ELECTRIC, WITH AN EDGE
With the improvement of environmental protection requirements, the energy efficiency level of distribution transformers has also been improved. There will be an increase in material costs associated with distribution transformers, especially the raw material for transformer silicon steel.
According to the current market price of materials, in the cost of main materials of distribution transformers, the cost of core materials accounts for about 25%, the cost of copper materials accounts for about 65%, and the cost of other materials accounts for about 10%.
How to reasonably select silicon steel transformer core materials and improve product cost performance has become a topic of widespread concern for manufacturers.
In this paper, the author compares and analyzes different schemes for the new energy-efficiency distribution transformers of grade 1 and grade 2, and obtains the corresponding relationship between the price difference of adjacent grades of electrical steel and the proportion of product cost reduction, and proposes the key points of the application of thin strip oriented silicon steel transformer core, which are as follows: Provide reference for your purchase of distribution transformers.
En prenant l’exemple d’un nouveau transformateur de distribution de classe d’efficacité énergétique 2 d’une capacité de 100kVA, les tôles d’acier au silicium pour transformateur des grades B23R080, B20R075 et B20R070 sont utilisées pour la conception des schémas électromagnétiques, qui sont définis tour à tour comme Schéma I, Schéma II et Schéma III.
La colonne du noyau en fer et la section d’enroulement adoptent une structure elliptique, en considérant l’influence de l’épaisseur du film de peinture de la tôle d’acier au silicium du noyau du transformateur et de la qualité du cisaillement sur le coefficient de laminage f, la tôle d’acier électrique de 0,23 mm f est sélectionnée comme étant 0,96, et la tôle d’acier au silicium de 0,2 mm f est sélectionnée comme étant 0,95.
L’acier au silicium des transformateurs à bandes minces étant sensible aux contraintes mécaniques, la perte de performance pendant le cisaillement et l’empilage a une grande influence sur la valeur K du coefficient supplémentaire de perte à vide. Sur la base de la formule empirique pour le coefficient supplémentaire de perte à vide des transformateurs de distribution, et ici Sur la base d’un réglage fin : la valeur K du coefficient supplémentaire de perte dans l’air du schéma I est sélectionnée selon 1,25, la valeur K des schémas II et III est sélectionnée selon 1,33, le poids et Voir le tableau 1 pour les coûts.
À l’exception du prix de l’acier au silicium du transformateur dans le tableau 1, les prix des autres matériaux sont les mêmes.
D’après la comparaison des coûts des trois schémas, on peut voir que le coût des matériaux est considérablement réduit en utilisant l’acier au silicium orienté de qualité supérieure pour fabriquer le même type et les mêmes performances que le nouveau transformateur de distribution de qualité 2 à haut rendement énergétique.
Les résultats de la comparaison des schémas I et II montrent que lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes de noyau de transformateur en acier au silicium est de 78,5 dollars américains par tonne, le coût des matériaux peut être réduit de 4,4 % ;
Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes de noyau de transformateur en acier au silicium est de 157 dollars américains par tonne-1, le coût des matériaux peut être réduit de 3,72% ;
Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier électrique est de 235,7 dollars américains par tonne-1, le coût des matériaux peut être réduit de 3,05%.
Résultat de la comparaison entre le schéma II (1) et le schéma III : lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier au silicium est de 78,5 dollars américains par tonne, le coût des matériaux peut être réduit de 4,43 % ;
Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier au silicium est de 157,1 dollars américains par tonne-1, le coût des matériaux peut être réduit de 3,72 % ;
Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier au silicium est de 235,7 dollars américains par tonne-1, le coût des matériaux peut être réduit de 3,02 %.
Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier au silicium se situe dans la fourchette (0~1500) yuan-tonne-1, les 3 nœuds du tableau 1 sont étendus à 300, 500, 800, 1000, 1200 et 1500 yuan-tonne-1, soit un total de 6 nœuds, calculés de cette manière,
Le ratio de réduction des coûts de chaque nœud est indiqué dans le tableau 2 (le ratio de réduction des coûts dans le tableau 2 est la moyenne de deux comparaisons).
Il a été vérifié que les indicateurs de performance du prototype produit par les trois schémas répondent aux exigences de la norme, les valeurs mesurées du vide, de la perte de charge et de la tension d’impédance sont conformes aux valeurs de conception, et la puissance acoustique du bruit est inférieure à 40dB.
Différentes qualités d’acier au silicium orienté sont utilisées pour fabriquer les nouveaux transformateurs de distribution de classe 2 à haut rendement énergétique. En raison de la consommation différente de matières premières des transformateurs, les émissions de carbone générées dans le processus de production sont également différentes. Selon la méthode de calcul de l’indice d’émission de carbone des produits à faible teneur en carbone des transformateurs de distribution, la consommation de matériaux de trois schémas Les émissions de carbone qui en résultent sont indiquées dans le tableau 3.
Transformer model | Plan | Silicon steel grades | Carbon emission/kg CO2e·k VA-1 |
S20-M-100/10-NX2 | I | B23R080 | 14.82 |
| II | B23R075 | 14.76 |
| III | B23R070 | 14.72 |
Les transformateurs à haut rendement énergétique qui répondent aux normes d’efficacité énergétique de niveau 1 et de niveau 2 de la norme GB20052-2020 permettront d’augmenter de 10 % la proportion de transformateurs de puissance fonctionnant sur le réseau. Selon la capacité d’exploitation triennale connectée au réseau du transformateur de distribution de 480 millions de kVA, dont l’efficacité énergétique de niveau 2 représente 70 %, soit 340 millions de kVA, le plan III (B20R070 tôle d’acier au silicium) est sélectionné pour fabriquer un nouveau transformateur de distribution de classe d’efficacité énergétique 2, ce qui est identique au plan I. (B23R080 tôle d’acier au silicium), l’émission de carbone peut être réduite de 3,4×104 tonnes. La formule de calcul est indiquée dans la formule (1).
E=Ec X P (1)
Parmi eux, Ec est la différence d’émission de carbone entre le plan I et le plan III, en kg CO2e/k VA ; P est la capacité de fonctionnement sur trois ans connectée au réseau d’un transformateur de distribution à efficacité énergétique de classe 2, en k VA.
Sélection de différentes qualités d’acier au silicium à grains orientés pour le développement de nouveaux transformateurs de distribution de classe d’efficacité énergétique 1
Prenons l’exemple d’un transformateur de distribution de classe d’efficacité énergétique 1 de 100 kVA. Les tôles d’acier au silicium B20R075, B20R070 et B20R065 sont utilisées pour la conception du schéma électromagnétique, qui est défini comme le schéma IV, le schéma V et le schéma VI. La colonne du noyau et la section d’enroulement adoptent une structure elliptique, le facteur de laminage f de la tôle d’acier au silicium de 0,2 mm est choisi à 0,95, et la valeur du facteur de perte d’air supplémentaire K des trois schémas est choisie à 1,31. Le poids et le coût des matériaux principaux des trois systèmes sont indiqués dans le tableau 4.
D’après la comparaison des coûts des trois schémas, on peut voir que le coût des matériaux est considérablement réduit en utilisant un acier au silicium orienté de qualité supérieure pour fabriquer un nouveau transformateur de distribution de classe d’efficacité énergétique 1 de même type et de même performance.
Selon le principe de comparaison des coûts énoncé au point 2.1, on compare le plan IV au plan V, au plan V (1) et au plan VI. Lorsque la différence de prix entre les catégories adjacentes d’acier au silicium se situe dans l’intervalle (0~1500) yuan-tonne-1, 6 nœuds sont également sélectionnés. Le tableau 5 montre le ratio de réduction des coûts de chaque nœud.
Conformément au principe de comparaison des émissions de carbone énoncé à la section 2.2, les émissions de carbone générées par la consommation de matériaux dans les trois plans sont présentées dans le tableau 6.
Selon la capacité d’exploitation triennale connectée au réseau du transformateur de distribution de 480 millions de kVA, dont l’efficacité énergétique de premier niveau représente 30 %, soit 140 millions de kVA, le plan VI (tôle d’acier au silicium B20R065) est sélectionné pour fabriquer un nouveau transformateur de distribution de premier niveau à efficacité énergétique, et par rapport au plan IV (tôle d’acier au silicium B20R075), l’émission de carbone peut être réduite de 3,92×104 tonnes, et la formule de calcul est la même que la formule (1).
1) Par rapport à la tôle d’acier au silicium de 0,23 mm couramment utilisée dans l’industrie, le film de peinture en acier au silicium à bande mince de 0,2 mm représente une proportion relativement importante. En outre, compte tenu de l’influence des bavures de cisaillement pendant le traitement, le coefficient de laminage du noyau dans le schéma de calcul électromagnétique est quelque peu différent. En diminuant, la valeur est généralement de 0,95~0,955. Parce que l’acier au silicium à bande mince est sensible aux contraintes mécaniques, compte tenu de la perte de performance pendant le cisaillement et l’empilage, la sélection du coefficient supplémentaire de perte à vide doit laisser une certaine marge.
2) Afin de réduire l’influence de la contrainte résiduelle sur la performance globale pendant le processus de cisaillement de l’acier au silicium en bande mince, il est recommandé de sélectionner une largeur de feuille minimale du noyau de fer de ≥50mm.
3) Le noyau de fer adopte des joints à onglet complet à cinq niveaux. Afin d’améliorer l’efficacité de la production, il est recommandé d’utiliser la méthode d’empilage “321” pour la méthode d’empilage : les couches principales et secondaires sont empilées en une seule pièce, et les autres étapes sont empilées avec 2 et 3 pièces à tour de rôle.
4) Afin de réduire davantage la perte à vide du noyau de fer, la section de l’étrier de fer peut être augmentée à 1,05 fois la section de la colonne du noyau.
1) Refendage : Le saut d’extrémité de l’outil est contrôlé par ≤0,015mm, l’écart de l’outil est contrôlé entre 0,01mm et 0,015mm, et la coïncidence des outils supérieur et inférieur est contrôlée entre 0,18mm et 0,2mm. Lorsque la bande est enroulée, la force de pression du dispositif d’enroulement doit être ajustée de manière appropriée pour éviter la déformation de la tôle d’acier au silicium causée par une pression excessive.
2) Cisaillement horizontal : La largeur du rail de guidage d’alimentation doit être ajustée en fonction de la largeur de la bande +0,2mm ~ 0,3mm pour éviter que la tôle d’acier au silicium ne soit trop serrée.
3) Pendant le processus d’assemblage, la force de serrage du noyau de fer est contrôlée à 0,25MPa ~ 0,3MPa, et la perte sans charge et le bruit sont les meilleurs à ce moment-là.
L’acier au silicium orienté à bandes minces de haute qualité est utilisé dans les nouveaux transformateurs de distribution à haut rendement énergétique, et l’effet de réduction des coûts et d’augmentation du rendement est remarquable.
Lorsque la différence de prix du marché entre les catégories adjacentes de tôles d’acier au silicium se situe dans une fourchette raisonnable, l’utilisation d’acier au silicium orienté de qualité supérieure pour produire de nouveaux transformateurs de distribution à haut rendement énergétique permet de réduire la consommation de matériaux, de diminuer le volume du transformateur, d’obtenir un meilleur rendement financier et de réduire les émissions de carbone dues à la consommation de matériaux.
Comme l’acier au silicium en bande mince est sensible aux contraintes mécaniques, la perte de performance pendant le traitement a une grande influence sur le coefficient supplémentaire de perte à vide, il faut donc réserver une certaine marge dans la conception et le calcul.
Lorsque la tôle d’acier au silicium est cisaillée, les paramètres clés tels que le jeu de l’outil et le chevauchement doivent être ajustés raisonnablement en fonction de l’épaisseur de la tôle afin de réduire la perte de performance pendant le traitement.
La sélection d’un acier au silicium orienté de haute qualité et à faible perte de fer dans les transformateurs de distribution à haut rendement et à économie d’énergie peut réduire la consommation de matériaux, les émissions de carbone et améliorer le coût du produit. Le développement vert et d’autres aspects ont une signification positive pour la promotion.
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