روش‌های خنک‌سازی ترانسفورماتور | توضیح ONAN تا ODWF

1. روغن‌گریز خنک‌سازی خودکار (ONAN)

اصل کار روغن‌گریز خنک‌سازی خودکار انتقال حرارت تولید شده در داخل ترانسفورماتور به سطح ظرف و لوله‌های خنک‌سازی از طریق جابجایی طبیعی روغن ترانسفورماتور است. سپس این حرارت از طریق جابجایی هوا و رسانش گرمایی به محیط اطراف تخلیه می‌شود. این روش خنک‌سازی نیاز به هیچ تجهیزات خنک‌سازی اختصاصی ندارد.

قابل استفاده برای:

• محصولات با ظرفیت تا ۳۱۵۰۰ کیلووات و سطح ولتاژ تا ۳۵ کیلوولت؛

• محصولات با ظرفیت تا ۵۰۰۰۰ کیلووات و سطح ولتاژ تا ۱۱۰ کیلوولت.

2. روغن‌گریز خنک‌سازی مجبور هوایی (ONAF)

روغن‌گریز خنک‌سازی مجبور هوایی بر اساس اصل ONAN است با اضافه شدن موتورهای بادکنکی که روی سطح ظرف یا لوله‌های خنک‌سازی نصب شده‌اند. این موتورهای بادکنکی با افزایش جریان هوا، انتقال حرارت را تقویت می‌کنند و ظرفیت و توان تحمل بار ترانسفورماتور را تقریباً ۳۵٪ افزایش می‌دهند. در حین عملیات، زیان‌هایی مانند زیان آهنی، زیان مسی و انواع دیگر حرارت تولید می‌شوند. فرآیند خنک‌سازی به شرح زیر است: ابتدا حرارت از طریق رسانش از هسته و پیچه‌ها به سطوح آنها و به روغن ترانسفورماتور منتقل می‌شود. سپس از طریق جابجایی طبیعی روغن، حرارت به دیواره‌های داخلی ظرف و لوله‌های رادیاتور منتقل می‌شود. سپس حرارت از طریق رسانش به سطوح خارجی ظرف و رادیاتور منتقل می‌شود. در نهایت حرارت از طریق جابجایی هوا و تشعشع گرمایی به محیط اطراف تخلیه می‌شود.

قابل استفاده برای:

• ۳۵ کیلوولت تا ۱۱۰ کیلوولت، ۱۲۵۰۰ کیلووات تا ۶۳۰۰۰ کیلووات؛

• ۱۱۰ کیلوولت، زیر ۷۵۰۰۰ کیلووات؛

• ۲۲۰ کیلوولت، زیر ۴۰۰۰۰ کیلووات.

3. خنک‌سازی مجبور روغن و مجبور هوایی (OFAF)

قابل استفاده برای ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۵۰۰۰۰ تا ۹۰۰۰۰ کیلووات و سطح ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت.

4. خنک‌سازی مجبور روغن و مجبور آبی (OFWF)

عموماً برای ترانسفورماتورهای بالابر در نیروگاه‌های هیدروالکتریک استفاده می‌شود، قابل استفاده برای ترانسفورماتورهای با سطح ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت و بالاتر و ظرفیت ۶۰ مگاوات و بالاتر.

اصل کار خنک‌سازی مجبور روغن و خنک‌سازی مجبور روغن و آبی یکسان است. وقتی یک ترانسفورماتور اصلی از خنک‌سازی مجبور روغن استفاده می‌کند، پمپ‌های روغن روغن را از طریق مدار خنک‌سازی می‌رانند. خنک‌کننده روغن به طور خاص برای انتقال کارآمد حرارت طراحی شده است و معمولاً با موتورهای بادکنکی الکتریکی کمک می‌شود. با افزایش سرعت چرخش روغن سه برابر، این روش می‌تواند ظرفیت ترانسفورماتور را تقریباً ۳۰٪ افزایش دهد. فرآیند خنک‌سازی شامل راندن روغن توسط پمپ‌های غوطه‌ور در میان دکل یا پیچه‌ها برای حمل حرارت است. روغن گرم از بالای ترانسفورماتور توسط پمپ استخراج می‌شود، در خنک‌کننده خنک می‌شود و به قسمت پایین ظرف روغن بازگردانده می‌شود و یک حلقه چرخه روغن مجبور را تشکیل می‌دهد.

5. خنک‌سازی مجبور روغن مستقیم و مجبور هوایی (ODAF)

قابل استفاده برای:

• ۷۵۰۰۰ کیلووات و بالاتر، ۱۱۰ کیلوولت؛

• ۱۲۰۰۰۰ کیلووات و بالاتر، ۲۲۰ کیلوولت؛

• ترانسفورماتورهای کلاس ۳۳۰ کیلوولت و ۵۰۰ کیلوولت.

6. خنک‌سازی مجبور روغن مستقیم و مجبور آبی (ODWF)

قابل استفاده برای:

• ۷۵۰۰۰ کیلووات و بالاتر، ۱۱۰ کیلوولت؛

• ۱۲۰۰۰۰ کیلووات و بالاتر، ۲۲۰ کیلوولت؛

• ترانسفورماتورهای کلاس ۳۳۰ کیلوولت و ۵۰۰ کیلوولت.

اجزاء خنک‌کننده ترانسفورماتور مجبور روغن و مجبور هوایی

ترانسفورماتورهای سنتی با سیستم‌های موتور بادکنکی کنترل دستی مجهز شده‌اند. هر ترانسفورماتور معمولاً شش مجموعه موتور خنک‌سازی دارد که نیاز به کنترل مرکزی دارد. عملکرد موتورهای بادکنکی بر اساس رله‌های گرمایی است و مدارهای تغذیه آنها با استفاده از تماس‌گرهای کنترل می‌شوند. موتورهای بادکنکی بر اساس دمای روغن ترانسفورماتور و شرایط بار با استفاده از منطق کنترل شروع یا توقف می‌شوند.

این سیستم‌های کنترل سنتی نیاز به مداخله دستی قابل توجهی دارند و عیوب قابل توجهی دارند: تمام موتورهای بادکنکی همزمان شروع و توقف می‌کنند که موجب جریان‌های ورودی بالا می‌شود که ممکن است مولفه‌های مدار را آسیب ببیند. وقتی دمای روغن بین ۴۵ درجه سانتیگراد تا ۵۵ درجه سانتیگراد است، معمولاً تمام موتورهای بادکنکی با ظرفیت کامل کار می‌کنند که منجر به هدر رفتن انرژی قابل توجه و چالش‌های نگهداری بیشتر می‌شود. سیستم‌های کنترل خنک‌سازی سنتی عموماً از رله‌ها، رله‌های گرمایی و مدارهای منطقی بر اساس تماس استفاده می‌کنند. منطق کنترل پیچیده است و مکرر شدن تغییر تماس‌گره ممکن است منجر به سوختگی تماس‌ها شود. علاوه بر این، موتورهای بادکنکی معمولاً محافظ‌های ضروری مانند محافظ بار زیاد، فقدان فاز و کم ولتاژ را ندارند که موجب کاهش قابلیت اطمینان عملیاتی و افزایش هزینه‌های نگهداری می‌شود.

وظایف ظرف ترانسفورماتور و سیستم خنک‌سازی

ظرف ترانسفورماتور به عنوان پوشش خارجی عمل می‌کند و هسته، پیچه‌ها و روغن ترانسفورماتور را در خود جای می‌دهد و همچنین توانایی خنک‌سازی محدودی دارد.

سیستم خنک‌سازی ترانسفورماتور چرخه روغن را با استفاده از تفاوت دمایی بین لایه‌های بالا و پایین روغن ایجاد می‌کند. روغن گرم از طریق یک مبدل حرارتی می‌گذرد که خنک می‌شود و سپس به قسمت پایین ظرف بازمی‌گردد و به طور موثر دمای روغن را کاهش می‌دهد. برای افزایش کارایی خنک‌سازی، روش‌هایی مانند خنک‌سازی هوا، خنک‌سازی مجبور روغن و هوایی یا خنک‌سازی مجبور روغن و آبی می‌توانند استفاده شوند.