مواد و طراحی ترانسفورماتور نصب شده روی قطب: ملاحظات کلیدی

مقدمه

 

 

 

مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای پایه-

 

ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب، سیستم‌های الکتریکی یکپارچه‌ای هستند که برای عملیات در فضای باز طراحی شده‌اند، که شامل مخزن/محفظه، هسته، سیم‌پیچ‌ها، و سیستم عایق می‌باشند-که هرکدام برای راندمان الکتریکی، استحکام مکانیکی و قابلیت اطمینان طولانی‌مدت حیاتی هستند.

 

 

مواد رایج مورد استفاده

• فولاد نورد سرد-:استحکام مکانیکی و مزایای هزینه خوبی را ارائه می دهد که معمولاً در محیط های عمومی استفاده می شود، اما برای جلوگیری از خوردگی در کاربردهای خارج از منزل بسیار به عملیات سطح وابسته است.
• فولاد گالوانیزه:پوشش روی به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خوردگی را برای کاربردهای طولانی مدت در فضای باز در اکثر سیستم های توزیع برق بالاسری بهبود می بخشد.
• فولاد ضد زنگ:مقاومت عالی در برابر اسپری نمک، رطوبت و خوردگی شیمیایی دارد که معمولاً در محیط های ساحلی یا بسیار خورنده استفاده می شود.

 

روش های درمان سطحی

• گالوانیزه گرم-: یک لایه روی ضخیم رطوبت و اکسیژن را جدا می‌کند و به طور قابل‌توجهی عمر سرویس در فضای باز را افزایش می‌دهد.
• پوشش پودری یا پوشش اپوکسی: یک لایه محافظ اضافی را تشکیل می دهد که مقاومت محیطی و دوام سطح را بیشتر افزایش می دهد.

 

ملاحظات کلیدی
فاکتورهای کلیدی که باید هنگام انتخاب مواد محفظه در نظر گرفته شوند عبارتند از مقاومت در برابر خوردگی، طول عمر در فضای باز و هزینه. جدول زیر به طور خلاصه عملکرد مواد مختلف را نشان می دهد.

 

مواد	مقاومت در برابر خوردگی	عمر خدمات در فضای باز	هزینه کلی مواد و ساخت
فولاد نورد سرد-	متوسط	متوسط	کم
فولاد گالوانیزه	بالا	بالا	متوسط
فولاد ضد زنگ	بسیار بالا	بسیار بالا	بالا

 

 

مواد هسته مشترک
• فولاد سیلیکونی گرا-(CRGO):این در حال حاضر متداول ترین ماده هسته ای است که خواص مغناطیسی پایدار و فرآیندهای تولید بالغ را ارائه می دهد و برای کاربردهای مختلف مناسب است.
• هسته آلیاژ آمورف:به طور خاص برای ترانسفورماتورهای کم تلفات-طراحی شده است، به طور قابل توجهی تلفات بدون بار-را کاهش می دهد و بهره وری انرژی درازمدت را بهبود می بخشد.

 

چگونه مواد اصلی بر عملکرد تأثیر می گذارد
• بدون تلفات بار-:مواد هسته، تلفات هیسترزیس و جریان گردابی ترانسفورماتور را هنگامی که انرژی می‌گیرد اما به طور کامل بارگذاری نمی‌شود، تعیین می‌کند. تلفات مغناطیسی کمتر منجر به مصرف انرژی کمتر در طول کارکرد طولانی مدت می شود.
• عملکرد افزایش دما:کاهش تلفات مغناطیسی باعث کاهش گرمایش هسته می شود، در نتیجه دمای عملیاتی کلی را کاهش می دهد و تنش حرارتی روی سیستم عایق را کاهش می دهد.
• راندمان عملیاتی بلندمدت-:کاهش مستمر تلفات در طول سال‌ها کارکرد، مستقیماً به هزینه‌های کمتر برق و کارایی چرخه عمر کلی-تر منجر می‌شود.

 

سناریوهای کاربردی معمولی
• شبکه برق عمومی:ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب معمولاً از هسته های CRGO برای اطمینان از عملکرد پایدار و عملکرد قابل اعتماد استفاده می کنند.
• توزیع برق روستایی:سیستم‌های توزیع برق روستایی معمولاً راه‌حل‌های اصلی را انتخاب می‌کنند که بازده انرژی، دوام و هزینه را برای انطباق با محیط‌های عملیاتی با نوسانات بار قابل توجه متعادل می‌کند.
• پروژه‌های ترانسفورماتور{0}}کارآمد انرژی:ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب-با استفاده از هسته های آلیاژی آمورف برای کاهش-بدون تلفات بار و رسیدن به اهداف صرفه جویی در انرژی{2}}به کار می روند.

 

 

گزینه های سیم پیچ رایج
• سیم پیچ های مسی:هدایت بالا، پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی، کاهش تلفات و بهبود ظرفیت اضافه بار. اتلاف حرارت عالی افزایش دما را به حداقل می رساند.
• سیم پیچ آلومینیومی:سبک و مقرون به صرفه-. رسانایی اندکی کمتر به مقاطع عرضی-بزرگتر برای مطابقت با عملکرد نیاز دارد، با عملیات قابل اطمینان قابل دستیابی از طریق ساختارهای پشتیبانی تقویت شده.

 

 

ملاحظات طراحی سازه برای -ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب

 

علاوه بر خود مواد، طراحی سازه تعیین می‌کند که چگونه ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب، بارهای محیطی را تحمل می‌کنند و در درازمدت پایدار عمل می‌کنند.

 

طراحی مقاومت مکانیکی و بار
استحکام مکانیکی و طراحی بار ملاحظات مهمی در طراحی ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب است، زیرا آنها بر روی تیرهای برق نصب می شوند.

 

الزامات ویژه برای نصب قطب
• محدودیت وزن:وزن کل باید با ظرفیت باربری ستون مطابقت داشته باشد تا از تغییر شکل قطب یا ناپایداری پایه جلوگیری شود که برای پروژه‌های نوسازی و روستایی حیاتی است.
• بار باد/بار یخ:مخزن روغن، پره های خنک کننده و لوازم جانبی خارجی باید قادر به مقاومت در برابر نیروهای جانبی ناشی از بادهای شدید و بارهای اضافی ناشی از تجمع یخ باشند.

 

طراحی سازه بالابر و نصب
برای اطمینان از ایمنی ساختاری ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب-در هنگام بلند کردن، حمل و نقل و نصب قطب، سازه بلند کردن و نصب معمولاً به طراحی تقویت‌کننده هدفمند نیاز دارد:
• جوشکاری کلی:بالابرهای متصل به مخزن روغن از طریق جوشکاری یکپارچه برای توزیع یکنواخت تنش، جلوگیری از تغییر شکل یا ترک خوردگی جوش.
• طراحی باربربر-:پیچ و مهره‌های با استحکام بالا، براکت‌های نصب را به پایه مخزن روغن و صفحات جانبی متصل می‌کنند تا-پایداری طولانی‌مدت تعلیق را داشته باشند.
• تطبیق مرکز ثقل تعلیق:تراز منطقی نقاط بالابر با مرکز ثقل واحد برای جلوگیری از کج شدن و محافظت از ساختار داخلی.

 

طراحی مقاومت در برابر ارتعاش و تنش مکانیکی
ترانسفورماتورهای پایه-برای مدت طولانی در معرض محیط‌های بیرونی قرار می‌گیرند و طراحی ساختاری آن‌ها باید به طور موثر با ارتعاشات و ضربه‌های مکانیکی مختلف مقابله کند:
• طراحی کلی سفتی سازه:از طریق ضخامت مناسب صفحه مخزن روغن، آرایش دنده های تقویت کننده و طرح ساختاری، استحکام کلی بهبود یافته و دامنه ارتعاشات ناشی از بار باد و کشش هادی را کاهش می دهد.
• ساختار ثابت سیم پیچ محوری و شعاعی:ساختارهای پشتیبانی محوری و شعاعی برای محدود کردن جابجایی سیم پیچ تحت نیروهای الکترومغناطیسی مدار کوتاه-.
• طراحی ضد شل- بست:ساختارها یا فرآیندهای ضد شل شدن در نقاط اتصال حیاتی برای کاهش خطر شل شدن پیچ در اثر لرزش طولانی مدت استفاده می‌شوند.

 

طراحی و سرمایش حرارتی
اتلاف گرما و سرمایش مناسب به تضمین پایداری عملیاتی و افزایش عمر مفید کمک می کند.

 

روش های خنک کننده
• ONAN:ONAN (روغن طبیعی هوای طبیعی) رایج‌ترین روش خنک‌کننده برای ترانسفورماتورهای-پایه‌دار است. گرمای عملیاتی را از طریق همرفت طبیعی روغن ترانسفورماتور و خنک کننده هوای طبیعی حذف می کند. این روش ساختار ساده ای دارد، نیازی به تجهیزات کمکی ندارد، قابلیت اطمینان بالا و تعمیر و نگهداری کم دارد، ایده آل برای برنامه های{3}}درازمدت سربار/روستایی در فضای باز.
• KNAN:همان مکانیسم گردش طبیعی ONAN اما با مایع عایق-با نقطه اشتعال بالا. مقاومت بالاتر در برابر آتش و سازگاری با محیط زیست، مناسب برای مناطق شهری / پرجمعیت یا پروژه هایی با الزامات ایمنی / زیست محیطی شدید، کاهش خطرات آتش سوزی و زیست محیطی.

 

ملاحظات طراحی حرارتی
• سازگاری محیط با دمای بالا-:سیستم خنک کننده باید گردش روان روغن را در شرایط دمای بالای محیط تضمین کند تا از انباشت گرما از تأثیرگذاری بر پایداری عملیاتی جلوگیری کند.
• افزایش دما مطابق با استانداردهای IEC/ANSI است:طراحی کلی حرارتی باید الزامات استانداردهای بین المللی مربوطه را برای افزایش دما و عملکرد ایمن برآورده کند تا از قابلیت اطمینان طولانی مدت اطمینان حاصل شود.

 

طراحی سیستم عایق
سیستم عایق برای اطمینان از ایمنی الکتریکی و{0}}قابلیت اطمینان طولانی مدت بسیار مهم است. طراحی آن مستلزم در نظر گرفتن عملکرد الکتریکی، پایداری حرارتی و سازگاری محیطی است.

 

انتخاب روغن عایق
• روغن معدنی:دارای خواص عایق الکتریکی عالی و تجربه کاربردی بالغ است. این به طور موثر الزامات اولیه عایق و اتلاف حرارت سیستم های توزیع برق معمولی را با هزینه های قابل کنترل و یک سیستم نگهداری بالغ برآورده می کند.
• روغن استر طبیعی:بسیار زیست تخریب پذیر است و در مقایسه با روغن معدنی مقاومت بالایی در برابر آتش دارد. برای برنامه‌های{1}}پایه‌بندی شده با شرایط محیطی بالا یا محیط‌های نصب محدود مناسب است.

 

سیستم عایق جامد
• ساختار کاغذ عایق{0}}آغشته به روغن:سیم‌پیچ‌ها و هسته از کاغذ عایق آغشته به روغن-برای عایق‌بندی بین لایه‌ای، بین-چرخشی و زمین استفاده می‌کنند. این یک سیستم عایق کامپوزیت پایدار در روغن را تشکیل می دهد، که قدرت الکتریکی و عملکرد پیری حرارتی را متعادل می کند.
• تطبیق درجه مواد عایق:درجه مقاومت حرارتی مواد کاغذ عایق باید با افزایش دمای سیم پیچ و روش خنک کننده مطابقت داشته باشد تا از تخریب عملکرد عایق به دلیل گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری شود.

 

فاصله عایق و چیدمان
• طراحی ترخیص الکتریکی معقول:باید فاصله عایق کافی بین سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا و پایین، سیم‌پیچ‌ها و هسته، و قطعات زنده و مخزن روغن حفظ شود تا ولتاژ مقاومت در برابر ولتاژ و الزامات ولتاژ ضربه ای برآورده شود.
• توزیع میدان الکتریکی یکنواخت:با بهینه‌سازی آرایش سیم‌پیچ و ساختار عایق، مناطق تمرکز میدان الکتریکی کاهش می‌یابد که خطر تخلیه جزئی را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی‌مدت را بهبود می‌بخشد.

 

 

استانداردهای ایمنی و انطباق

 

ایمنی و انطباق الزامات اساسی برای تولیدکنندگان ترانسفورماتور- در طراحی محصول هستند. از آنجایی که تجهیزات برای مدت طولانی در فضاهای عمومی کار می کنند، طراحی ساختاری و الکتریکی آن باید تحت شرایط مختلف محیطی و سناریوهای عملیاتی ایمن و قابل اعتماد باقی بماند.

 

استانداردهای قابل اجرا
به طور کلی، استانداردهای زیر باید رعایت شود:
• استانداردهای IEC:حصول اطمینان از اینکه ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب، الزامات سطوح عایق، محدودیت‌های افزایش دما، عملکرد مقاومت در برابر ولتاژ، و ایمنی مکانیکی را برآورده می‌کنند.
• استانداردهای ANSI/IEEE:برآورده کردن الزامات خاص بازار آمریکای شمالی در رابطه با سطوح ولتاژ،{0}قابلیت مقاومت در مدار کوتاه، روش‌های زمین و فاصله‌های ایمنی.

 

ویژگی های کلیدی طراحی ایمنی
• طراحی حفاظت از خطا:فیوزهای سرعت بالا برای قطع سریع جریان بیش از حد پیکربندی شده‌اند و از ترانسفورماتور در برابر اتصال کوتاه و اضافه بارهای شدید محافظت می‌کنند.
• طراحی سیستم زمین:پایانه های اتصال زمین قابل اطمینان بر روی مخزن و ساختار نصب ارائه شده است که اجازه می دهد جریان های خطا به سرعت به زمین تخلیه شود، خطر برق گرفتگی را کاهش می دهد و از تجهیزات اطراف محافظت می کند.
• سازگاری حفاظت در برابر صاعقه و موج:سازگار با برقگیرها، به طور موثر برخورد صاعقه های رایج و نوسانات اضافه ولتاژ در سیستم های توزیع سربار را برطرف می کند.

 

 

چگونه مواد و طراحی مناسب هزینه چرخه عمر را کاهش می دهد

 

طراحی مناسب ترانسفورماتور قطب و انتخاب مواد، فاکتورهای حیاتی در کنترل کل هزینه چرخه عمر تجهیزات، از نصب و بهره برداری تا تعمیر و نگهداری است.

 

 

 

نتیجه گیری

 

محفظه‌های مقاوم در برابر خوردگی، هسته‌های با کارایی بالا، مواد سیم‌پیچ مناسب، و سیستم‌های مکانیکی، حرارتی و عایق بهینه به طور کلی ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی تجهیزات را تعیین می‌کنند. هنگامی که این عوامل طراحی با استانداردهای IEC یا ANSI/IEEE مطابقت دارند، ترانسفورماتورهای نصب شده در قطب می‌توانند نیازمندی‌های تعمیر و نگهداری کاهش یافته، عمر مفید طولانی‌تر، نرخ خرابی کمتر، و اقتصاد چرخه عمر کلی را بهبود بخشند.

برای خریداران، انتخاب سازنده ترانسفورماتور نصب شده در قطب با قابلیت‌های طراحی قوی و تجربه در انطباق با استانداردها برای اطمینان از عملکرد پایدار و ارزش سرمایه‌گذاری طولانی‌مدت بسیار مهم است. SCOTECH یک سازنده باتجربه-ترانسفورماتور نصب شده در قطب است. لطفابا ما تماس بگیریدبرای پرس و جو