Get Adobe Flash player

Tálosi István – Temesi Ottó – Varga Lajos Károly
Transzvill Mérőváltó Zrt.

A Transzvill Mérőváltó Zrt és annak jogelődei több évtizede gyártanak mérőtranszformátorokat. A készülékek kezdetben lég, majd massza és olajszigeteléssel készültek. A műgyanták megjelenésével az áram és feszültségtranszformátorokban mint főszigetelés funkcionálnak. A 80-as években a mérőtranszformátorok méreteit az akkori igényeknek megfelelően méretezték. Az elmúlt időszakban a műszaki életben bekövetkezett változások, valamint a hellyel való takarékosság tipizálási igényeket hozott. A mérőtranszformátorok műszaki elvárásait tartalmazó szabványok mellett megjelent az egységes méreteket is tartalmazó DIN 42600-as szabvány.
Ennek keretén belül valósulhat meg az a kutatás-fejlesztés amit a Transzvill Mérőváltó Zrt nyert a „Piacorientált kutatás-fejlesztési tevékenység támogatása a közép-magyarországi régióban”c. pályázaton.

The Transzvill Instrument Transformer Manufacturing and Marketing closed Co. Ltd. (Transzvill Mérőváltó Zrt. in Hungarian) and it’s successors manufacture masurement transformers more decades ago. From the first the insulation of devices was air, then paste and oil. With the appearance of shyntetic resins these are used in current- and voltage transformers as main insulation material. In the ’80s the dimensions of measurement transformers was designed according to requirements of that time. In the last period the changes in technical life and the space saving trends brought typological needs. Along standards about technical expectations of measurement transformes the DIN 42600 standard is published, which contains the standardized dimensions.
With the framework of this process can be realized the research and development that won the Transzvill Instrument Transformer Manufacturing and Marketing closed Co. Ltd. (Transzvill Mérőváltó Zrt. in Hungarian) within the tender entitled ‘Piacorientált kutatás-fejlesztési tevékenység támogatása a közép-magyarországi régióban’ (Support of market oriented R & D activity in Middle-Hungary region).

 

Az új típusú vasmagokra épülő, a DIN szabványoknak megfelelő, a mai kor igényeit maximálisan kielégítő, hazai tervezésű és gyártású mérőváltók fejlesztése 2012. augusztusában indult el.

Mindezek megvalósíthatóságának alapfeltétele, olyan vasmagok kifejlesztése és gyártása, mely hosszútávon, egyenletesen jó minőségben képes biztosítani az áramváltók igényeit. A fejlesztés során szoros együttműködés alakult ki a Magyar Tudományos Akadémia Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézettel.

A projekt kutatási célkitűzése olyan nemcsak hazai, hanem nemzetközi szinten is egyedülállóan új, kisméretű vasmag típus ipari kutatása, és ebből – a későbbiek folyamán a projektet követően – új termékek létrehozása, mely új tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a tulajdonságok együttes jelenléte új alkalmazási területeket nyithat, valamint a meglévő alkalmazások szélesebb alkalmazhatóságát teszi lehetővé. Az elvárt magas műszaki követelmények: pontos mérés (O,2 S osztály) kis primer áramok mellett nagy zárlati szilárdság biztosítása.
Az új Finemet-vasmag kialakítással – melynek kialakítása és szerkezete is jelentős újdonság tartalommal bír – négy eredmény érhető el egyszerre:

1. A lemágnesezési tényező nem lesz magas így feljebb vihető az effektív permeabilitás.

2. A koercitív teret sem növeljük meg és így biztosítjuk a kis hiszterézis veszteséget.

3. Ez egyben az alkalmazás egyik legfontosabb eredménye, mely szerint a pikkelyek átmérő méretének változtatásával hangolhatóvá válik az effektív permeabilitás abban a tartományban is , ami hiányzik a hazai és nemzetközi kereskedelemből.

4. Lehetővé válik bizonyos amorf fém hulladékok hatékony, feladat specifikus újrahasznosítása így az alapanyag rendkívül olcsóvá válik mely jelentős előnyt jelent a gazdasági hasznosíthatóság tekintetében.

Röviden a Finemet típusú lágymágneses ötvözet előállításáról.

A Finemet néven ismert ötvözet a ma ismert legelőnyösebb lágy mágneses anyag lényegében egy nanokompozit, ami közel 70 vol.% nanoméretű, Fe80Si20 összetételű nanoszemcsékből és közel 30 vol.% visszamaradt amorf szerkezetű ötvözetből áll. A kiinduló ötvözet összetétele Fe73.5Si15.5B7Nb3Cu1. Olvadékból való gyorshűtéssel amorf szerkezetű szalag alakú alapanyagot állítunk elő tetszőleges szélességben 1-30 mm között. A végső állapotot nanokristályosító hőkezeléssel állítjuk elő három különböző módon, a kívánt hiszterézis alak elérésének függvényében:

a) A szalagból vasmagot csévélünk, amit 520-550 oC között 1 órán át hőkezelünk. Az eredmény egy kerekded (Round type) hiszterézis görbe, 100 000 fölötti kezdő-permeabilitással, 0,6-0,7 közötti remanencia aránnyal és 1.5 A/m alatti koercitív térrel.

b) A szalagból vasmagot csévélünk, amit hosszanti majd keresztirányú mágneses térben hőkezelünk 360-560 oC között változó ideig. Az eredmény egy meredek (Z type) hiszterézis görbe 100000 és 20000 között változtatható permeabilitással, 0,1 alatti remanencia aránnyal és 1 A/m alatti koercitív térrel.

c) A szalagot csőkályhán vezetjük keresztül, miközben húzó feszültségnek vetjük alá. A kályha hőmérséklete függ a kályhában való tartózkodás idejétől, ami pedig az áthúzási sebességtől függ. A kályha hőmérséklete 600-660 oC között van, a tartózkodási idő minimum 10 sec., az áthúzási sebesség elérheti a 100 m/percet. Az eredmény egy lapos (F type) hiszterézis görbe, aminek a permeabilitása 100- 20 000 között változtatható az alkalmazott húzó feszültség függvényben, a remanencia aránya 0,1 alatti és a koercitív tere 5-10 A/m.

A kristályosodás mindhárom esetben az 1. ábrán látható séma szerint zajlik le. A nukleációt elősegítő Cu csirákra kiválnak a Fe80Si20 nanoszemcsék , melyek növekedését a Nb adalék gátolja.

 

transzvill0

1. ábra. Az amorf-nanokristályos átalakulás részfolyamatai

 

Az eredmény 70/30 vol.% kristályos/amorf arány. A kis szemcseméret (D) biztosítja a kis effektív kristályanizotrópiát az ún. kicserélődési kölcsönhatáson keresztül. Így a koercitív tér a szemcseméret 6-dik hatványa szerint csökken: .

A megfelelő kristályos/amorf részarány biztosítja a közel zérus effektív magnetostrikciós állandót:
, ahol p a kristályos hányad.

Mivel a kristályos FeSi magnetostrikciós állandója pozitív, míg a visszamaradt amorfé negatív, így a súlyozott átlag közel zérus lehet.

A közel zérus effektív kristályanizotrópia és magnetotsrikciós paraméterek következménye a Finemet összetételű, nanokristályos anyag kiváló lágymágneses tulajdonsága: telítési indukció, Bs ~ 1,25 T, mágneses szétcsatolódási hőmérséklet 320 oC ( kisebb mint a Fe80Si20 600 oC -os Curie hőmérséklete), 100-100 000 között változtatható permeabilitás és 1,5 A/m- nél kisebb sztatikus koercitív tér. A permeabilitás csökkentésével a működési frekvencia határa 10 kHz és 10 MHz között változtatható. A maximális működési hőmérséklet ~ 250 oC.

A projekt másik célkitűzése és elérni kívánt eredménye a fenti eredményekkel modulált új, környezettudatosságra nagy hangsúlyt fektető, kisméretű vasmagok felhasználásával új 12 és 24 KV-os, a DIN 42600 szabványnak megfelelő áram és feszültségtranszformátor család létrehozása.
Az új típusú vasmagok precíz gyártástechnológiájának köszönhetően, a készülékekkel pontosabb mérést és magasabb üzembiztonságot érhetünk el. Összességében, ezáltal a teljes hálózat üzembiztonság mutatója javulni fog.

 

Irodalom

1. Y. Yoshizawa, S. Oguma, K. Yamauchi, “New Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure”, J. Appl. Phys. (1988) 64, 6044-6
2. Herzer, G, “Grain-size dependence of coercivity and permeability in nanocrystalline ferromagnets”, IEEE ITRANSACTIONS ON MAGNETICS, 26 (5): 1397-1402 SEP 1990
3. FINEMET® is a registered trademark of Hitachi Metals Ltd. http://www.hitachi-metals.co.jp
4. VITROPERM® is a registered trademark of Vacuumschmelze GMBH. http://www.vacuumschmelze.com/
5. Hono, K., Hiraga, K., Wang, Q., Inoue, A. and Sakurai,T., Acta metall. mater., (1992), 40, 2137. K. Hono, “Nanoscale microstructural analysis of metallic materials by atom probe ?eld ion microscopy”, Progress in Materials Science 47 (2002) 621–729
6. L. K. Varga, “Soft magnetic nanocomposites for high-frequency and high-temperature applications”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 316 (2007) 442–447