لماذا يعد تبريد المحولات ضروريًا - منظور تقني مفصل

1. مقدمة

المحولات هي واحدة من أكثر المكونات أهمية في أنظمة الطاقة الكهربائية. إنها تعمل بصمت في المحطات الفرعية والمصانع وشبكات الإرسال ، وتتجول في الفولتية لأعلى أو لأسفل لضمان توزيع الطاقة الآمن والفعال.
على الرغم من عدم وجود أجزاء متحركة ، فإن المحولات ليست خالية من الصيانة ؛ واحدة من أكبر التحديات هي إدارة الحرارة. بدون التبريد الكافي ، فإن موثوقيتها وكفاءتها وعمرها تتعرض للخطر بشدة.

2. مصادر الحرارة في المحولات

2.1 خسائر النحاس (خسائر I²R)
عندما يتدفق التيار عبر اللفات ، فإن المقاومة الكهربائية للموصلات تسبب تسخين جول:

يتناسب مع مربع التيار الحمل.

المساهم الرئيسي في التدفئة في ظل ظروف الحمل الثقيلة.

2.2 الخسائر الأساسية

حتى عندما يتم تفريغ المحول ، فإن التدفق المغناطيسي المتناوب في القلب ينتج الحرارة.

خسائر التباطؤ
بسبب الاحتكاك الجزيئي حيث تتوافق المجالات المغناطيسية مع كل دورة AC.

إدي خسائر الحالية
التيارات المتداولة المستحثة في قلب الصلب الرقائقي تسبب التدفئة المقاومة.
تم تقليلها باستخدام التصفيح الرقيقة المعزولة.

2.3 خسائر طائشة

يؤدي تدفق التسرب إلى حث التيارات في أجزاء معدنية بخلاف اللفات والأساسي ، مما ينتج عنه تسخين محلي إضافي.

3. لماذا الحرارة المفرطة خطيرة

3.1 عزل الشيخوخة

يتم عزل لفات المحولات بمواد مثل ورق السليلوز والورنيش.

قانون الشيخوخة الحرارية (قاعدة مونتنجر): ارتفاع 6-10 درجة مئوية في نصفي درجة حرارة التشغيل.

يصبح العزل المحموم هشًا ، مما يؤدي إلى انهيار العزل الكهربائي.

3.2 تدهور الزيت

زيت في المحولات المملوءة بالزيت:

بمثابة سائل تبريد.

يوفر عزل العزل الكهربائي.

يذوب الغازات الناتجة عن الأخطاء.

أسباب الحرارة المفرطة:

انهيار جزيئات الزيت.

تشكيل الحمأة والأحماض.

انخفاض قوة العزل الكهربائي.

3.3 الضرر الهيكلي

يمكن أن يؤدي التوسع الحراري والانكماش إلى تخفيف هياكل التثبيت ، ولفات التشوه ، ويؤدي إلى دراجات قصيرة.

3.4 انخفاض الكفاءة

تزداد المقاومة مع درجة الحرارة:

حيث α ≈ 0.004 / ° C للنحاس.
هذا يؤدي إلى خسائر أعلى والمزيد من الحرارة-حلقة ذاتية الانحناء.

4. متطلبات التبريد في تصميم المحولات

4.1 حدود درجة الحرارة
تحدد المعايير (IEC 60076 ، IEEE C57) ارتفاع درجة الحرارة المسموح بها:

اللف: عادة 65 درجة مئوية يرتفع فوق المحيط.

الزيت: عادة 55 درجة مئوية يرتفع فوق المحيط.

4.2 عامل أداء التبريد
يجب أن يتطابق تصميم التبريد مع الحمل المقنن بالإضافة إلى إمكانية التحميل الزائد ، مما يضمن تشغيل مستقر حتى أثناء الذروة للطلب.

5. طرق التبريد

6. مثال قضية العالم الحقيقي

في عام 2019 ، فشل محول 220 كيلو فولت في محطة فرعية للطاقة بسبب عدم كفاية التبريد بعد فشل المروحة. تجاوزت درجة حرارة اللف الداخلية 140 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى:

انهيار كامل للعزل.

الدوائر القصيرة الداخلية.

حريق الزيت الكارثي.

بديل بقيمة 3 ملايين دولار وستة أشهر من انقطاع التيار الكهربائي. أظهر التحليل بعد التحليل أنه إذا كان مراوح تبريد زائدة عن الحاجة تعمل ، فلا يمكن تجنب ارتفاع درجة الحرارة.

7. تصميم المفاضلات

تضيف أنظمة التبريد التكلفة والتعقيد والاحتياجات الصيانة. يجب على المهندسين التوازن:

طريقة الحجم مقابل التبريد: يتيح المزيد من التبريد نواة محول أصغر لنفس التقييم.

الضوضاء: التبريد القسري يضيف الضوضاء الصوتية.

الموثوقية: مراوح/مضخات زائدة عن الحاجة تزيد من الموثوقية ولكن التكلفة أيضًا.

8. الخلاصة

التبريد ليس ترفًا اختياريًا في تصميم المحولات - إنه حماية أساسية ضد الفشل.
بدونه:

العزل يتحلل بسرعة.

النفط يفقد الخصائص العازلة.

تزيد المقاومة المتعرجة.

المحول يخاطر بالفشل الكارثي.

يضمن التبريد الفعال عمر الخدمة الطويلة والتشغيل الآمن ومصدر طاقة موثوق به.