Як виробник розподільних трансформаторів вибирає сталеве осердя: марка ГОЕС, втрати холостого ходу та терміни виготовлення

Два комерційних пропозиції на один і той самий блок потужністю 1500 кВА у наземному виконанні надійшли на стіл покупця в Х’юстоні минулого місяця. Однакова потужність у кВА, однакове вхідне напруження 13,8 кВ (трикутник) і вихідне 480Y/277 В, однакове імпульсне витримувальне напруження 95 кВ, однаковий сертифікат UL. Різниця у ціні — 19 %, різниця у термінах поставки — 8 тижнів.

Ми запросили технічні паспорти від обох постачальників. Один із них навів параметри орієнтована електрична сталь класу M-4, товщина 0,30 мм. Інший — класу M-3, товщина 0,27 мм. Цей єдиний рядок пояснює більшу частину розбіжності.

Як розподільних трансформаторів таке ми спостерігаємо щотижня. Сталь для магнітопроводу становить приблизно п’яту частину вартості матеріалів і переважну частину втрати при навантаженні вартості виробництва, проте зазвичай про неї запитують останньою перед підписанням договору.

Укладання орієнтованої за зерном сталі на лінії штампування листів

Що таке орієнтована за зерном електротехнічна сталь

Орієнтована електрична сталь — у більшості замовлень це позначається як CRGO — це низьковуглецевий сплав заліза з кремнієм, що містить приблизно 3,15 % кремнію; його прокатують та відпалюють таким чином, щоб кристалічна решітка утворювала текстуру Госса вздовж напрямку прокатки. Саме ця орієнтація є головною метою використання цього матеріалу: уздовж напрямку прокатки він легко намагнічується, а поперек нього — ні.

Основа з CRGO — це магнітне коло з переважним напрямком, і кожне різання, з’єднання та отвір для болта в готовому стосі порушують цей напрямок. Саме тому проектування основи має таке саме значення, як і клас основи, а також чому дешеву котушку все одно може бути використано у дорогостоящому трансформаторі.

На частотах 50 або 60 Гц важливі два механізми втрат. Втрати на гістерезис залежать від сплаву й якості відпалу. Вихрові втрати залежать від товщини шарів, тому осердя розподільних трансформаторів виготовляють із листа товщиною 0,23–0,30 мм замість 0,5-мм листа, що використовується в дешевих малих трансформаторах. Збільшення вмісту кремнію підвищує питомий опір і зменшує вихрові струми; ще більше зменшують їх тонші листи. Сучасні прокатні станки також наносять на поверхню лазерну розмітку для уточнення магнітних доменів — це дає зниження загальних втрат у серцевині приблизно на 5–10 % для однакового класу матеріалу.

ASTM A876/A876M — це специфікація, на яку найчастіше посилаються замовлення на повністю оброблені класи. Ось діапазон, який покупці фактично отримують:

Марка	Номінальна товщина	Типові максимальні втрати в осерді, Вт/кг при 1,7 Тл, 60 Гц	Де воно відображається
M-2	0,23 мм	0,85 – 0,95	Преміальні ефективні одиниці, тендерні замовлення з штрафами за втрати
M-3	0,27 мм	0,95 – 1,05	Робоча класифікація ефективності на 2029 рік
M-4	0.30 мм	1,05 – 1,15	Стандартні розподільні одиниці, замовлення з коротким терміном виконання

Читайте цю таблицю як орієнтир, а не як зобов’язання. Технічні паспорти виробників відрізняються, а втрати, які ви купуєте, — це втрати готового магнітопроводу, а не втрати, вказані на бірці обмотки.

 

Чому два виробники розподільних трансформаторів наводять різні значення втрат у режимі холостого ходу

Два заводи можуть закупити одну й ту саму стрічку M-3 й поставити трансформатори з різницею у втратах на 12 % втрати при навантаженні . Різниця полягає у коефіцієнті виготовлення — співвідношенні між виміряними втратами готового магнітопроводу та теоретичними втратами сталі такої самої маси у нерозрізаному стані. На добре організованому виробництві магнітопроводів цей коефіцієнт становить від 1,10 до 1,25. Поза цим діапазоном процес вже «з’їдає» вати, за які ви вже заплатили.

Ось де розташовуються вати. Спочатку йде спільне проектування: ступінчасті косі з’єднання під кутом 45° переважають торцеві з’єднання, оскільки магнітний потік перетинає менше розривів, а триступінчасте перекриття краще за одноступінчасте. Другим чинником є кількість з’єднань на кожне коліно — кожне додаткове з’єднання збільшує магнітну розмагніченість. Третім чинником є отвори для болтів, пробиті крізь ярмо, оскільки отвір змушує магнітний потік обходити його. Четвертим — заусінець, що залишається після розрізання стрічки, бо він усуває міжшарову ізоляцію по краю. П’ятим — тиск стягування: надмірне затягування болтів сердечника створює механічні напруження в листі й підвищує втрати.

Відпал — це етап, про який покупці рідко запитують. Різання та штампування пошкоджують структуру зерна по краю кожної пластини, а відпал зняття напружень після різання відновлює більшу частину цих пошкоджень. Пропустіть відпал або передайте сердечник субпідприємству, яке обробляє змішані партії, і ви повернете частину того, що вже заплатили за котушку.

На нашій основній лінії оператор перевіряє висоту заусенця мікрометром на кожному рулоні після розрізання, перш ніж він надходить до різального столу. Будь-яке значення понад 0,02 мм позначається як відхилення, оскільки такий заусенець проявиться як втрати під час остаточного тестування, а не під час різання, і до цього моменту осердя вже буде змонтовано. Стоси збирають із трьохступеневим перекриттям, а кожне осердя фіксують стрічкою замість болтів крізь ярмо.

Вимірювання втрат холостого ходу та струму намагнічування перед установкою в бак

Ці розрахунки варто зробити один раз, адже вони перетворюють дискусію щодо технічних характеристик на конкретну цифру. Один трансформатор потужністю 1000 кВА з втратами в осерді 1200 Вт, що працює 8760 годин на рік за тарифом 0,09 дол. США/кВт·год, споживає щороку приблизно 946 дол. США енергії в режимі холостого ходу. Десять відсотків коефіцієнта завантаження — це 120 Вт, що становить 95 дол. США на рік, або приблизно 1900 дол. США протягом 20-річного терміну експлуатації одного трансформатора. Помножте це на парк із сорока одиниць — і технічна характеристика осердя перестає виглядати незначною деталлю.

 

Як клас осердя визначає вашу дату поставки

Саме ця частина викликає подив у команд з закупівель. У трансформатор з масляним охолодженням , основа зазвичай є матеріалом із найдовшим циклом закупівлі, що постачається ззовні, раніше за бак і іноді навіть раніше за втулки. Сталь з орієнтованою зернистістю — це прокатний виріб, який продається за річними контрактами на виділення, а марки з високою проникністю товщиною 0,27 мм становлять найменшу частку цього виділення, оскільки всі виробники, що прагнуть досягти показників ефективності 2029 року, хочуть однакових рулонів.

Тож коли постачальник пропонує скоротити графік на шість тижнів, перейшовши від M-3 до M-4, ймовірно, він не перебільшує щодо графіка. Він міняє ваш втрати при навантаженні на своє місце на прокатному стані. Якщо проект передбачає положення про оцінку збитків, така заміна зазвичай призводить до збитків протягом усього терміну експлуатації одиниці. Якщо ж проект стосується тимчасового електропостачання об’єкта з терміном поставки через десять тижнів, використання марки M-4 може бути цілком доречним. Помилкою є здійснення такої заміни випадково, просто тому, що ніхто не запитав, яка саме марка була запропонована.

Положення тепер включено до цього розрахунку. Згідно з 10 CFR 431.196, рідинно-заповнені та низьковольтні сухі розподільні трансформатори, виготовлені 23 квітня 2029 року або пізніше, повинні відповідати зміненим таблицям ефективності, а чинний текст опубліковано в eCFR 10 CFR Part 431 Subpart K . Одиниця, замовлена у 2028 році для введення в експлуатацію у 2029 році, розташована точно на цій межі, а клас серцевини — це те, що фактично забезпечує відповідність вимогам — не табличка з технічними даними й не каталог.

Це має наслідки для закупівель, які варто відзначити заздалегідь. Якщо ви замовляєте одиницю, готову до використання у 2029 році, у 2026 або 2027 роках, ви фактично резервуєте виділення матеріалу M-3 за два-три роки до дати вступу в силу вимог, конкуруючи з усіма іншими покупцями, які ознайомилися з тим самим положенням.

 

Читання гарантії втрат у пропозиції

Гарантоване й типове значення — це не одне й те саме число, і в цитатах рідко зазначається, яке саме мається на увазі. Стандарт IEC 60076-1 дозволяє допуск +15 % щодо гарантованих втрат, тому гарантія на 1200 Вт юридично охоплює значення до 1380 Вт. Якщо ви формулюєте клаузулу про штрафні санкції, визначте її стосовно гарантованого значення й вимірюйте за методом втрат холостого ходу в поточному Кодом випробувань IEEE C57.12.90 , а також обмежте допуск у замовленні на закупівлю.

Ми публікуємо гарантоване значення з уже врахованим у ньому допуском. Якщо розрахунок проекту дає 1180 Вт, то гарантія вказує 1180 Вт, а результати заводських випробувань мають бути не вищими за це значення. Це складніша обіцянка, але вона усуває спори під час приймальних випробувань. Крім того, це змушує цех магнітопроводів весь рік підтримувати низький коефіцієнт будівництва, що й є головною метою.

Ще дві речі, які варто перевірити в комерційній пропозиції. По-перше, чи враховано втрати навантаження при температурі 75 °C чи 85 °C, оскільки ці два значення не є взаємозамінними, а в більшості пропозицій не вказано, яку саме умовну температуру використано. По-друге, чи взагалі вказано масу магнітопроводу. У конструкції трансформатора потужністю 1000 кВА, де маса магнітопроводу на 40 кг менша, або використано кращу сталеву стрічку, або використано менше сталевої стрічки — і зовні ці два варіанти виглядають однаково в односторінковій комерційній пропозиції.

 

Що ми змінили у власному цеху магнітопроводів

Ryan Electric виробляє трансформатори з 2007 року на ділянці площею понад 120 000 м², оснащеній більш ніж 180 комплектами виробничого й випробувального обладнання та маючи 37 патентів. Як розподільних трансформаторів з власною лінією різання магнітопроводів ми обробляємо магнітопроводи для маслонаповнених і сухих трансформаторів на одних і тих самих лініях різання, ступінчастого насадження та відпалу зняття напружень, а не передаємо цю роботу субпідприємствам. Це єдиний спосіб, який ми знайшли, щоб забезпечити стабільне й повторюване значення коефіцієнта заповнення протягом усього виробничого року. Кожна одиниця отримує втрати при навантаженні та вимірювання збуджувального струму до заповнення бака, щоб виявити несправний стак у той час, коли сердечник ще доступний, а не після заповнення оливою.

З 2023 року ми працюємо як спільне підприємство Eaton, і дисципліна аудиту, яка прийшла разом із цим партнерством, змінила спосіб документування сталі для сердечників. Сертифікат заводу-виробника, номер плавки та виміряна товщина шарів записуються за серійним номером кожного виробу й супроводжують звіт про випробування. Для покупця у Сполучених Штатах або Канаді ця документація забезпечує обґрунтованість відповідності стандартам UL або CSA через п’ять років, коли інспектор поставить запитання, яка саме сталь була використана у виробі.

 

Шість запитань перед затвердженням специфікації сердечника

Задайте їх до оформлення замовлення, а не після заводських випробувань:

• Який клас ASTM і товщина, а також які дані про втрати відповідного заводу-виробника при 1,7 Т?
• Чи гарантовано втрати при навантаженні це жорстке обмеження чи типове значення з додатковою допустимою похибкою?
• Який коефіцієнт будівельного фактора було прийнято в проекті, і які значення отримано під час фактичних випробувань останніх трьох одиниць цього розміру?
• Чи піддається серце відпалу після різання, і чи здійснюється відпал у межах підприємства чи передається субпідприємству?
• Чи надаються сертифікат виробника та номер плавки разом із звітом про рутинні випробування?
• Якщо термін поставки скорочується на вісім тижнів, які зміни стосуються марки матеріалу й хто приймає таке рішення?

Надішліть нам технічну специфікацію та дату введення в експлуатацію. Ми надамо відповідь щодо марки серця, гарантованих втрати при навантаженні та тижня поставки в одному документі й чітко вкажемо, чи є M-4 справжньою й обґрунтованою відповіддю для вашого графіку. Кожен розподільних трансформаторів наведе вам значення втрат; менше компаній продемонструють сертифікат виробника, що підтверджує це значення. Почніть із асортимент трансформаторів з масляним охолодженням або надішліть технічний паспорт через наш контактну сторінку .

Про автора — Цю статтю написала команда інженерів з виробництва трансформаторів компанії Ryan Electric (Jiangsu Ryan Transformers), що є розподільних трансформаторів виробництво трансформаторів з оливним охолодженням, сухих трансформаторів і трансформаторів на підставці для проектів у Північній Америці, на Близькому Сході та в Південно-Східній Азії. Команда володіє ключовими компетенціями у сфері конструювання, оцінки втрат та заводських приймальних випробувань для одиниць потужністю від 15 кВА однофазних до 200 МВА силових трансформаторів.