ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОАО «МЭТЗ ИМ. В.И.КОЗЛОВА»

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ОБМОТКАХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОАО «МЭТЗ ИМ. В.И.КОЗЛОВА»

Основным материалом для изготовления обмоток трансформаторов является алюминий. Алюминий давно зарекомендовал себя как надёжный и высокотехнологичный материал, но на данный момент обоснованность его применения в трансформаторах у многих вызывает сомнения.

Основными аргументами в пользу меди в спорах, что лучше в качестве проводника в трансформаторе, является следующее:

  • Медь имеет меньшие удельные потери по сравнению с алюминием, поэтому трансформатор из меди будет иметь потери меньше.
  • Медь имеет лучшие прочностные характеристики по сравнению с алюминием, поэтому трансформаторы из меди более устойчивы к динамическим нагрузкам во время короткого замыкания.
  • Медь имеет более высокие характеристики теплопроводности по сравнению с алюминием, поэтому трансформаторы из алюминия будут больше греться и образовываться так называемые «горячие точки»

Большинство интересующих параметров, которые отражают свойства меди и алюминия как проводника в обмотке, представлены в таблице ниже:

Параметр

Алюминий

Медь

Коэффициент теплового расширения °Сх10-6 при 20 °С 23-24 16
Удельная теплоёмкость при 20 °С, Дж/кг·К 210 390
Удельное сопротивление Ом·мм2 0,028 0,0175
Предел прочности на разрыв, МПА 95-120 230-240

 

Рассмотрим все эти аргументы:

1. Теплопроводность.
Принято считать, что медь, за счёт своей улучшенной теплопроводности по сравнению с алюминием позволяет избежать перегревов трансформатора. Это было бы верно при условии, если трансформаторы одной и той же мощности изготавливались из меди и алюминия с одинаковым сечением проводника. На самом же деле, при соблюдении условия, что сечение проводника из алюминия будет приблизительно на 66% больше по сравнению с аналогичным медным, тепловые характеристики трансформаторов из меди и алюминия оказываются очень близки, и конечно отсутствует проблема перегрева обмоток.

2. Электропроводность
Часто аргументом в споре по поводу преимущества меди ссылаются на тот факт, что алюминий имеет только 61% проводимости меди, и это является причиной высоких потерь в алюминиевых трансформаторах, которые в последствие ведут к высоким температурам в обмотках. На самом же деле, в момент проектирования в трансформаторы из алюминия закладывается большее сечение проводника, которое приводит к меньшей плотности тока, и как следствие к уменьшению потерь. В среднем, если провести анализ, то можно увидеть, что потери в трансформаторах из меди и алюминия приблизительно равны и имеют примерно одинаковые значения перегревов в обмотках.

3. Предел прочности
Как видно из таблицы выше, медь имеет лучшие прочностные характеристики по сравнению с алюминием. Но также следует заметить, что характеристики приведены по отношению к одинаковому сечению. И как было замечено выше, на практике, сечение алюминия чаще всего значительно больше по сравнению с медью. Такая существенная разница в сечениях сводит практически на нет преимущества меди как более прочного материала.

4. Коэффициент расширения
Алюминий получил распространение в трансформаторах с литой изоляцией благодаря коэффициенту теплового расширения, наиболее близкому к коэффициенту теплового расширения компаунда. На практике это означает, что в момент нагрузки эти два материала будут расширяться практически одинаково, что поможет избежать трещин в изоляции.

5. Массо-габаритные характеристики
Часто производители медных трансформаторов в качестве аргумента в пользу своей продукции называют небольшие размеры. В реальности, если сравнивать габариты трансформаторов одинаковой мощности, можно увидеть, что разница не столь велика, как о ней говорят. Чаще всего речь идёт о разнице не более 100-150 мм на каждый габарит, что, конечно, не является столь существенным преимуществом. Также, в случае, если масса трансформатора является критичным параметром, то очевидно преимущество алюминия, т. к. несмотря на большее применяемое сечение в качестве проводника, трансформаторы, изготовленные из алюминия, значительно легче своих медных аналогов.

Как видно из вышесказанного, алюминий в качестве основного материала для обмоток не уступает по всем параметрам меди, но является более дешёвым материалом, и его использование позволяет добиться оптимального соотношения между ценой и качеством продукции.