Was ist ein dreidimensionaler Wickelkerntransformator?

I. Was ist ein dreidimensionaler Wickelkerntransformator?

Der dreidimensionale Wickelkerntransformator ist ein energiesparender Leistungstransformator, der einen dreidimensionalen dreieckigen, dreidimensional angeordneten Wickelkern als Magnetkreis verwendet. Es besteht aus drei Einzelrahmenkernen mit exakt gleichen geometrischen Abmessungen, die auf Spezialgeräten kontinuierlich gewickelt und dann zu einer gleichseitigen Dreiecksstruktur zusammengesetzt werden. Die Längen der dreiphasigen Magnetkreise sind völlig gleich und am kürzesten, und es gibt keine Nähte zwischen den Schichten.

Bei der Modellbenennung wird es üblicherweise durch den Buchstaben „RL“ identifiziert (z. B. S13-M.RL-100/10, SCB11-RL-1000/10), wobei „R“ für den gewalzten Kern und „L“ für die dreidimensionale Struktur steht.

Nach Isolierungs- und Kühlmethoden werden sie hauptsächlich unterteilt in:

• In Öl getauchter dreidimensionaler Wickelkerntransformator (z. BS13/S20/S22-M.RL-Serie): Geeignet für die Stromverteilung im Freien, ländliche Stromnetze, Kastentransformatoren usw.

• Dreidimensional gewickelte Trockenkerntransformatoren (z. B. die Serien SCB11-RL, SGB11-RL): einschließlich harzverkapselter und nicht verkapselter Typen, die hauptsächlich in Innenräumen, Hochhäusern, U-Bahnen und anderen Orten mit hohen Brandschutzanforderungen verwendet werden.

II. Technische Kernmerkmale und Vorteile

Im Vergleich zum herkömmlichen planaren laminierten Kern wurde mit dem dreidimensional gewickelten Kern eine systematische Optimierung hinsichtlich Magnetkreis, Verlust, Geräusch, Struktur usw. erzielt:

1. Der Magnetkreis ist völlig symmetrisch und weist keinen Verbindungsverlust auf.

• Der Eisenkern besteht aus kontinuierlich gewickelten Siliziumstahlbändern, ohne Nähte oder Luftspalte zwischen den Schichten. Der Magnetkreis ist überall gleichmäßig verteilt, wodurch Bereiche mit hohem Widerstand und Magnetflussverzerrungen vermieden werden.

• Die Richtung des magnetischen Flusses stimmt vollständig mit der Walzrichtung (Kornorientierung) des Siliziumstahlblechs überein, wodurch die magnetische Permeabilität maximiert wird.

• Die Längen der dreiphasigen Magnetkreise sind gleich und am kürzesten, und die dreiphasigen Leerlaufströme sind ausgeglichen, was die Stromqualität erheblich verbessert.

2. Leerlaufverluste und Strom werden deutlich reduziert

• Der Eisenverlustkoeffizient wird von 1,3–1,5 beim laminierten Typ auf etwa 1,05 reduziert. Dies allein kann den Kernverlust um 10–20 % reduzieren.

• Die Menge des im Eisenjoch verwendeten Materials wird um etwa 25 % reduziert, das Gewicht des gesamten Eisenkerns wird um 18 % bis 25 % reduziert und Siliziumstahlbleche werden um 25 % bis 30 % eingespart.

• Tatsächliche Messdaten zeigen, dass der Leerlaufverlust des dreidimensionalen Wickelkerntransformators im Vergleich zum nationalen Standard um 25 % bis 35 % (sogar bis zu 50 %) und der Leerlaufstrom um bis zu 70 % bis 92 % reduziert werden. Der Energiespareffekt ist erheblich.

3. Das Betriebsgeräusch wird stark reduziert und ist nahezu geräuschlos.

Transformatorgeräusche entstehen hauptsächlich durch Magnetostriktion von Siliziumstahlblechen und magnetische Leckvibrationen von Verbindungen. Durch den nahtlosen, durchgehenden Magnetkreis und die dichte Struktur des dreidimensional gewickelten Kerns werden die Vibrationen stark reduziert. Das Betriebsgeräusch liegt normalerweise 10 bis 25 dB(A) unter dem nationalen Standard. Einige Produkte können nur 40–47 dB betragen, wodurch sie für lärmempfindliche Bereiche wie Wohngebiete, Krankenhäuser und Schulen geeignet sind.

4. Gute Wärmeableitung, starke Überlastfähigkeit und kompakte Struktur

• Die dreiphasigen Spulen sind „stiftförmig“ angeordnet, wobei in der Mitte ein natürlicher Luftkanal auf und ab verläuft. Der Temperaturunterschied wird genutzt, um Luftkonvektion für eine effiziente Wärmeableitung zu erzeugen, mit geringem Temperaturanstieg und starker Überlastfähigkeit.

• Die Bodenfläche des Maschinenkörpers wird um 10–15 % und die Höhe um 10–20 % verringert. Das Volumen der Kastenstation kann um fast ein Viertel reduziert werden, wodurch Installationsraum gespart wird.

5. Starke Kurzschlussfestigkeit und hohe Materialausnutzung

• Die Wicklungen sind konzentrisch auf den dreidimensionalen Rahmen gewickelt und werden gleichmäßig beansprucht; Die Klemmen sind größtenteils in eine integrierte Dreiecksstruktur eingeschweißt, die der axialen und radialen Belastung durch plötzliche Kurzschlüsse wirksam widerstehen kann.

• Die Siliziumstahlbleche werden vertikal geschnitten, mit einer Materialausnutzungsrate von nahezu 100 % und nahezu keinem Kantenabfall. Die Herstellung ist materialsparend und umweltfreundlich.

III. Vergleich mit herkömmlichen laminierten Transformatoren

Im Allgemeinen hat der dreidimensional gewickelte Kern offensichtliche Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz, Geräuschentwicklung und Lautstärke; Der laminierte Kern bietet weiterhin Raum für den Einsatz in der Großserienfertigung und Flexibilität bei der späteren Demontage und Wartung.

IV. Hauptanwendungsgebiete und Marktaussichten

1. Typische Anwendungsszenarien

• Städtisches und ländliches Verteilungsnetz: Wohngebiete, Gewerbezentren, Straßenstromverteilung, unter Ausnutzung der Geräuscharmut, der Energieeinsparung und des geringen Platzbedarfs.

• Öffentlich und Infrastruktur: Hochhäuser, Krankenhäuser, Schulen, U-Bahnen, Flughäfen, Bahnhöfe und andere Orte mit hohen Lärm- und Sicherheitsanforderungen.

• Neue Energie und Industrie: Photovoltaik- und Windkraftnetzanbindung, Rechenzentren, Industrie- und Bergbauunternehmen, Ölbohrplattformen usw.

• Umspannwerke in Kastenform und ländliche Stromnetze: Kompakte Struktur, geeignet für Umspannwerke in Kastenform, vollständig abgedichtet und feuchtigkeitsbeständig, geeignet für ländliche Gebiete und Gebiete mit rauen Umgebungsbedingungen.

2. Marktentwicklungstrends

Aufgrund von Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz und einer umweltfreundlichen Transformation nimmt die Verbreitung von dreidimensionalen Wickelkerntransformatoren weiter zu. Derzeit decken die Produkte Spannungsbereiche von 10 kV bis 110 kV und Kapazitäten von mehreren zehn kVA bis zu mehreren zehntausend kVA ab und werden in Richtung Intelligenz (integrierte Fernüberwachung), dreidimensionale gewickelte Kerne aus amorphen Legierungen und Großserien erweitert. Es wird erwartet, dass der inländische Markt für dreidimensionale Wickelkerntransformatoren ein zweistelliges Verbundwachstum beibehalten und zu einer der Hauptauswahlmöglichkeiten für die Transformation des Verteilungsnetzes werden wird.

V. Zusammenfassung und Fazit der Auswahl

Der dreidimensionale gewickelte Kerntransformator ist kein einfacher „Strukturersatz“, sondern eine energiesparende Systeminnovation, die auf der Beschaffenheit des Magnetkreises basiert: Ein kontinuierlicher und nahtloser dreidimensionaler Magnetkreis wird für geringere Verluste, weniger Lärm und eine kompaktere Größe ausgetauscht, und die Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus (TCO) sind deutlich niedriger als bei herkömmlichen Produkten.

Auswahlvorschläge:

• Wenn sich das Projekt im Kerngebiet der Stadt, einem dicht besiedelten Gebiet, einem lärmsensiblen Gebiet oder einem neuen standardisierten Gebiet befindet, wird dem ersten/sekundären energieeffizienten dreidimensionalen Wickelkerntransformator Vorrang eingeräumt;

• Wenn das ländliche Stromnetz über ein Bahnhofsgebiet verteilt ist, über eine große Kapazität verfügt (z. B. in einigen Szenarien über 315 kVA) und zu einem späteren Zeitpunkt flexible Änderungen erfordert, kann die laminierte Lösung anhand der Kosten und Wartungsanforderungen bewertet werden.

Während der Herstellungsprozess ausgereift ist und Skaleneffekte entstehen, wird die Wirtschaftlichkeit des gesamten Lebenszyklus von dreidimensionalen Wickelkerntransformatoren weiter hervorgehoben, die eine Schlüsselrolle bei der kohlenstoffarmen Umwandlung elektrischer Energie spielen.