Transformatory z uzwojeniami miedzianymi są prawdziwym dobrodziejstwem dla miejskich systemów rozdzielczych dysponujących ograniczoną przestrzenią
Przedsiębiorstwa dostarczające energię elektryczną w gęsto zaludnionych obszarach miejskich muszą radzić sobie z ograniczoną przestrzenią dostępną dla stacji rozdzielczych, stąd cenią sobie urządzenia o mniejszych gabarytach, w tym transformatory rozdzielcze. Na zewnątrz stacji transformatory rozdzielcze są zwykle montowane na słupach, gdzie mniejszy ciężar jest istotnym czynnikiem.
Obydwa te wymagania: mniejszej objętości i mniejszego ciężaru spełniają transformatory rozdzielcze z uzwojeniami miedzianymi, które są zawsze mniejsze i lżejsze od transformatorów z uzwojeniami aluminiowymi o równoważnej obciążalności i sprawności energetycznej.
Objętość
Ponieważ rezystywność miedzi wynosi 0,6 rezystywności aluminium, to dla zachowania tej samej rezystancji, przekrój poprzeczny przewodnika aluminiowego musi być 1,66 razy większy od przekroju przewodnika miedzianego. To powoduje, że powierzchnia okna rdzenia transformatora będzie również 1,66 razy większa. Przy kwadratowym kształcie okna przekłada się to na zwiększenie średniej długości rdzenia w proporcji do pierwiastka kwadratowego z przyrostu powierzchni, tj. 1,29 krotnie. Oznacza to 29% wzrost objętości i masy rdzenia, a w konsekwencji zwiększenie strat biegu jałowego.
Większy przekrój aluminiowego przewodu oznacza również 29% większą zewnętrzną średnicę cewki, co zwiększa długość przewodu, a zatem straty obciążeniowe.
Utrzymanie sprawności energetycznej i przeciwdziałanie zwiększeniu strat biegu jałowego i obciążeniowych, wymaga obniżenia gęstości strumienia przez dodatkowe powiększenie przekroju rdzenia.
Zwiększenie objętości części czynnych o 66% oznacza, że także kadź transformatora i objętość oleju są dla transformatorów z uzwojeniami aluminiowymi o 66% większe niż w przypadku uzwojeń miedzianych.
W praktyce, dla zapewnienia równoważnych właściwości w warunkach zwarciowych, należy przy projektowaniu transformatora dobierać przekrój przewodu aluminiowego nawet większy niż 1,66 krotność przekroju przewodu miedzianego. W tym przypadku opisane wyżej efekty będą jeszcze bardziej wyraźne, prowadząc do zwiększenia objętości transformatora z uzwojeniem aluminiowym.
Ciężar
Chociaż aluminium jest metalem lżejszym od miedzi, to w przypadku transformatorów rozdzielczych zaletę tę niweluje zwiększona objętość (a tym samym ciężar) materiału przewodzącego, rdzenia magnetycznego, kadzi i oleju. W wyniku tego równoważny transformator z uzwojeniami miedzianymi jest faktycznie lżejszy.
Literatura:
State of the Art on the Use of Copper and Aluminium Conductors in Distribution Transformers Manufacturing: R. Salustiano & M. L. B. Martínez Federal University of Itajubá – Lat-Efei