هسته آهنی نانوبلور راندمان بالای ترانسفورماتور جریان زیر 35 کیلوولت در پروژه مقاوم سازی پست های توزیع شهری را افزایش می دهد.

برای درک کامل ارزش هسته آهنی نانوکریستالی، لازم است دانش صنعت هسته در مورد طراحی ترانسفورماتور جریان ولتاژ متوسط ​​را مرتب کنیم. یک ترانسفورماتور جریان دو ماموریت اصلی را در سیستم های قدرت انجام می دهد: اندازه گیری دقیق برای تسویه برق و جمع آوری سیگنال جریان بلادرنگ برای حفاظت از خطای رله. هسته مغناطیسی داخلی کارایی و دقت کلی تجهیزات را تعیین می کند. هسته‌های ورقه‌ای از فولاد سیلیکونی سنتی برای دهه‌ها بر تجهیزات توزیع زیر 35 کیلو ولت تسلط داشته‌اند، اما در شرایط کارکرد شبکه مدرن، نقص‌های آشکاری را آشکار می‌کنند. منابع انرژی توزیع شده جدید مانند فتوولتائیک روی پشت بام و توربین های بادی کوچک، جریان های هارمونیک عظیمی را به خطوط ولتاژ متوسط ​​تزریق می کنند. نوسانات بار مکرر همچنین ترانسفورماتورهای جریان را مجبور می کند تحت بارهای سنگین و سبک متناوب کار کنند. مواد فولادی سیلیکونی دارای تلفات هسته بالا در فرکانس متوسط، نفوذپذیری مغناطیسی اولیه کم و خطر اشباع مغناطیسی شدید هستند که به راحتی خطاهای اندازه گیری بیش از 0.5 کلاس، افزایش بیش از حد دمای داخل کابینت سوئیچ و پاسخ حفاظتی با تاخیر در هنگام خطاهای اتصال کوتاه را ایجاد می کند که به شدت عملکرد راندمان بالای کل شبکه توزیع را محدود می کند.

هسته آهنی نانوکریستالی، که از طریق فرآیندهای خاموش کردن فوق سریع و دقیق آنیل در دمای بالا تولید می شود، ساختار دانه کریستالی بسیار ریز در مقیاس نانو را در داخل نوارهای آلیاژی مبتنی بر آهن تشکیل می دهد که یک مزیت عملکردی جامع نسبت به فولاد سیلیکونی و آلیاژ دائمی ایجاد می کند. ساختار روبان بسیار نازک 25 میکرومتری آن به شدت تلفات جریان گردابی را کاهش می دهد. نفوذپذیری نسبی به 120000 تا 150000 می رسد که مصرف انرژی تحریک را به حداقل می رساند و تبدیل انرژی مغناطیسی را با راندمان بالا در مدار مغناطیسی ترانسفورماتور جریان محقق می کند. در همین حال، القای مغناطیسی اشباع 1.25T به طراحان این امکان را می دهد که حجم هسته را تقریباً 30 درصد کاهش دهند بدون اینکه ظرفیت شار را به خطر بیندازند و نقطه درد محدودیت فضا در تابلو برق فشرده زیر 35 کیلو ولت را حل کنند. این ماده عملکرد مغناطیسی نرم و پایدار را در محدوده دمایی -55- تا 130 درجه سانتیگراد حفظ می کند، از کاهش عملکرد ناشی از انباشت طولانی مدت گرمای کابینت جلوگیری می کند، که یک مزیت برجسته برای پست های نوع جعبه در فضای باز و اتاق های توزیع برق شهری با چیدمان متراکم است.

پروژه مقاوم سازی پست شهری چین شرقی 28 مجموعه از کابینت های توزیع فشرده 10 کیلوولت تا 35 کیلو ولت را پوشش می دهد که به جوامع مسکونی، مجتمع های تجاری و ایستگاه های فتوولتائیک توزیع شده با بار منبع تغذیه کلی 180 مگاولت آمپر خدمات رسانی می کند. قبل از نوسازی، تیم بهره برداری و تعمیر و نگهداری، انحرافات غیرعادی اندازه گیری مکرر را در طول پیک های تولید برق فتوولتائیک گزارش کردند و دمای سطح ترانسفورماتور جریان هسته فولادی سیلیکونی اغلب تحت بار کامل از 85 درجه سانتیگراد فراتر رفت. تیم مهندسی، هسته آهنی نانوکریستالی زخم حلقوی را که برای سی تی ولتاژ متوسط ​​سفارشی شده بود، با فرآیند کپسوله‌سازی خلاء اپوکسی برای تقویت عملکرد عایق و ضد لرزش انتخاب کردند. پس از 6 ماه ردیابی مداوم داده های عملیات در محل، چندین شاخص کلیدی به بهینه سازی پیشرفت دست یافتند. تلفات بدون بار هر یک از ترانسفورماتورهای جریان زیر 35 کیلو ولت تا 68 درصد کاهش یافت که به طور مستقیم مصرف انرژی کمکی ایستگاه توزیع را کاهش داد و شاخص راندمان بالای منبع تغذیه را افزایش داد. دقت اندازه گیری در کلاس 0.2S حتی تحت 20% اعوجاج هارمونیک ثابت باقی ماند و اختلافات تاریخی اندازه گیری برق ناشی از سیگنال های نمونه گیری نادرست را حذف کرد. حداکثر دمای عملیاتی واحدهای CT به 62 درجه سانتیگراد کاهش یافت، که عمر مفید مواد عایق سیم پیچ ثانویه را تا حد زیادی افزایش داد و هزینه های تعمیر و نگهداری سالانه و هزینه های تعویض قطعات را تا 42٪ کاهش داد.

سازندگان تجهیزات شرکت کننده در این پروژه اظهار داشتند که مانع ارتقای هسته آهنی نانوکریستالی در ترانسفورماتور جریان کمتر از 35 کیلو ولت برای سازگاری پردازش سفارشی و ظرفیت عرضه انبوه استفاده می شود. با بلوغ خطوط تولید سیم‌پیچ روبان هوشمند داخلی و عملیات حرارتی خودکار، محصولات هسته نانوکریستالی استاندارد که با تمام مشخصات اصلی CT زیر 35 کیلو ولت مطابقت دارند، به تحویل پایدار در حجم بالا دست یافته‌اند و هزینه چرخه عمر جامع کمتر از هسته‌های پرمالویی است که مزایای اقتصادی برجسته‌ای را برای پروژه‌های نوسازی شبکه در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهد.

تحلیلگران صنعت خاطرنشان کردند که با اجرای طرح های شبکه برق خنثی کربن توسط کشورها، شبکه های توزیع ولتاژ متوسط ​​زیر 35 کیلو ولت موج جدیدی از ساخت و ساز و نوسازی را آغاز خواهند کرد. مواد هسته مغناطیسی با راندمان بالا و کم تلفات که توسط هسته آهنی نانوکریستالی نشان داده می شود به تدریج جایگزین فولاد سیلیکونی سنتی به عنوان پیکربندی استاندارد ترانسفورماتور نسل جدید می شود. مورد عملی این پست شهری کاملاً تأیید می‌کند که ارتقاء مواد مغناطیسی هسته یک مسیر فنی با ورودی کم و بازدهی بالا برای بهبود قابلیت اطمینان و سطح صرفه‌جویی در انرژی تجهیزات توزیع برق ولتاژ متوسط ​​است که مرجع فنی واضحی را برای اپراتورهای شبکه برق، یکپارچه‌کننده‌های تابلو و تامین‌کنندگان مواد مغناطیسی در سطح جهان ارائه می‌کند.