قلب الحديد البلوري النانوي يعزز الكفاءة العالية لمحول تيار أقل من 35 كيلو فولت في المشروع التحديثي لمحطة التوزيع الفرعية في المناطق الحضرية

لفهم القيمة التي يجلبها قلب الحديد البلوري النانوي بشكل كامل، من الضروري فرز المعرفة الصناعية الأساسية لتصميم محولات التيار ذات الجهد المتوسط. يقوم محول التيار بمهمتين أساسيتين في أنظمة الطاقة: القياس الدقيق لتسوية الكهرباء وجمع الإشارات الحالية في الوقت الحقيقي لحماية أخطاء التتابع. يحدد القلب المغناطيسي الداخلي الكفاءة والدقة الشاملة للمعدات. هيمنت النوى التقليدية المصنوعة من الفولاذ السليكوني على معدات التوزيع التي تقل عن 35 كيلو فولت لعقود من الزمن، إلا أنها تكشف عن عيوب واضحة في ظل ظروف تشغيل الشبكة الحديثة. تعمل مصادر الطاقة الموزعة الجديدة مثل الخلايا الكهروضوئية على الأسطح وتوربينات الرياح الصغيرة على حقن تيارات توافقية هائلة في خطوط الجهد المتوسط؛ كما أن تقلبات الحمل المتكررة تجبر محولات التيار على العمل تحت أحمال ثقيلة وخفيفة بالتناوب. تتميز مواد الفولاذ السيليكوني بفقدان قلب عالي عند التردد المتوسط، ونفاذية مغناطيسية أولية منخفضة ومخاطر تشبع مغناطيسي شديدة، مما يؤدي بسهولة إلى حدوث أخطاء قياس تتجاوز 0.5 فئة، وارتفاع مفرط في درجة الحرارة داخل خزانات المفاتيح، وتأخر استجابة الحماية أثناء أخطاء الدائرة القصيرة، مما يقيد بشدة التشغيل عالي الكفاءة لشبكة التوزيع بأكملها.

يشكل قلب الحديد البلوري النانوي، الذي تم تصنيعه من خلال عمليات التبريد فائقة السرعة وعمليات التلدين الدقيقة ذات درجات الحرارة العالية، بنية حبيبية بلورية نانوية فائقة الدقة داخل أشرطة سبائك قائمة على الحديد، مما يشكل ميزة أداء شاملة مقارنة بفولاذ السيليكون والسبائك الدائمة. يعمل هيكل الشريط الرفيع للغاية الذي يبلغ طوله 25 ميكرومتر على تقليل فقدان التيار الدوامي بشكل كبير؛ تصل النفاذية النسبية إلى 120,000 إلى 150,000، مما يقلل من استهلاك طاقة الإثارة ويحقق تحويل طاقة مغناطيسي عالي الكفاءة داخل الدائرة المغناطيسية لمحول التيار. وفي الوقت نفسه، يسمح الحث المغناطيسي المشبع البالغ 1.25T للمصممين بتقليص الحجم الأساسي بنسبة 30% تقريبًا دون التضحية بقدرة التدفق، مما يحل نقطة الألم الخاصة بحدود المساحة للمفاتيح الكهربائية المدمجة التي تقل عن 35 كيلو فولت. تحافظ المادة على أداء مغناطيسي ناعم ومستقر في نطاق درجة حرارة واسع من -55 درجة مئوية إلى 130 درجة مئوية، مع تجنب توهين الأداء الناجم عن تراكم حرارة الخزانة على المدى الطويل، وهي ميزة بارزة للمحطات الفرعية من النوع الصندوقي الخارجي وغرف توزيع الطاقة الحضرية ذات الترتيب الكثيف.

يغطي مشروع تحديث المحطات الفرعية الحضرية في شرق الصين 28 مجموعة من خزانات التوزيع المدمجة بقدرة 10 كيلو فولت إلى 35 كيلو فولت، والتي تخدم المجتمعات السكنية والمجمعات التجارية ومحطات الطاقة الكهروضوئية الموزعة بحمل إجمالي لإمداد الطاقة يبلغ 180 ميجا فولت أمبير. قبل التجديد، أبلغ فريق التشغيل والصيانة عن انحرافات غير طبيعية متكررة في القياس أثناء ذروة توليد الطاقة الكهروضوئية، وغالبًا ما تجاوزت درجة حرارة سطح محول التيار ذو القلب الفولاذي السيليكوني 85 درجة مئوية تحت الحمل الكامل. اعتمد الفريق الهندسي قلبًا حلقيًا من الحديد البلوري النانوي المخصص للتصوير المقطعي ذي الجهد المتوسط، والذي يتوافق مع عملية التغليف الفراغي بالإيبوكسي لتعزيز العزل والأداء المضاد للاهتزاز. بعد 6 أشهر من التتبع المستمر لبيانات التشغيل في الموقع، حققت العديد من المؤشرات الرئيسية تحسينًا مذهلاً. انخفض فقدان عدم التحميل لكل محول تيار أقل من 35 كيلو فولت بنسبة 68%، مما أدى بشكل مباشر إلى تقليل استهلاك الطاقة الإضافية لمحطة التوزيع ورفع مؤشر الكفاءة العالية لإمدادات الطاقة بشكل عام. ظلت دقة القياس مستقرة عند فئة 0.2S حتى مع التشوه التوافقي بنسبة 20%، مما أدى إلى القضاء على النزاعات التاريخية المتعلقة بقياس الكهرباء الناجمة عن إشارات أخذ العينات غير الدقيقة. انخفضت درجة حرارة التشغيل القصوى لوحدات CT إلى 62 درجة مئوية، مما أدى إلى إطالة عمر خدمة المواد العازلة للملف الثانوي بشكل كبير وخفض تكاليف أعمال الصيانة السنوية واستبدال المكونات بنسبة 42%.

ذكر مصنعو المعدات المشاركون في المشروع أن حاجز الترويج لنواة الحديد البلوري النانوي في محول التيار أقل من 35 كيلو فولت يستخدم للتكمن في اتساق المعالجة المخصصة وقدرة التوريد الشامل. مع نضج لف الشريط الذكي المحلي وخطوط إنتاج المعالجة الحرارية الأوتوماتيكية، حققت المنتجات الأساسية البلورية النانوية القياسية التي تتوافق مع جميع المواصفات السائدة تحت 35 كيلو فولت CT تسليمًا مستقرًا بكميات كبيرة، وتكلفة دورة الحياة الشاملة أقل من النوى الدائمة، مما يقدم فوائد اقتصادية رائعة لمشاريع تجديد الشبكة واسعة النطاق.

وأشار محللو الصناعة إلى أنه مع طرح البلدان لخطط شبكات الطاقة المحايدة للكربون، فإن شبكات التوزيع ذات الجهد المتوسط ​​التي تقل عن 35 كيلو فولت ستبشر بموجة جديدة من البناء والتجديد. سوف تحل المواد الأساسية المغناطيسية عالية الكفاءة ومنخفضة الفقد الممثلة بنواة الحديد البلوري النانوي محل الفولاذ السيليكوني التقليدي تدريجيًا كتكوين قياسي لمحولات التيار من الجيل الجديد. تتحقق الحالة العملية لهذه المحطة الفرعية الحضرية بشكل كامل من أن ترقية المواد المغناطيسية الأساسية هي مسار تقني منخفض المدخلات وعالي العائد لتحسين الموثوقية ومستوى توفير الطاقة لمعدات توزيع الطاقة ذات الجهد المتوسط، مما يوفر مرجعًا تقنيًا واضحًا لمشغلي شبكات الطاقة وتكامل المفاتيح الكهربائية وموردي المواد المغناطيسية على مستوى العالم.