روش‌های خنک‌سازی ترانسفورماتور | ONAN تا ODWF توضیح داده شده

1. روغن‌گریز خنک‌سازی با تهویه طبیعی (ONAN)

اصل کار خنک‌سازی روغن‌گریز با تهویه طبیعی این است که گرماي تولید شده در داخل ترانسفورماتور از طریق جابجایی طبیعی روغن ترانسفورماتور به سطح ظرف و لوله‌های خنک‌کننده منتقل می‌شود. سپس گرما از طریق تهویه هوا و رسانش حرارتی به محیط اطراف دفع می‌شود. این روش خنک‌سازی نیاز به تجهیزات خنک‌سازی اختصاصی ندارد.

قابل استفاده برای:

• محصولات با ظرفیت تا 31500 kVA و سطح ولتاژ تا 35 kV؛

• محصولات با ظرفیت تا 50000 kVA و سطح ولتاژ تا 110 kV.

2. روغن‌گریز خنک‌سازی با تهویه مکانیکی (ONAF)

روغن‌گریز خنک‌سازی با تهویه مکانیکی بر اساس اصل ONAN است، با اضافه کردن مراوحی که روی سطح ظرف یا لوله‌های خنک‌کننده نصب شده‌اند. این مراوح با افزایش جریان هوا، انتقال گرما را افزایش می‌دهند و ظرفیت و توان تحمل بار ترانسفورماتور را تقریباً 35٪ افزایش می‌دهند. در حین عملکرد، تلفات مانند تلفات آهن، مس و سایر انواع گرما تولید می‌شوند. فرآیند خنک‌سازی به صورت زیر است: ابتدا گرما از طریق رسانش حرارتی از هسته و پیچه‌ها به سطوح آن‌ها و به روغن ترانسفورماتور منتقل می‌شود. سپس از طریق جابجایی طبیعی روغن، گرما به دیواره‌های داخلی ظرف و لوله‌های خنک‌کننده منتقل می‌شود. سپس گرما از طریق رسانش حرارتی به سطوح خارجی ظرف و خنک‌کننده‌ها منتقل می‌شود. در نهایت گرما از طریق تهویه هوا و تشعشع حرارتی به محیط اطراف دفع می‌شود.

قابل استفاده برای:

• 35 kV تا 110 kV، 12500 kVA تا 63000 kVA؛

• 110 kV، زیر 75000 kVA؛

• 220 kV، زیر 40000 kVA.

3. خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و تهویه مکانیکی (OFAF)

قابل استفاده برای ترانسفورماتورهای با ظرفیت 50000 تا 90000 kVA و سطح ولتاژ 220 kV.

4. خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و آب (OFWF)

عموماً برای ترانسفورماتورهای بالابر در نیروگاه‌های هیدروالکتریک استفاده می‌شود، قابل استفاده برای ترانسفورماتورهای با سطح ولتاژ 220 kV و بالاتر و ظرفیت 60 MVA و بالاتر.

اصل کار خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و آب یکسان است. وقتی ترانسفورماتور اصلی از خنک‌سازی با گردش اجباری روغن استفاده می‌کند، پمپ‌های روغن روغن را از طریق مدار خنک‌کننده می‌رانند. خنک‌کننده روغن به طور خاص طراحی شده است تا گرما را به طور موثر دفع کند، غالباً با کمک مراوح الکتریکی. با افزایش سرعت گردش روغن سه برابر، این روش می‌تواند ظرفیت ترانسفورماتور را تقریباً 30٪ افزایش دهد. فرآیند خنک‌سازی شامل این است که پمپ‌های غوطه‌ور روغن را به داخل مجرای بین هسته یا پیچه‌ها هدایت می‌کنند تا گرما را حمل کنند. روغن گرم از بالای ترانسفورماتور توسط یک پمپ استخراج می‌شود، در خنک‌کننده خنک می‌شود و به پایین ظرف روغن بر می‌گردد، یک دور گردش اجباری روغن را تشکیل می‌دهد.

5. خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و تهویه مکانیکی (ODAF)

قابل استفاده برای:

• 75000 kVA و بالاتر، 110 kV؛

• 120000 kVA و بالاتر، 220 kV؛

• ترانسفورماتورهای کلاس 330 kV و 500 kV.

6. خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و آب (ODWF)

قابل استفاده برای:

• 75000 kVA و بالاتر، 110 kV؛

• 120000 kVA و بالاتر، 220 kV؛

• ترانسفورماتورهای کلاس 330 kV و 500 kV.

اجزاء خنک‌کننده ترانسفورماتور با گردش اجباری روغن و تهویه مکانیکی

ترانسفورماتورهای سنتی با سیستم‌های مراوح کنترل دستی تجهیز شده‌اند. هر ترانسفورماتور معمولاً شش دستگاه موتور خنک‌کننده دارد که نیازمند کنترل مرکزی هستند. عملکرد مراوح بر اساس رله‌های حرارتی است و مدارهای تغذیه آن‌ها با کنتاکتورهای کنترل می‌شوند. مراوح بر اساس دمای روغن ترانسفورماتور و شرایط بار با استفاده از منطق تصمیم‌گیری روشن یا خاموش می‌شوند.

این سیستم‌های کنترل سنتی نیاز به مداخله دستی زیاد دارند و معایب قابل توجهی دارند: تمام مراوح به طور همزمان روشن یا خاموش می‌شوند، که موجب جریان‌های شروع بالا می‌شود و ممکن است مولفه‌های مداری آسیب ببینند. وقتی دمای روغن بین 45 درجه سانتیگراد و 55 درجه سانتیگراد است، روش معمول این است که تمام مراوح با ظرفیت کامل کار کنند، که منجر به تلفات انرژی قابل توجه و چالش‌های نگهداری می‌شود. سیستم‌های کنترل خنک‌کننده سنتی عموماً از رله‌ها، رله‌های حرارتی و مدارهای منطقی براساس تماس استفاده می‌کنند. منطق کنترل پیچیده است و تغییرات مکرر کنتاکتورها ممکن است منجر به سوزاندن تماس‌ها شود. علاوه بر این، مراوح معمولاً محافظ‌های ضروری مانند محافظ بار اضافی، فقدان فاز و کم ولتاژ را ندارند، که عملکرد قابل اعتماد را کاهش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد.

وظایف ظرف ترانسفورماتور و سیستم خنک‌کننده

ظرف ترانسفورماتور به عنوان پوشش بیرونی عمل می‌کند که هسته، پیچه‌ها و روغن ترانسفورماتور را در خود جای می‌دهد و همچنین توانایی دفع گرما را دارد.

سیستم خنک‌کننده ترانسفورماتور گردش روغن را با تفاوت دمایی بین لایه‌های بالا و پایین روغن ایجاد می‌کند. روغن گرم از طریق یک مبدل حرارتی می‌گذرد که در آن خنک می‌شود و سپس به پایین ظرف روغن بر می‌گردد، که به طور موثر دمای روغن را کاهش می‌دهد. برای افزایش کارایی خنک‌سازی، روش‌هایی مانند خنک‌سازی هوایی، خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و تهویه مکانیکی یا خنک‌سازی با گردش اجباری روغن و آب می‌توانند استفاده شوند.