

C. Migliorare la progettazione e l'impilamento del nucleo
Giunzione Step-Lap

Riduce i traferri e le perdite di flusso nei giunti.

Riduce la corrente di magnetizzazione e la perdita di isteresi.

Angoli smussati (tagli a 45°)

Migliora il flusso del flusso magnetico, riducendo le perdite localizzate.

Geometria del nucleo ottimale

I nuclei circolari o a gradini riducono al minimo la lunghezza del percorso del flusso.

D. Ridurre la densità di flusso (B) nella progettazione
Il funzionamento a una densità di flusso inferiore (1,5 T - 1,7 T invece di 1,8 T) riduce la perdita di isteresi.

Compromesso: richiede dimensioni del nucleo più grandi, aumentando il costo del materiale.

E. Produzione e assemblaggio di precisione
La stretta pressione di serraggio previene vibrazioni e spazi interlaminari.

Evitare stress meccanici durante il taglio/impilamento per preservare le proprietà magnetiche.

I nuclei incisi al laser migliorano l'allineamento del dominio magnetico.

F. Utilizzare olio per trasformatori di alta qualità
L'olio a bassa viscosità e ad alta conduttività termica migliora il raffreddamento.

Gli inibitori dell'ossidazione prevengono la formazione di fanghi, mantenendo l'efficienza.

G. Migliori pratiche operative
Evitare condizioni di sovratensione (aumenta esponenzialmente la perdita del nucleo).

Test regolari dell'olio (DGA, contenuto di umidità) per prevenire il degrado dell'isolamento.

Caricare i trasformatori in modo ottimale (la perdita del nucleo è costante, ma l'efficienza migliora con il carico).

3. Tecniche avanzate per la riduzione delle perdite nel core
A. Nuclei nanocristallini (tendenza futura)
Perdita inferiore rispetto ai metalli amorfi (~0,1 W/kg).

Densità del flusso di saturazione maggiore (1,2 T) rispetto a Metglas.

B. Previsione delle perdite principali assistita dall'intelligenza artificiale
I modelli di machine learning ottimizzano la progettazione principale prima della produzione.

C. Materiali del nucleo ibrido
Combinazione di CRGO con leghe amorfe per un equilibrio costi-prestazioni.

4. Caso di studio: riduzione delle perdite nel nucleo in un trasformatore da 50 MVA

Punti chiave:

I miglioramenti apportati alla progettazione dell'aggiornamento dei materiali riducono significativamente le perdite.

5. Conclusione e raccomandazioni
Riepilogo delle migliori pratiche
Utilizza l'acciaio Hi-B CRGO per costi e prestazioni bilanciati.
Laminazioni più sottili (0,23 mm-0,30 mm) con rivestimento isolante.
Ottimizzare la geometria del nucleo (giunti a gradino, angoli smussati).
Controllare la densità del flusso (1,5T-1,7T) per ridurre al minimo la perdita di isteresi.
Produzione di precisione per evitare stress meccanici.
Olio per trasformatori di alta qualità per un migliore raffreddamento.

Raccomandazione finale
Per i nuovi trasformatori, investire nel design step-lap Hi-B CRGO.
Per i trasformatori esistenti, garantire una corretta manutenzione e la qualità dell'olio.

Implementando queste strategie, produttori e operatori possono migliorare l’efficienza, ridurre i costi energetici e prolungare la durata dei trasformatori.

Prospettive future:

I nuclei amorfi/nanocristallini potrebbero dominare i trasformatori ad alta efficienza di prossima generazione.

La tecnologia Digital Twin consentirà il monitoraggio in tempo reale delle perdite dei nuclei.