En el contexto de los esfuerzos globales para promover el ahorro de energía, la reducción de emisiones y la neutralidad de carbono, los transformadores de distribución, como el equipo más fundamental en los sistemas eléctricos, han visto cómo su eficiencia energética se ha convertido en un punto focal de atención internacional. En los últimos años, las principales economías del mundo han introducido sucesivamente normas mínimas obligatorias de rendimiento energético para los transformadores de distribución.

En consecuencia, China ha actualizado su norma nacional GB 20052 Valores mínimos permitidos de eficiencia energética y grados de eficiencia energética para transformadores de distribución trifásicos-, imponiendo requisitos más estrictos tanto en pérdida sin carga como en pérdida con carga. La mejora de los grados de eficiencia energética de los transformadores impulsa directamente la mejora continua en el rendimiento de los materiales centrales.

 

En este contexto, los grados de acero al silicio de grano orientado con baja pérdida de hierro desarrollados independientemente por Baosteel B18R065 y B20R070, con sus excelentes propiedades electromagnéticas y características de procesamiento estable, se han aplicado con éxito en la producción en volumen de transformadores de distribución energéticamente eficientes de Nivel 1.

 

Como socio de canal autorizado de Baosteel, GNEE Steel puede suministrar de manera estable ambos grados de acero al silicio de grano orientado, ofreciendo a los fabricantes de transformadores una solución de material eficiente y confiable.

 

Este artículo presenta sistemáticamente los principios de desarrollo, los parámetros de rendimiento y los resultados de la aplicación práctica de estos dos productos, proporcionando una referencia para los fabricantes de transformadores en la selección y el diseño de materiales.

 

 

1. Descripción general del desarrollo de transformadores de distribución de alta eficiencia

En los últimos años, para reducir eficazmente las pérdidas de energía en la transmisión y distribución y reducir las emisiones de CO₂, los principales países y regiones han emitido o revisado sucesivamente normas obligatorias para transformadores de distribución de alta eficiencia:

• Japón ha implementado el "Programa Top Runner" desde 2014, elevando continuamente los puntos de referencia de eficiencia para los transformadores;
• La Unión Europea aplicó el Reglamento de diseño ecológico – Nivel 2 para transformadores en 2021, estableciendo umbrales más altos para pérdidas sin carga y con carga;
• Estados Unidos implementó un nuevo estándar DOE para transformadores de distribución en 2024, mejorando integralmente los requisitos de eficiencia;
• China ha revisado repetidamente GB 20052, añadiendo grados de eficiencia energética, elevando los valores mínimos permitidos y clasificando los transformadores en tres grados: Nivel 1, Nivel 2 y Nivel 3.

 

La fabricación de transformadores de distribución que ahorran energía requiere no sólo conceptos de diseño avanzados y equipos de producción sofisticados, sino también materiales centrales de alta calidad. En la actualidad, los núcleos de los transformadores utilizan principalmente acero al silicio de grano fino orientado y aleaciones amorfas a base de hierro. Aunque las aleaciones amorfas exhiben una pérdida sin carga extremadamente baja, tienen limitaciones en términos de ancho producible, tenacidad, resistencia a la humedad y magnetoestricción, que afectan la consistencia de la calidad y la aplicabilidad general.

 

En el campo del acero al silicio de grano orientado, productores internacionales líderes como Nippon Steel han introducido los grados 23ZDKH075 y 20ZDKH070, mientras que JFE ofrece el 20JCSE070. A nivel nacional, Baosteel, después de más de diez años de investigación y desarrollo independiente, domina por completo toda la tecnología de proceso para el acero al silicio de grano orientado y ha creado una familia completa de productos que cubre espesores de 0,18 mm a 0,35 mm.

 

Entre ellos, los grados premium de calibre delgado han logrado un volumen de producción estable y se han aplicado con éxito en transformadores de distribución energéticamente eficientes de Nivel 1. Baosteel se ha convertido así en uno de los pocos productores mundiales capaces de suministrar simultáneamente en volumen acero al silicio de grano orientado de alta permeabilidad de 0,20 mm y 0,18 mm.

 

2. Principios del desarrollo de materiales

Los espesores típicos del acero al silicio de grano orientado son 0,23 mm, 0,27 mm y 0,30 mm, con un contenido de silicio de aproximadamente el 3,0 %. La microestructura exhibe una fuerte textura de Goss, con la dirección de fácil magnetización alineada paralela a la dirección de rodamiento, lo que resulta en una alta inducción magnética a lo largo de la dirección de rodamiento. Durante la magnetización, se forman dominios magnéticos y el revestimiento aislante de la superficie sirve tanto para aislamiento eléctrico como para refinamiento del dominio magnético.

 

 

Los principales enfoques técnicos para reducir la pérdida de hierro en acero al silicio de grano orientado incluyen tres aspectos:Mejorar el grado de orientación del grano; la superficie del producto es lisa sin revestimiento base; el espesor se reduce a 0,15~0,20 mm y el contenido de silicio aumenta a 3,4%~3,5%.

La pérdida del núcleo consiste en pérdida por histéresis (\\(P_h\\)), pérdida por corrientes parásitas (\\(P_e\\)) y pérdida anómala (\\(P_a\\)): • Pérdida por histéresis: afectada por la estructura cristalina, impurezas, tensión interna, tamaño de grano y otros factores; • Pérdida por corrientes de Foucault: fuertemente correlacionada con el espesor de la lámina, con la fórmula expresada como

Pérdida anómala: la porción residual de la pérdida total del núcleo después de deducir las dos pérdidas anteriores.

Pérdida total por corrientes parásitas considerando pérdida anómala:

Fórmula de pérdida por histéresis:

Fórmula de pérdida total:

La reducción del espesor puede reducir la pérdida por corrientes parásitas y la pérdida total del núcleo, mientras que el refinamiento del dominio aumentará la pérdida por histéresis.

Mientras tanto, el adelgazamiento de las láminas tiende a provocar una recristalización secundaria inestable, rotura de las tiras durante la producción y otros defectos, lo que requiere un control estricto sobre la composición química y todo el proceso de fabricación.

 

3. Rendimiento de los nuevos productos B18R065 y B20R070

Baoshan Iron & Steel ha desarrollado los grados B18R065 y B20R070 de baja-pérdida{1}}de núcleo mediante la adopción de tecnologías que incluyen control innovador de la composición química, calentamiento por inducción, recubrimiento de alta-tensión y trazado láser:

 

Las propiedades electromagnéticas del B20R070 son básicamente equivalentes a las de los productos extranjeros de grado 070 de 0,2 mm.

 

Comparación de propiedades mecánicas: No existen diferencias significativas entre B18R065, B20R070 y B23R075. El proceso de esquila se controlará estrictamente para garantizar la calidad del procesamiento.

 

Tabla 1 Indicadores de propiedades mecánicas del acero eléctrico orientado-de grano fino-

Calificación	Resistencia a la tracción (longitudinal) / MPa	Límite elástico (longitudinal) / MPa	Alargamiento (Longitudinal) / %	HV1
B23R075	352	330	12	200
B20R070	348	327	11	192
B18R065	345	322	14	189

 

4. Ventajas de la aplicación de B18R065 y B20R070 en transformadores de alta eficiencia

 

GB 20052 es una norma nacional obligatoria que requiere reducciones significativas en la pérdida sin carga y sin carga, lo que hace que el acero eléctrico con pérdida de núcleo ultra-baja- sea la elección de material óptima.

 

Tomando como ejemplo el diseño optimizado de un transformador de distribución de ahorro de energía-de 630 kVA: la mejora del grado de acero eléctrico orientado al grano-permite diseñar el transformador con una mayor densidad de flujo magnético, lo que reduce el área de la sección transversal-del núcleo de hierro.

 

Esto reduce aún más el peso de los devanados, los tanques del transformador, el aceite aislante y otros componentes, lo que da como resultado una estructura general más compacta y una mejora del 3% al 4% en el rendimiento de costos. Por lo tanto, B18R065 y B20R070 sirven como materiales centrales preferidos para transformadores de alta-eficiencia.

 

5. Rendimiento de la aplicación del usuario

 

Resultados de las pruebas del transformador de distribución de eficiencia energética Clase 1 Modelo S-M-315/10-NX1 desarrollado en cooperación con fabricantes de transformadores:

• B18R065: Su pérdida sin-carga es un 13% menor que el valor estándar, con un nivel de ruido de solo 42 dBA. Todos los indicadores técnicos superan los requisitos estándar especificados.
• B20R070: Su rendimiento electromagnético es equivalente al del acero eléctrico grado 070 importado de 0,2 mm.

Tabla 2 Parámetros de prueba del transformador de distribución de eficiencia energética SM-315/10-NX1 Clase 1 con diferentes materiales de núcleo

Grado del material del núcleo	Sin-pérdida de carga/W		Pérdida de carga / W		No-Carga actual/%		Nivel de ruido/dBA
	Estándar	Mesurado	Estándar	Mesurado	Estándar	Mesurado	Estándar	Mesurado
B18R065	340	298301	3065	29462931	0.35	0.21	48	4142
B20R070	340	329332	3065	29452877	0.35	0.190.21	48	-
Importado 0,2 mm Grado 070	340	325327	3065	29632960	0.35	0.150.16	48	-

 

6. Conclusiones y perspectivas

La actualización continua de los estándares obligatorios para transformadores de distribución de alta eficiencia en todo el mundo se ha convertido en un factor clave para la mejora continua del rendimiento del material central. Las sucesivas revisiones del GB 20052 de China guían explícitamente la fabricación de transformadores hacia menores pérdidas y mayor confiabilidad, creando amplias oportunidades de aplicación para aceros al silicio de grano orientado de primera calidad y calibre fino.

 

Con su tecnología de proceso totalmente desarrollada por nosotros mismos, los grados B20R070 y B18R065 de Baosteel han alcanzado niveles internacionalmente avanzados y han logrado una aplicación en volumen en transformadores de distribución energéticamente eficientes de Nivel 1. En particular, los transformadores que utilizan B18R065 han demostrado pérdidas sin carga más del 13 % por debajo del límite estándar, lo que marca un avance significativo para los materiales domésticos en aplicaciones de transformadores de alta eficiencia energética. Baosteel se ha convertido en el primer productor del mundo capaz de suministrar simultáneamente en volumen acero al silicio de grano orientado de alta permeabilidad de 0,20 mm y 0,18 mm.

 

De cara al futuro, Baosteel seguirá ampliando la capacidad de producción de aceros al silicio de grano orientado de calibre fino de 0,20 mm y 0,18 mm, mejorará aún más la consistencia del producto y la calidad de la superficie, y acelerará el desarrollo de productos de próxima generación con una pérdida de hierro aún menor y una mayor inducción magnética, proporcionando un soporte material más sólido para las actualizaciones continuas de la eficiencia de los transformadores.

 

 

GNEE Acero, como distribuidor autorizado de acero al silicio de grano orientado Baosteel, mantiene existencias a largo plazo de toda la gama de grados de alta permeabilidad y calibre fino, incluidos B18R065 y B20R070. Ofrecemos servicios de corte, corte y otros servicios de procesamiento, respaldados por soporte técnico profesional. Invitamos a todos los fabricantes de transformadores a realizar consultas o visitar nuestras instalaciones. Estamos comprometidos a brindarle productos de alta calidad y un servicio satisfactorio.

 

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