Trong bối cảnh những nỗ lực toàn cầu nhằm thúc đẩy tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải và trung hòa carbon, máy biến áp phân phối – với tư cách là thiết bị cơ bản nhất trong hệ thống điện – đã nhận thấy hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng trở thành tâm điểm chú ý của quốc tế. Trong những năm gần đây, các nền kinh tế lớn trên thế giới đã liên tục đưa ra các tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu bắt buộc đối với máy biến áp phân phối.

Theo đó, Trung Quốc đã cập nhật tiêu chuẩn quốc gia GB 20052 Các giá trị tối thiểu cho phép về hiệu suất năng lượng và cấp hiệu suất năng lượng đối với máy biến áp phân phối ba pha-, áp đặt các yêu cầu chặt chẽ hơn về cả tổn thất không tải và tổn thất khi có tải. Việc nâng cấp các cấp hiệu suất năng lượng của máy biến áp trực tiếp thúc đẩy sự cải tiến liên tục về hiệu suất của vật liệu cốt lõi.

 

Trong bối cảnh này, Baosteel đã phát triển độc lập các loại thép silic định hướng hạt có hàm lượng sắt thấp B18R065 và B20R070, với đặc tính điện từ tuyệt vời và đặc tính xử lý ổn định, đã được áp dụng thành công trong sản xuất số lượng lớn máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng Cấp 1.

 

Là đối tác kênh được ủy quyền của Baosteel, GNEE Steel có thể cung cấp ổn định cả hai loại thép silicon định hướng dạng hạt này, mang đến cho các nhà sản xuất máy biến áp một giải pháp vật liệu hiệu quả và đáng tin cậy.

 

Bài viết này trình bày một cách hệ thống nguyên lý phát triển, các thông số hoạt động và kết quả ứng dụng thực tế của hai sản phẩm này, cung cấp tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất máy biến áp trong việc lựa chọn và thiết kế vật liệu.

 

 

1. Tổng quan về phát triển máy biến áp phân phối hiệu suất cao

Trong những năm gần đây, để giảm tổn thất điện năng trong truyền tải và phân phối cũng như cắt giảm lượng khí thải CO₂ một cách hiệu quả, các quốc gia và khu vực lớn đã liên tục ban hành hoặc sửa đổi các tiêu chuẩn bắt buộc về máy biến áp phân phối hiệu suất cao:

• Nhật Bản thực hiện “Chương trình Top Runner” từ năm 2014, liên tục nâng cao các tiêu chuẩn hiệu suất cho máy biến áp;
• Liên minh Châu Âu đã thực thi Quy định về thiết kế sinh thái – Cấp 2 cho máy biến áp vào năm 2021, đặt ra các ngưỡng cao hơn về tổn thất không tải và tải;
• Hoa Kỳ triển khai tiêu chuẩn DOE mới cho máy biến áp phân phối vào năm 2024, nâng cấp toàn diện các yêu cầu về hiệu quả;
• Trung Quốc đã nhiều lần sửa đổi GB 20052, bổ sung các cấp hiệu suất năng lượng, nâng giá trị tối thiểu cho phép và phân loại máy biến áp thành ba cấp: Cấp 1, Cấp 2 và Cấp 3.

 

Việc sản xuất máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng không chỉ đòi hỏi ý tưởng thiết kế tiên tiến và thiết bị sản xuất phức tạp mà còn cả vật liệu cốt lõi chất lượng cao. Hiện nay, lõi máy biến áp chủ yếu sử dụng thép silic định hướng hạt mỏng và hợp kim vô định hình gốc sắt. Mặc dù hợp kim vô định hình có tổn thất không tải cực thấp nhưng chúng có những hạn chế về chiều rộng có thể sản xuất, độ bền, khả năng chống ẩm và từ giảo, ảnh hưởng đến tính nhất quán về chất lượng và khả năng ứng dụng chung.

 

Trong lĩnh vực thép silicon định hướng dạng hạt, các nhà sản xuất quốc tế hàng đầu như Nippon Steel đã giới thiệu loại 23ZDKH075 và 20ZDKH070, trong khi JFE cung cấp loại 20JCSE070. Ở trong nước, Baosteel, sau hơn mười năm R&D độc lập, đã làm chủ hoàn toàn toàn bộ công nghệ xử lý thép silicon định hướng dạng hạt và xây dựng dòng sản phẩm hoàn chỉnh có độ dày từ 0,18 mm đến 0,35 mm.

 

Trong số này, các loại cao cấp cỡ mỏng đã đạt được sản lượng ổn định và đã được áp dụng thành công trong các máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng Cấp 1. Do đó, Baosteel đã trở thành một trong số rất ít nhà sản xuất toàn cầu có khả năng cung cấp đồng thời số lượng lớn thép silic định hướng dạng hạt có độ thấm cao 0,20 mm và 0,18 mm.

 

2. Nguyên tắc phát triển vật chất

Độ dày điển hình của thép silicon định hướng dạng hạt là 0,23 mm, 0,27 mm và 0,30 mm, với hàm lượng silicon khoảng 3,0%. Cấu trúc vi mô thể hiện kết cấu Goss mạnh mẽ, với hướng từ hóa dễ dàng được căn chỉnh song song với hướng lăn, dẫn đến cảm ứng từ cao dọc theo hướng lăn. Trong quá trình từ hóa, các miền từ được hình thành và lớp phủ cách điện bề mặt phục vụ cả chức năng cách điện và sàng lọc miền từ.

 

 

Các phương pháp kỹ thuật chính để giảm tổn thất sắt trong thép silic định hướng dạng hạt bao gồm ba khía cạnh:Cải thiện mức độ định hướng hạt; bề mặt sản phẩm mịn không có lớp nền; độ dày giảm xuống 0,15 ~ 0,20 mm và hàm lượng silicon tăng lên 3,4% ~ 3,5%.

Tổn hao lõi bao gồm tổn thất trễ (\\(P_h\\)), tổn thất dòng điện xoáy (\\(P_e\\)) và tổn thất dị thường (\\(P_a\\)): • Tổn thất trễ: bị ảnh hưởng bởi cấu trúc tinh thể, tạp chất, ứng suất bên trong, kích thước hạt và các yếu tố khác; • Tổn hao dòng điện xoáy: tương quan chặt chẽ với độ dày tấm, với công thức biểu thị như sau

Tổn thất bất thường: phần còn lại của tổng tổn thất lõi sau khi trừ hai tổn thất trên.

Tổng tổn thất dòng điện xoáy có tính đến tổn thất bất thường:

Công thức mất trễ:

Công thức tổn thất tổng cộng:

Việc giảm độ dày có thể làm giảm tổn thất dòng điện xoáy và tổng tổn thất lõi, trong khi việc tinh chỉnh miền sẽ làm tăng tổn thất trễ.

Trong khi đó, việc làm mỏng tấm có xu hướng gây ra sự kết tinh lại thứ cấp không ổn định, đứt dải trong quá trình sản xuất và các khuyết tật khác, đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ thành phần hóa học và toàn bộ quá trình sản xuất.

 

3. Hiệu suất của sản phẩm mới B18R065 và B20R070

Baoshan Iron & Steel đã phát triển cấp độ tổn thất-lõi{1}}thấp B18R065 và B20R070 bằng cách áp dụng các công nghệ bao gồm kiểm soát thành phần hóa học cải tiến, gia nhiệt bằng cảm ứng, lớp phủ có độ căng-cao và khắc laser:

 

Các đặc tính điện từ của B20R070 về cơ bản tương đương với các sản phẩm cấp 070 0,2 mm của nước ngoài.

 

So sánh đặc tính cơ học: Không có sự khác biệt đáng kể giữa B18R065, B20R070 và B23R075. Quá trình cắt phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng xử lý.

 

Bảng 1 Các chỉ số đặc tính cơ học của thép điện định hướng-hạt cữ-

Cấp	Độ bền kéo (Dọc) / MPa	Cường độ năng suất (theo chiều dọc) / MPa	Độ giãn dài (Dọc) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Ưu điểm ứng dụng của B18R065 và B20R070 trong Máy biến áp hiệu suất cao

 

GB 20052 là tiêu chuẩn quốc gia bắt buộc yêu cầu giảm đáng kể tổn thất không-tải và tổn thất tải, làm cho thép điện tổn thất lõi cực thấp- trở thành lựa chọn vật liệu tối ưu.

 

Lấy thiết kế tối ưu hóa của máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng 630 kVA-làm ví dụ: nâng cấp loại thép điện định hướng dạng hạt- cho phép máy biến áp được thiết kế với mật độ từ thông cao hơn, giúp giảm-diện tích mặt cắt ngang của lõi sắt.

 

Điều này càng làm giảm trọng lượng của cuộn dây, thùng máy biến áp, dầu cách điện và các bộ phận khác, dẫn đến cấu trúc tổng thể nhỏ gọn hơn và cải thiện hiệu suất chi phí 3%~4%. Do đó, B18R065 và B20R070 đóng vai trò là vật liệu lõi được ưu tiên cho máy biến áp hiệu suất cao.

 

5. Hiệu suất ứng dụng của người dùng

 

Kết quả thử nghiệm máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng Loại 1 Model S{1}}M-315/10-NX1 được phát triển với sự hợp tác của các nhà sản xuất máy biến áp:

• B18R065: Tổn thất không-tải của nó thấp hơn 13% so với giá trị tiêu chuẩn, với độ ồn chỉ 42 dBA. Tất cả các chỉ số kỹ thuật đều vượt quá yêu cầu tiêu chuẩn quy định.
• B20R070: Hiệu suất điện từ của nó tương đương với thép điện loại 070 0,2 mm nhập khẩu.

Bảng 2 Thông số thử nghiệm của Máy biến áp phân phối hiệu suất năng lượng loại 1 S-M-315/10-NX1 với các vật liệu lõi khác nhau

Lớp vật liệu cốt lõi	Không-Tổn thất tải / W		Mất tải / W		Không-Tải hiện tại / %		Mức ồn / dBA
	Tiêu chuẩn	Đã đo	Tiêu chuẩn	Đã đo	Tiêu chuẩn	Đã đo	Tiêu chuẩn	Đã đo
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Nhập khẩu 0,2 mm Lớp 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Kết luận và triển vọng

Việc liên tục nâng cấp các tiêu chuẩn bắt buộc về máy biến áp phân phối hiệu suất cao trên toàn thế giới đã trở thành động lực chính cho việc không ngừng cải thiện hiệu suất của vật liệu cốt lõi. Các sửa đổi liên tiếp của GB 20052 của Trung Quốc hướng dẫn rõ ràng việc sản xuất máy biến áp theo hướng tổn thất thấp hơn và độ tin cậy cao hơn, tạo cơ hội ứng dụng rộng rãi cho thép silicon định hướng hạt cao cấp khổ mỏng.

 

Với công nghệ xử lý tự phát triển hoàn toàn, các loại B20R070 và B18R065 của Baosteel đã đạt đến trình độ tiên tiến quốc tế và đã đạt được ứng dụng số lượng lớn trong máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng Cấp 1. Đặc biệt, máy biến áp sử dụng B18R065 đã chứng tỏ tổn thất không tải thấp hơn giới hạn tiêu chuẩn hơn 13 %, đánh dấu bước đột phá đáng kể của vật liệu gia dụng trong ứng dụng máy biến áp hiệu suất năng lượng cao cấp. Baosteel đã trở thành nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới có khả năng cung cấp đồng thời số lượng lớn thép silic định hướng dạng hạt có độ thấm cao 0,20 mm và 0,18 mm.

 

Trong tương lai, Baosteel sẽ tiếp tục mở rộng năng lực sản xuất thép silicon định hướng hạt mỏng 0,20 mm và 0,18 mm, cải thiện hơn nữa tính nhất quán của sản phẩm và chất lượng bề mặt, đồng thời đẩy nhanh quá trình phát triển các sản phẩm thế hệ tiếp theo với tổn thất sắt thậm chí thấp hơn và cảm ứng từ cao hơn, cung cấp hỗ trợ vật liệu mạnh mẽ hơn cho việc nâng cấp hiệu suất máy biến áp đang diễn ra.

 

 

Thép GNEE, với tư cách là nhà phân phối được ủy quyền của thép silicon định hướng dạng hạt Baosteel, duy trì tồn kho lâu dài đầy đủ các loại có độ thấm cao cỡ mỏng, bao gồm B18R065 và B20R070. Chúng tôi cung cấp các dịch vụ rạch, cắt và xử lý khác, được hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp. Chúng tôi hoan nghênh tất cả các nhà sản xuất máy biến áp đến hỏi thăm hoặc ghé thăm cơ sở của chúng tôi. Chúng tôi cam kết cung cấp cho bạn những sản phẩm chất lượng cao và dịch vụ thỏa đáng.

 

Yêu cầu báo giá