Vor dem Hintergrund der weltweiten Bemühungen zur Förderung von Energieeinsparungen, Emissionsreduzierung und CO2-Neutralität ist die Energieeffizienz von Verteiltransformatoren – als grundlegendste Ausrüstung in Energiesystemen – in den Mittelpunkt der internationalen Aufmerksamkeit gerückt. In den letzten Jahren haben große Volkswirtschaften weltweit sukzessive verbindliche Mindeststandards für die Energieleistung von Verteiltransformatoren eingeführt.

China hat dementsprechend seine nationale Norm GB 20052 „Zulässige Mindestwerte der Energieeffizienz und Energieeffizienzklassen für dreiphasige Verteilungstransformatoren“ aktualisiert und strengere Anforderungen sowohl an Leerlaufverluste als auch an Lastverluste gestellt. Die Verbesserung der Energieeffizienzklassen von Transformatoren führt direkt zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Leistung der Kernmaterialien.

 

In diesem Zusammenhang wurden die unabhängig entwickelten kornorientierten Siliziumstahlsorten B18R065 und B20R070 von Baosteel mit geringem Eisenverlust und ihren hervorragenden elektromagnetischen Eigenschaften und stabilen Verarbeitungseigenschaften erfolgreich in der Massenproduktion von energieeffizienten Verteilungstransformatoren der Stufe 1 eingesetzt.

 

Als autorisierter Vertriebspartner von Baosteel kann GNEE Steel beide Sorten kornorientierten Siliziumstahls stabil liefern und Transformatorherstellern eine effiziente und zuverlässige Materiallösung bieten.

 

In diesem Artikel werden die Entwicklungsprinzipien, Leistungsparameter und praktischen Anwendungsergebnisse dieser beiden Produkte systematisch vorgestellt und Transformatorherstellern eine Referenz bei der Materialauswahl und -konstruktion geboten.

 

 

1. Überblick über die Entwicklung hocheffizienter Verteilungstransformatoren

Um Leistungsverluste bei der Übertragung und Verteilung wirksam zu reduzieren und die CO₂-Emissionen zu senken, haben große Länder und Regionen in den letzten Jahren nacheinander verbindliche Normen für hocheffiziente Verteilungstransformatoren herausgegeben oder überarbeitet:

• Japan führt seit 2014 das „Top-Runner-Programm“ ein und hebt damit die Effizienzmaßstäbe für Transformatoren kontinuierlich an;
• Die Europäische Union hat im Jahr 2021 die Ökodesign-Verordnung – Tier 2 für Transformatoren in Kraft gesetzt und höhere Grenzwerte für Leerlauf- und Lastverluste festgelegt;
• Die Vereinigten Staaten haben im Jahr 2024 einen neuen DOE-Standard für Verteilungstransformatoren eingeführt, der die Effizienzanforderungen umfassend verbessert;
• China hat GB 20052 wiederholt überarbeitet, Energieeffizienzklassen hinzugefügt, die zulässigen Mindestwerte angehoben und Transformatoren in drei Klassen eingeteilt: Tier 1, Tier 2 und Tier 3.

 

Die Herstellung energiesparender Verteiltransformatoren erfordert nicht nur fortschrittliche Designkonzepte und hochentwickelte Produktionsanlagen, sondern auch hochwertige Kernmaterialien. Derzeit werden für Transformatorkerne hauptsächlich dünnwandiger kornorientierter Siliziumstahl und amorphe Legierungen auf Eisenbasis verwendet. Obwohl amorphe Legierungen einen äußerst geringen Leerlaufverlust aufweisen, weisen sie Einschränkungen hinsichtlich der herstellbaren Breite, Zähigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Magnetostriktion auf, die sich auf die Qualitätskonsistenz und die allgemeine Anwendbarkeit auswirken.

 

Im Bereich kornorientierter Siliziumstahl haben führende internationale Hersteller wie Nippon Steel die Sorten 23ZDKH075 und 20ZDKH070 eingeführt, während JFE 20JCSE070 anbietet. Im Inland beherrscht Baosteel nach mehr als zehn Jahren unabhängiger Forschung und Entwicklung die gesamte Prozesstechnologie für kornorientierten Siliziumstahl vollständig und hat eine komplette Produktfamilie aufgebaut, die Dicken von 0,18 mm bis 0,35 mm abdeckt.

 

Unter diesen haben die dünnwandigen Premium-Qualitäten eine stabile Volumenproduktion erreicht und wurden erfolgreich in energieeffizienten Verteilungstransformatoren der Stufe 1 eingesetzt. Baosteel ist damit einer der wenigen globalen Hersteller, der in der Lage ist, gleichzeitig 0,20 mm und 0,18 mm hochpermeablen kornorientierten Siliziumstahl in großen Mengen zu liefern.

 

2. Prinzipien der Materialentwicklung

Die typischen Dicken von kornorientiertem Siliziumstahl betragen 0,23 mm, 0,27 mm und 0,30 mm bei einem Siliziumgehalt von etwa 3,0 %. Die Mikrostruktur weist eine starke Goss-Textur auf, wobei die Richtung der leichten Magnetisierung parallel zur Walzrichtung ausgerichtet ist, was zu einer hohen magnetischen Induktion entlang der Walzrichtung führt. Während der Magnetisierung werden magnetische Domänen gebildet, und die Oberflächenisolationsbeschichtung dient sowohl der elektrischen Isolierung als auch der Verfeinerung der magnetischen Domänen.

 

 

Die wichtigsten technischen Ansätze zur Reduzierung des Eisenverlusts in kornorientiertem Siliziumstahl umfassen drei Aspekte:Verbessern Sie den Grad der Kornorientierung. die Produktoberfläche ist ohne Grundbeschichtung glatt; Die Dicke wird auf 0,15 bis 0,20 mm reduziert und der Siliziumgehalt auf 3,4 bis 3,5 % erhöht.

Der Kernverlust besteht aus Hystereseverlust (\\(P_h\\)), Wirbelstromverlust (\\(P_e\\)) und anomalem Verlust (\\(P_a\\)): • Hystereseverlust: beeinflusst durch Kristallstruktur, Verunreinigungen, innere Spannung, Korngröße und andere Faktoren; • Wirbelstromverlust: stark korreliert mit der Blechdicke, mit der Formel ausgedrückt als

Anomaler Verlust: der verbleibende Anteil des gesamten Kernverlusts nach Abzug der beiden oben genannten Verluste.

Gesamter Wirbelstromverlust unter Berücksichtigung anormaler Verluste:

Formel für den Hystereseverlust:

Gesamtverlustformel:

Eine Dickenreduzierung kann den Wirbelstromverlust und den Gesamtkernverlust verringern, wohingegen eine Domänenverfeinerung den Hystereseverlust erhöht.

Unterdessen führt die Blechverdünnung tendenziell zu instabiler sekundärer Rekristallisation, Bandbruch während der Produktion und anderen Defekten, was eine strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung und des gesamten Herstellungsprozesses erfordert.

 

3. Leistung der neuen Produkte B18R065 und B20R070

Baoshan Iron & Steel hat die Sorten B18R065 und B20R070 mit geringem{0}}Kernverlust-entwickelt, indem es Technologien wie innovative Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, Induktionserwärmung, Hochspannungsbeschichtung und Laserritzen einsetzt:

 

Die elektromagnetischen Eigenschaften von B20R070 entsprechen im Wesentlichen denen ausländischer 0,2-mm-Produkte der Güteklasse 070.

 

Vergleich der mechanischen Eigenschaften: Es bestehen keine signifikanten Unterschiede zwischen B18R065, B20R070 und B23R075. Der Scherprozess muss streng kontrolliert werden, um die Verarbeitungsqualität zu gewährleisten.

 

Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften von dünnem -korn-orientiertem Elektrostahl

Grad	Zugfestigkeit (längs) / MPa	Streckgrenze (längs) / MPa	Dehnung (längs) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Anwendungsvorteile von B18R065 und B20R070 in Hochleistungstransformatoren

 

GB 20052 ist eine verbindliche nationale Norm, die eine deutliche Reduzierung des Leerlaufverlusts und des Lastverlusts erfordert, sodass Elektrostahl mit extrem geringem Kernverlust-die optimale Materialwahl ist.

 

Nehmen wir als Beispiel das optimierte Design eines 630-kVA-Energiespar-Verteilungstransformators: Durch die Verbesserung der kornorientierten Elektrostahlsorte kann der Transformator mit einer höheren magnetischen Flussdichte ausgelegt werden, was die Querschnittsfläche des Eisenkerns verringert.

 

Dadurch wird das Gewicht von Wicklungen, Transformatorkesseln, Isolieröl und anderen Komponenten weiter reduziert, was zu einer kompakteren Gesamtstruktur und einer Verbesserung der Kostenleistung um 3 bis 4 % führt. Daher dienen B18R065 und B20R070 als bevorzugte Kernmaterialien für hocheffiziente Transformatoren.

 

5. Leistung der Benutzeranwendung

 

Testergebnisse des Energieeffizienz-Verteilungstransformators der Klasse 1, Modell S-M-315/10-NX1, der in Zusammenarbeit mit Transformatorherstellern entwickelt wurde:

• B18R065: Der Leerlaufverlust liegt 13 % unter dem Standardwert, bei einem Geräuschpegel von nur 42 dBA. Alle technischen Indikatoren übertreffen die spezifizierten Standardanforderungen.
• B20R070: Seine elektromagnetische Leistung entspricht der von importiertem 0,2-mm-Elektrostahl der Güteklasse 070.

Tabelle 2 Testparameter des Energieeffizienz-Verteilungstransformators S-M-315/10-NX1 der Klasse 1 mit unterschiedlichen Kernmaterialien

Kernmaterialqualität	Nein-Lastverlust / W		Lastverlust / W		Nein-Ladestrom / %		Geräuschpegel / dBA
	Standard	Gemessen	Standard	Gemessen	Standard	Gemessen	Standard	Gemessen
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Importierte 0,2 mm Güteklasse 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Schlussfolgerungen und Ausblick

Die kontinuierliche Verbesserung der weltweit vorgeschriebenen Standards für hocheffiziente Verteilungstransformatoren ist zu einem wichtigen Treiber für die kontinuierliche Verbesserung der Leistung des Kernmaterials geworden. Die sukzessiven Überarbeitungen der chinesischen GB 20052 lenken die Transformatorenherstellung ausdrücklich in Richtung geringerer Verluste und höherer Zuverlässigkeit und schaffen so breite Anwendungsmöglichkeiten für dünnwandige, kornorientierte Premium-Siliziumstähle.

 

Mit der vollständig selbst entwickelten Prozesstechnologie haben die Sorten B20R070 und B18R065 von Baosteel ein international fortgeschrittenes Niveau erreicht und in energieeffizienten Verteilungstransformatoren der Stufe 1 serienmäßig Anwendung gefunden. Insbesondere Transformatoren, die B18R065 verwenden, wiesen Leerlaufverluste auf, die mehr als 13 % unter dem Standardgrenzwert lagen, was einen bedeutenden Durchbruch für Haushaltsmaterialien in hochwertigen energieeffizienten Transformatoranwendungen darstellt. Baosteel ist der weltweit erste Hersteller, der in der Lage ist, gleichzeitig 0,20 mm und 0,18 mm hochpermeablen kornorientierten Siliziumstahl in großen Mengen zu liefern.

 

Mit Blick auf die Zukunft wird Baosteel die Produktionskapazität für kornorientierte Siliziumstähle mit einer Dicke von 0,20 mm und 0,18 mm weiter ausbauen, die Produktkonsistenz und Oberflächenqualität weiter verbessern und die Entwicklung von Produkten der nächsten Generation mit noch geringerem Eisenverlust und höherer magnetischer Induktion beschleunigen, um eine stärkere Materialunterstützung für laufende Verbesserungen der Transformatoreffizienz zu bieten.

 

 

GNEE-StahlAls autorisierter Vertriebshändler für kornorientierten Siliziumstahl von Baosteel verfügt das Unternehmen über einen langfristigen Lagerbestand des gesamten Sortiments an dünnen Güten mit hoher Permeabilität, einschließlich B18R065 und B20R070. Wir bieten Schlitz-, Scher- und andere Verarbeitungsdienstleistungen an, unterstützt durch professionellen technischen Support. Wir heißen alle Transformatorenhersteller herzlich willkommen, sich bei uns zu erkundigen oder unsere Anlage zu besuchen. Wir sind bestrebt, Ihnen qualitativ hochwertige Produkte und einen zufriedenstellenden Service zu bieten.

 

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