Büyük ölçekli yenilenebilir enerji entegrasyonu, orta gerilim güç algılama ekipmanları için benzeri görülmemiş zorlu çalışma koşulları ortaya çıkarıyor ve enerji endüstrisini akım transformatörünün temel bileşenlerini yükseltmeye zorluyor. Kuzeybatı Çin'deki 200 MW'lık bir merkezi fotovoltaik toplayıcı istasyon projesi, geçen çeyrekte tam şebeke bağlantısını tamamladı; burada 35kV'nin altındaki ölçüm ve koruma akım trafolarının tamamı özelleştirilmiş nanokristalin demir çekirdekli çözümleri benimsedi. Bir yıllık işletme öncesi test verileri, bu manyetik malzemenin harmonik girişime etkili bir şekilde direnebildiğini, çekirdek ısınmasını bastırabildiğini ve değişken fotovoltaik çıkış altında ultra hassas akım örneklemesini koruyabildiğini ve yeni enerji santrallerinin yüksek verimli, istikrarlı şebeke bağlantısını gerçekleştirmek için temel malzeme desteği haline geldiğini doğrulamaktadır.
Bu projenin malzeme seçiminin ardındaki teknik mantığı açıklığa kavuşturmak için endüstrinin öncelikle, geleneksel kentsel dağıtım ağlarıyla karşılaştırıldığında yeni enerji toplama istasyonlarındaki akım trafosunun farklı çalışma ortamını netleştirmesi gerekiyor. Fotovoltaik invertörler, güç dönüşümü sırasında zengin yüksek frekanslı harmonik bileşenler üretir; Gün boyunca güneş ışınımı değişiklikleri, şafak vakti hafif yükten öğlen tam yüke kadar 35kV'un altındaki akım trafosunda ciddi birincil akım dalgalanmalarına neden olur ve bulut örtüsü geçişi sırasında sık sık geçici akım dalgalanmaları meydana gelir. Geleneksel silikon çelik çekirdekli CT, harmonik süperpozisyon altında ciddi manyetik geçirgenlik zayıflamasına maruz kalır ve bu da ikincil çıkış sinyallerinde bozulmaya yol açar. Bozulmuş örnekleme verileri yalnızca yanlış güç üretimi ölçümüne neden olmakla kalmayacak, aynı zamanda şebekeye bağlı koruma cihazlarının yanlış açmayı tetikleyerek yanıltıcı olmasına neden olacak, bu da güç üretimi kaybına neden olacak ve fotovoltaik istasyonun genel yüksek verimliliğini azaltacaktır. Büyük kapasiteli yeni enerji projeleri için, bu tür gizli ekipman riskleri, işletme döngüsü boyunca milyonlarca yuan tutarında ekonomik kayıplara neden olacak ve bu da iyileştirilmiş manyetik çekirdek malzemelerine yönelik acil talebin altını çizecek.
Nanokristalin demir çekirdek, kendine özgü yumuşak manyetik malzeme özellikleri sayesinde yeni enerji orta gerilim akım transformatörünün birçok sorunlu noktasına hitap eder. Silikon çelik levhaların süreksiz laminasyon yapısından farklı olarak, nanokristal şeridin entegre toroidal sarma yapısı, çekirdek içindeki manyetik hava boşluklarını ortadan kaldırarak manyetik sızıntıyı en aza indirir ve akım transformatörünün sinyal iletim doğruluğunu artırır. Ultra düşük zorlayıcı kuvveti, alternatif değişken akım altında histerezis kaybını azaltırken, yüksek dirençli ultra ince şerit, yüksek dereceli harmoniklerin neden olduğu girdap akımı kaybını kısıtlar. Aynı spesifikasyona sahip silikon çelik çekirdeklerle karşılaştırıldığında, nanokristalin demir çekirdek, 5kHz harmonik süperpozisyon altında toplam çekirdek kaybını %65'ten fazla azaltır ve temel olarak 35kV anahtar kabinlerindeki CT ekipmanının dahili sıcaklık artışını kontrol eder. Ayrıca malzeme mükemmel anti-DC öngerilim özelliğine sahiptir; Fotovoltaik şebekeye bağlı arızalar hatlarda artık DC bileşenleri ürettiğinde, anında manyetik doygunluğa girmez, böylece akım trafosunun röle koruma eylem kararı için sürekli olarak etkili arıza akımı sinyallerini iletebilmesini sağlar ve yeni enerji istasyonunun şebekeye bağlı çalışmasının güvenlik marjını büyük ölçüde artırır.
Northwest 200MW fotovoltaik toplayıcı istasyonu, 12 set 35kV yükseltici kutu transformatörü ve destekleyici orta gerilim halka ağ anahtar kabinlerini içerir; her bir ünite, 50A ila 2000A arasındaki tüm akım aralıklarını kapsayan ölçüm sınıfı ve koruma sınıfı akım transformatörüyle donatılmıştır. Mühendislik tasarım ekibi, nanokristalin demir çekirdeğin iç ve dış çapını ve sargı gerilimini, 35kV'un altındaki akım transformatörlerinin kurulum alanına göre optimize etmek için manyetik malzeme üreticileriyle işbirliği yaptı ve geçirgenlik ile kayıp performansını dengelemek için nitrojen korumalı hassas tavlama teknolojisini benimsedi. Resmi şebeke bağlantısından önce proje, tüm gün boyunca simüle edilen fotovoltaik çıkış dalgalanması ve harmonik çalışma koşulları altında sürekli döngü simülasyon testleri gerçekleştirdi. Test sonuçları, nanokristalin demir çekirdekli akım transformatörünün, yeni enerji şebekesine bağlı spesifikasyonların gerektirdiği 0,5S doğruluk standardını çok aşarak, %30 toplam harmonik bozulma oranı altında 10 dakika içinde bir faz hatasını ve %0,15'in altında bileşik hatayı koruduğunu göstermektedir. Bunun aksine, paralel karşılaştırma gruplarındaki silikon çelik çekirdekli CT, kompozit hataların aynı harmonik yükler altında %0,8'in üzerine çıktığını ve ölçüm erişim standartlarını karşılayamadığını gördü.
Resmi şebeke bağlantısının ardından sahadaki çalışma verileri, nanokristalin demir çekirdeğin uzun vadeli yüksek verimlilik avantajlarını daha da doğruladı. Tüm istasyonun ortalama günlük enerji üretimi ölçüm sapması, geleneksel CT kullanan benzer projelerle karşılaştırıldığında %73 oranında azalarak, sinyal bozulmasından kaynaklanan yıllık ölçüm geliri kaybını ortadan kaldırdı. 35kV'nin altındaki tüm akım trafolarının ortalama çalışma sıcaklığı 60°C'nin altında stabilize edilerek epoksi yalıtımın ve ikincil bakır sargıların yaşlanma hızı azalır. Proje operasyon departmanı, nanokristalin çekirdek BT'nin hizmet ömrünün 10 yıldan 15 yıla kadar uzatılabileceğini ve rutin kızılötesi sıcaklık ölçümü denetimlerinin sıklığının yarıya indirilerek istasyonun işletme ve bakım işçiliği ile yedek parça değiştirme maliyetlerini önemli ölçüde azaltacağını tahmin etti.
Manyetik malzeme Ar-Ge mühendisleri, nanokristalin demir çekirdeğin 35kV akım transformatörünün altındaki yeni enerjide yaygınlaştırılmasının, son yıllarda sürekli proses maliyeti optimizasyonundan da fayda sağladığını açıkladı. Otomatik şerit dilme, sayısal kontrollü sarma ve sürekli tavlama üretim hatları, çekirdek bitmiş ürün verimini büyük ölçüde geliştirerek nanokristalin ve silikon çelik çekirdekler arasındaki birim maliyet farkını daralttı. Yeni enerji yatırımcıları için, ön ekipman satın alma maliyetindeki hafif artış, enerji üretimi ölçüm doğruluğunun iyileştirilmesi ve bakım giderlerinin azaltılması yoluyla iki yıl içinde tamamen telafi edilebilir.
Sektördeki kişiler, fotovoltaik, rüzgar enerjisi ve enerji depolama istasyonları için kurulu 35 kV'un altındaki akım trafosunun önümüzdeki beş yıl içinde çift haneli yıllık büyümeyi sürdüreceğini tahmin ediyor. Yeni enerji güç elektroniği ortamları için tasarlanmış, yüksek verimli, düşük kayıplı bir manyetik çekirdek malzemesi olan nanokristalin demir çekirdek, yenilenebilir enerji projelerinde orta gerilim CT için ana akım eşleştirme çözümü haline gelecek ve küresel güç sistemlerinin daha yüksek enerji dönüşüm verimliliği ve daha güvenilir yeni enerji şebekesi entegrasyonu gerçekleştirmesine yardımcı olacak.
