變壓器主體的主要材料包括磁路材料、電路材料、絕緣材料、結(jié)構(gòu)材料等，其具體材料用途和類別有：
1. 硅鋼片
①鐵損低，這是硅鋼片質(zhì)量的最重要指標(biāo)。各國都根據(jù)鐵損值劃分牌號，鐵損愈低，牌號愈高。②較強(qiáng)磁場下磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁感）高，這使電機(jī)和變壓器的鐵心體積與重量減小，節(jié)約硅鋼片、銅線和絕緣材料等。③表面光滑、平整和厚度均勻，可以提高鐵心的填充系數(shù)。⑤表面絕緣膜的附著性和焊接性良好，能防蝕和改善沖片性。
變壓器通常采用冷軋取向硅鋼片，以確保其空載的能效水平。冷軋取向硅鋼片按照性能和加工方式，又可分為普通冷軋取向硅鋼片、高導(dǎo)磁硅鋼片（或高磁感硅鋼片）、激光刻痕硅鋼片。通常，將50Hz，800A交變磁場（峰值）下，鐵心所達(dá)到的最小磁極化強(qiáng)度B800A=1.78T～1.85T的硅鋼片稱為普通硅鋼片，記為“CGO"，而B800A=1.85T以上的硅鋼片記為高導(dǎo)磁硅鋼片（高磁感硅鋼片），記為“Hi-B鋼"，Hi-B鋼其與常規(guī)硅鋼片的主要區(qū)別在于：Hi-B鋼的高斯方位織構(gòu)度非常高，即在易磁化方向上的硅鋼晶粒排列位向整齊度非常高，工業(yè)上采用二次再結(jié)晶過程制造含硅量為3%的硅鋼片，Hi-B鋼的晶粒位向與軋制方向的平均偏差為3°，而普通硅鋼片為7°，從而使得Hi-B鋼有更高的磁導(dǎo)率，通常其B800A可達(dá)到1.88T以上，提高了高斯方位織構(gòu)度以及磁導(dǎo)率可降低鐵損。Hi-B鋼的另一個(gè)特點(diǎn)是鋼片表面附有的玻璃膜和絕緣涂層的彈性張力為3~5N/mm2，較普通取向硅鋼片的1~2 N/mm2更優(yōu)，鋼帶表面的高張力層可減少磁疇寬度，減少異常渦流損耗。故Hi-B鋼比常規(guī)取向硅鋼片具有更低的鐵損值。激光刻痕硅鋼片則是在Hi-B鋼的基礎(chǔ)上，通過激光束照射技術(shù)，使其表面產(chǎn)生微小的應(yīng)變，進(jìn)一步磁軸細(xì)化，實(shí)現(xiàn)更低的鐵損。激光刻痕硅鋼片不能進(jìn)行退火處理，因?yàn)樘岣邷囟龋瑒t激光處理效果便會消失。
不同牌號的硅鋼片其物理特性基本相當(dāng)，密度基本都是7.65g/cm3。對于同種類硅鋼片而言，其性能質(zhì)量主要區(qū)別還是在硅的含量以及生產(chǎn)過程的工藝影響。
2. 非晶合金鐵心
非晶合金材料是20世紀(jì)70年代問世的一種新型合金材料，它采用先進(jìn)的超急冷技術(shù)將液態(tài)金屬以106℃/S冷卻速度直接冷卻形成厚度0.02～0.03mm的固體薄帶，在它還沒來得及結(jié)晶時(shí)就已經(jīng)固化。該合金材料與玻璃類似呈不規(guī)則原子排列，沒有金屬表征的晶體結(jié)構(gòu)，它的基礎(chǔ)元素為鐵（Fe）、鎳（Ni）、鈷（Co）、硅（Si）、硼（B）、碳（C）等。其材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：a) 非晶合金材料不存在晶體結(jié)構(gòu)，是一種各向同性的軟磁材料；磁化功率小，具有良好的溫度穩(wěn)定性。由于非晶合金為無取向材料，故可以采用直接縫，使制造鐵心的工藝比較簡單；b) 不存在阻礙磁疇移動的結(jié)構(gòu)缺陷，磁滯損耗要比硅鋼片小；c) 帶材的厚度極薄，只有0.02～0.03㎜，是硅鋼片的1/10左右。d) 電阻率高，約為取向硅鋼片的3倍；非晶合金材料的渦流損耗大大降低，因此單位損耗約為取向硅鋼片的20％～30％；非晶合金鐵心空載性能*，采用非晶合金鐵心制造的變壓器其空載損耗較常規(guī)變壓器下降70～80%，空載電流下降50%以上，節(jié)能效果突出，目前電網(wǎng)公司在國家節(jié)能減排降低網(wǎng)絡(luò)線損的目的下，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)從2012年開始均大力提高了非晶合金變壓器的采購比例，目前基本上非晶合金配變采購占比已達(dá)50%以上。非晶合金變壓器也存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：
通常在1.56T左右，較常規(guī)硅鋼片1.9T的飽和磁密相差20%左右，故其變壓器設(shè)計(jì)磁密也同樣需要下降20%，非晶合金油變的設(shè)計(jì)磁密通常在1.35T以下，非晶合金干變的設(shè)計(jì)磁密通常在1.2T以下。2）非晶合計(jì)鐵心帶材受應(yīng)力影響敏感，其鐵心帶材受到應(yīng)力后，空載性能容易劣化，故在結(jié)構(gòu)上要特別注意，鐵心應(yīng)采用懸掛方式落在支撐框架和線圈上，整體僅承受自身重力，同時(shí)，裝配過程中需特別注意，鐵心不能受力，要減少敲打等方式。3）磁致伸縮較常規(guī)硅鋼片大10%左右，故其噪聲較難控制，這也是限制非晶合金變壓器廣泛推廣的主要原因之一，目前，南網(wǎng)和國網(wǎng)招標(biāo)中均對非晶合金變壓器的噪聲提出了較高要求，分為敏感區(qū)和非敏感區(qū)，并有針對性的提出了聲級要求，這就要求更進(jìn)一步降低鐵心設(shè)計(jì)磁密。4）非晶合金帶材較薄，厚度只有0.03mm，故無法向常規(guī)硅鋼片那樣做成疊片形式，只能制作成卷鐵心形式，故其鐵心結(jié)構(gòu)常規(guī)變壓器廠家無法自行加工，通常需整體外購，對應(yīng)于卷鐵心帶材的矩形截面，非晶合金變壓器的線圈通常也做成矩形結(jié)構(gòu)；5）國產(chǎn)化程度不夠，目前主要還是進(jìn)口日立金屬的非晶合金帶材為主，正在逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)已有安泰科技和青島云路等具備非晶合金寬帶（213mm、170mm和142mm），且其性能較進(jìn)口帶材在穩(wěn)定性上還存在一定差距。6）最大帶長限制，前期非晶合金帶材最大外周帶長由于退火爐尺寸的限制，其長度也受到了較大限制，不過目前已基本解決，可制作最大外周帶長10m的非晶合金鐵心框，可用于制造3150kVA及以下非晶合金干變和10000kVA及以下非晶合金油變。基于非晶合金變壓器的優(yōu)秀節(jié)能效果，再加上國家節(jié)能減排以及一系列政策的促進(jìn)，非晶合金變壓器市場越來越大，并且，考慮到非晶合金帶材（目前為26.5元/kg）價(jià)格是常規(guī)硅鋼片(30Q120或30Q130)的兩倍左右，與銅差距相對較小，再考慮到電網(wǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量和招標(biāo)要求，故，非晶合金變壓器通常采用銅導(dǎo)體。與常規(guī)硅鋼片相比，非晶合金變壓器成本主要差距如下：1）由于采用卷鐵心結(jié)構(gòu)，故變壓器鐵心型式宜采用三相五柱結(jié)構(gòu)，這樣可以減少單框鐵心重量，減低裝配難度，三相五柱結(jié)構(gòu)和三相三柱結(jié)構(gòu)從成本上各有優(yōu)劣，目前大部分廠家采用三相五柱結(jié)構(gòu)。采購回來的單框鐵心和組裝如圖2所示：
2）由于心柱截面為矩形，故為了保持絕緣距離上的一致，高低壓線圈也對應(yīng)的制造成矩形結(jié)構(gòu)。
3）由于鐵心設(shè)計(jì)磁密較常規(guī)硅鋼片變壓器低約25%，且其鐵心疊片系數(shù)大約在0.87左右，較常規(guī)硅鋼片的0.97要低許多，故其設(shè)計(jì)截面積需要較常規(guī)硅鋼片變壓器要大25%以上，對應(yīng)的其高低壓線圈周長也要隨之增加，同時(shí)，還需要考慮高低壓線圈線匝長度的增加，若要保證線圈的負(fù)載損耗不發(fā)生變化，其導(dǎo)線截面積則需要對應(yīng)的有所增加，故，非晶合金變壓器的銅用量較常規(guī)變壓器要多約20%。
3. 電路材料
變壓器內(nèi)部電路主要由繞組（也稱為線圈）構(gòu)成，它與外界的電網(wǎng)直接相連，是變壓器的核心組成部分，變壓器的內(nèi)部電路通常是由導(dǎo)線繞組而成，導(dǎo)線（電磁線）按材質(zhì)分為銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線，按導(dǎo)線截面形狀又分為圓導(dǎo)線、扁導(dǎo)線（又可分為單根線、組合線和換位導(dǎo)線）、箔式導(dǎo)體等，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間覆蓋不同類型的絕緣層，最終形成整體線圈。故，變壓器電路的主要導(dǎo)體材料為銅和鋁。銅和鋁均是導(dǎo)電性能較好的金屬材料，是制作變壓器線圈的常用導(dǎo)體，其在物理性能上的差異如下表所示：
3.2 銅鋁導(dǎo)線在變壓器繞組中的性能對比銅鋁變壓器的差異也是由材料的差異決定的，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）銅導(dǎo)體的電阻率僅僅是鋁導(dǎo)體的60%左右，為了達(dá)到相同的損耗和溫升要求，所需使用的鋁導(dǎo)體截面積要較銅導(dǎo)體大60%以上，所以相同容量和相同參數(shù)情況下，鋁導(dǎo)體變壓器體積通常要較銅導(dǎo)體變壓器大，不過此時(shí)變壓器的散熱面積也有所增加，所以其對油溫升較低；2）鋁的密度僅為銅的30%左右，所以鋁導(dǎo)體配電變壓器要較銅導(dǎo)體配電變壓器要輕；3）鋁導(dǎo)體的熔點(diǎn)較銅導(dǎo)體低許多，所以其在短路電流的溫升限值為250℃，較銅導(dǎo)體的350℃低，所以其設(shè)計(jì)電密要較銅導(dǎo)體低，變壓器導(dǎo)線截面積要大，故體積也較銅導(dǎo)體變壓器大；4）鋁導(dǎo)體硬度較低，故其表面毛刺較易消除，故制成變壓器后，其由于毛刺產(chǎn)生的匝間或?qū)娱g短路的概率減少；5）由于鋁導(dǎo)體的抗拉、抗壓強(qiáng)度較低，機(jī)械強(qiáng)度差，故鋁導(dǎo)體變壓器承受短路能力不如銅導(dǎo)體變壓器，在進(jìn)行動穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，鋁導(dǎo)體的應(yīng)力應(yīng)小于450kg/cm2，而銅導(dǎo)體的應(yīng)力限值為1600kg/cm2，承受能力大幅提高；6）鋁導(dǎo)體與銅導(dǎo)體之間的焊接工藝較差，接頭焊接質(zhì)量不易保證，一定程度上影響了鋁導(dǎo)體的可靠性。7）鋁導(dǎo)體的比熱為銅導(dǎo)體的239%，但是考慮到二者密度和設(shè)計(jì)電密的差異，實(shí)際二者的熱時(shí)間常數(shù)相差并不如比熱差值體現(xiàn)的那么大，故對其制成干式變壓器的短時(shí)過載能力影響并不大。
5.材料結(jié)構(gòu)和附件
在變壓器中，還有結(jié)構(gòu)材料和附件，結(jié)構(gòu)材料主要起到變壓器支承、磁路、電路加固、變壓器絕緣液封裝等功能，包括夾件、油箱、散熱器、儲油柜等，其主要材料為Q235鋼材，對于油箱箱蓋的出線套管位置常采用無磁鋼以減少渦流，此外變壓器器身內(nèi)部有時(shí)也會在采用無磁鋼或高牌號鋼材。
變壓器附件主要其性能監(jiān)測和保護(hù)功能，干變中包括溫控器、風(fēng)機(jī)、互感器等，油變中包括氣體繼電器、溫控器、壓力釋放閥、分接開關(guān)等，部分附件需求是由客戶提出。
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