Máy biến áp có lõi từ bằng kim loại vô định hình

Máy biến áp phân phối truyền thống góp một phần quan trọng trong tổn thất điện của các lưới điện phân phối. Tại sao vậy? Bởi vì máy biến áp gây tổn hao điện không tải, ngay cả khi vận hành ở chế độ không tải. Đã vậy, hệ số phụ tải nhiều khi lại rất thấp. Tính chung thì có tới trên 3% tổng điện năng phát ra trên toàn thế giới bị mất đi trong máy biến áp.

 
Hình 1. Lõi từ và cuộn dây máy biến áp Wilson E2

Hình 2. Máy biến áp lõi từ bằng tôn CRGO tiêu chuẩn đặt cạnh máy biến áp Wilson E2

Lõi từ của phần lớn các máy biến áp hiện nay đều được làm bằng tôn cán lạnh định hướng (cold rolled grain oriented – CRGO). Nếu vật liệu này được thay thế bằng kim loại vô định hình thì tổn hao lõi từ máy biến áp có thể giảm xuống 75%.

Máy biến áp Wilson E2 kết hợp công nghệ vô định hình với dây dẫn tổn hao thấp để tiết kiệm chi phí điện năng và giảm lượng phát thải CO2 liên quan với điện năng này. Theo công ty Wilson Power Energy thì máy biến áp Wilson E2 là một trong số các máy biến áp phân phối có hiệu suất năng lượng cao nhất được chào bán.

Vì sao tổn hao lại thấp đến như vậy?

Có hai loại tổn hao năng lượng cố hữu trong vận hành máy biến áp phân phối: Tổn hao có tải (tổn hao đồng) thay đổi theo vào mức tải của máy biến áp và tổn hao không tải (tổn hao sắt) phát sinh trong lõi từ và xảy ra suốt cuộc đời vận hành của máy biến áp, không phụ thuộc vào phụ tải. Mặc dầu giá ban đầu cao hơn so với máy biến áp tiêu chuẩn (cùng công suất) nhưng lợi ích lâu dài của việc đầu tư này là chắc chắn.

Ví dụ như một máy biến áp 1.000 kVA điển hình, hệ số phụ tải trung bình 60%, giá điện năng tại đầu cực máy biến áp là 0,08 bảng Anh/kWh và tuổi thọ kỳ vọng của máy biến áp là 25 năm, thì có thể tiết kiệm được:

• 18.000 kWh/năm; 
• 1.450 bảng Anh/năm; 
• Giảm 10 tấn CO2 phát thải/năm.

Tiết kiệm chi phí năng lượng trong suốt đời vận hành dựa trên giả định khiêm tốn nhất là giá điện không thay đổi, cũng sẽ lên tới trên 40.000 bảng Anh.

Kim loại vô định hình là gì?

Kim loại vô định hình là hợp kim có cấu trúc nguyên tử không theo qui luật. Do không có cấu trúc hệ thống nên các kim loại này còn được gọi là “thủy tinh kim loại”. Các máy biến áp có lõi từ bằng kim loại vô định hình đầu tiên (amorphous metal transformer – AMT) được chế tạo năm 1981. Đó là kết quả nghiên cứu sâu rộng do Luborsky thuộc hãng General Electric Co (Mỹ) thực hiện năm 1978.

Bằng phương pháp làm nguội nhanh kim loại nóng chảy, người ta ngăn không cho kim loại kết tinh và thu được một kim loại rắn dạng thủy tinh có cấu trúc dạng các dải mỏng - một loại vật liệu tiết kiệm năng lượng hoàn hảo thay thế cho tôn cán lạnh định hướng (CRGO).

Tính năng

Với máy biến áp có lõi từ bằng kim loại vô định hình, tổn hao trong lõi từ có thể giảm xuống tới 75% so với máy biến áp lõi từ bằng tôn cán lạnh định hướng với giả định là các tham số tính năng như tổn hao có tải (tổn hao đồng), trở kháng và độ tăng nhiệt là như nhau.

Theo: KHCN số 1/2011