ارزیابی و تحلیل مشخصات بار ترانسفورماتورهای توزیع

تحلیل عمیق و نکات کلیدی در ارزیابی مشخصات بار

ارزیابی مشخصات بار پایه‌ای در طراحی ترانسفورماتورهای توزیع است که مستقیماً بر انتخاب ظرفیت، توزیع زیان، کنترل افزایش دمایی و اقتصاد عملیاتی تأثیر می‌گذارد. این ارزیابی باید در سه بعد: نوع بار، دینامیک زمانی و جفت‌شدن محیطی با یک مدل دقیق بر اساس شرایط عملیاتی واقعی انجام شود.

1. تحلیل دقیق انواع بار

• طبقه‌بندی و ویژگی‌ها

• بارهای مسکونی: تحت تسلط روشنایی و لوازم خانگی، با منحنی بار روزانه دارای دو قله (صباح و شب) و ضریب بار سالانه کم (حدود 30% تا 40%).

• بارهای صنعتی: به عنوان مثال آهن‌آلات (پیوسته)، ماشین‌کاری (ناپیوسته) و بارهای ضربه‌ای (مانند فرّن‌های الکتریکی)، نیازمند توجه به هارمونیک‌ها، نوسانات ولتاژ و جریان‌های ورودی.

• بارهای تجاری: مانند مراکز خرید و مراکز داده، با تغییرات فصلی (مانند یخچال‌سازی تابستانی) و ویژگی‌های غیرخطی (مانند UPS و تبدیل‌کننده‌های فرکانس).

• مدل‌سازی بار

• استفاده از مدل‌های مدار معادل یا برازش داده‌های اندازه‌گیری شده برای کمی کردن عامل توان (PF)، محتوای هارمونیک (مانند THDi) و نوسانات نرخ بار.

2. تحلیل دینامیکی در ابعاد زمانی

• منحنی بار روزانه

• از نظارت میدانی یا منحنی‌های استاندارد (مانند IEEE) که دوره‌های پیک و غیرپیک و مدت آن‌ها را برجسته می‌کند.

• مثال: منحنی روزانه یک پارک صنعتی دو قله در 10:00 تا 12:00 و 18:00 تا 20:00 نشان می‌دهد و نرخ بار شب کمتر از 20% است.

• منحنی بار سالانه

• حساب‌گر تغییرات فصلی (مانند خنک‌سازی تابستانی، گرم‌سازی زمستانی) و پیش‌بینی رشد بار آینده با استفاده از داده‌های تاریخی.

• شاخص‌های کلیدی: حداکثر ساعات استفاده از بار سالانه (Tmax)، ضریب بار (LF) و ضریب بار (LF%).

3. جفت‌شدن محیطی و ارزیابی همبستگی

• تأثیر دما

• هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما محیطی ظرفیت اسمی ترانسفورماتور را تقریباً 5% کاهش می‌دهد (بر اساس مدل‌های پیری حرارتی)، نیازمند تأیید قابلیت بارگیری بیش از حد.

• تأثیر ارتفاع

• هر 300 متر افزایش ارتفاع قدرت عایق‌بندی را تقریباً 1% کاهش می‌دهد، نیازمند تعدیل طراحی عایق‌بندی یا کاهش ظرفیت.

• طبق IEC 60815 (مانند آلودگی سبک و سنگین) که بر انتخاب بوشینگ و عایق‌بندی و فاصله گسیختگی تأثیر می‌گذارد.

4. روش‌ها و ابزارهای ارزیابی

• روش مبتنی بر اندازه‌گیری

• جمع‌آوری داده‌های واقعی بار با استفاده از شمارنده‌های هوشمند و اسیلوگراف‌ها، دنباله‌روی تجزیه و تحلیل آماری (مانند توزیع نرخ بار، طیف هارمونیک).

• روش مبتنی بر شبیه‌سازی

• استفاده از نرم‌افزارهایی مانند ETAP یا DIgSILENT برای مدل‌سازی سیستم‌های قدرت در شرایط مختلف.

• فرمول‌های تجربی

• مانند فرمول ضریب بار در IEC 60076 برای برآورد سریع ظرفیت ترانسفورماتور.

5. کاربرد نتایج ارزیابی

• انتخاب ظرفیت

• تعیین ظرفیت ترانسفورماتور بر اساس نرخ بار (مانند 80% حاشیه طراحی) و قابلیت بارگیری بیش از حد (مانند 1.5× جریان اسمی برای 2 ساعت).

• توزیع زیان

• زیان‌های آهن (PFe) مستقل از بار هستند، در حالی که زیان‌های مس (PCu) با مجذور بار مقیاس می‌گیرند، نیازمند تعادل بین زیان‌های بدون بار و زیان‌های بار.

• کنترل افزایش دمایی

• محاسبه دمای نقاط گرم بسته‌بندی بر اساس مشخصات بار برای تضمین سازگاری با دمای حرارتی مواد عایق‌بندی (مانند کلاس A ≤105°C).

نتیجه‌گیری

ارزیابی مشخصات بار باید نوع بار، دینامیک زمانی و جفت‌شدن محیطی را با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری، شبیه‌سازی و تجربی ترکیب کند تا یک مدل دقیق بسازد. نتایج مستقیماً بر انتخاب ظرفیت، توزیع زیان و قابلیت اطمینان عملیاتی تأثیر می‌گذارند و پایه‌ای از طراحی ترانسفورماتورهای توزیع را تشکیل می‌دهند.

• تحلیل اقتصادی

• مقایسه بازده سرمایه‌گذاری ظرفیت‌های مختلف با استفاده از ارزیابی هزینه چرخه عمر (LCC).