توضیح دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور: رتبه‌بندی‌های ONAN، ONAF و OFAF

پیمانکار مرکز داده‌ها در جوهور سال گذشته یک برنامه بار را برای ما ارسال کرد که تنها یک عدد روی آن نوشته شده بود: ۱۰ مگاولت‌آمپر، پیوسته. ورودی او ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن با برچسب نام‌گذاری شده‌ای ظاهر شد که خواندن آن ONAN ۸۰۰۰ کیلوولت‌آمپر / ONAF ۱۰۰۰۰ کیلوولت‌آمپر بود — این دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور که در هر پیش‌فاکتوری ذکر می‌شوند و تقریباً هیچ‌کس آن‌ها را نمی‌خواند — و او کابل ۱۱ کیلوولت، تجهیزات قطع و وصل و تنظیمات حفاظتی را بر اساس عدد دوم انتخاب کرده بود. در زمان راه‌اندازی، فن‌ها به کار افتادند، بار افزایش یافت و هشدار روغن بالایی در دمای ۹۶ درجه سانتی‌گراد در بعدازظهری با دمای ۳۳ درجه سانتی‌گراد فعال شد.

هیچ چیزی خراب نشده بود. این واحد دقیقاً همان کاری را انجام می‌داد که صفحه رتبه‌بندی آن پیش‌بینی کرده بود — اما در شرایطی که هیچ‌کس آن را در سفارش خرید نوشته نبود. این شکاف بین کد خنک‌کنندگی و نصب واقعی جایی است که بیشتر اختلافات مربوط به ظرفیت ترانسفورماتور آغاز می‌شوند.

کد دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور در واقع چه چیزی به شما می‌گوید

 

دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور یک مخفف چهار حرفی است که دو چیز را همزمان توصیف می‌کند: محیط خنک‌کننده‌ای که با پیچش‌ها در تماس است و روشی که گرما را از آن محیط خارج می‌کند. حرف اول نشان‌دهندهٔ محیط داخلی است (O برای روغن معدنی، K برای مایع غیرمعدنی با نقطه اشتعال بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد، L برای استر مصنوعی با نقطه اشتعال بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد)، حرف دوم روش گردش را نشان می‌دهد (N برای طبیعی، F برای اجباری، D برای هدایت‌شده)، و دو حرف آخر همین منطق را برای محیط خارجی — هوا، آب یا هواي اجباری — تکرار می‌کنند.

پس ONAN یعنی روغن طبیعی، هواي طبیعی: روغن با سیفون حرارتی جریان می‌یابد و مخزن و رادیاتورها گرما را به هواي ساکن انتقال می‌دهند، بدون اینکه در سیستم از هیچ پنکه یا پمپی استفاده شود. ONaf زمانی به ONAF تبدیل می‌شود که پنکه‌ها هوا را روی بانک رادیاتورها می‌وزانند. OFAF پمپ‌های روغن را اضافه می‌کند. ODAF جریان روغن را به داخل شیارهای پیچش‌ها هدایت می‌کند، که این روشی است که در واحدهای بزرگ افزایش‌دهندهٔ ژنراتور برای کنترل گرادیان‌های پیچش به کار می‌رود.

کلاس خنک‌کنندگی	در حال اجرا است	افزایش ظرفیت معمول	جایی که مورد استفاده قرار می‌گیرد
ONAN	هیچ چیز — فقط سیفون حرارتی	ظرفیت پایه	واحدهای توزیع، ایستگاه‌های فرعی روستایی، واحدهای نصب‌شده روی پد
ONAF (مرحلهٔ ۱)	یک بانک فن	+۲۵٪ تا +۳۳٪ بیشتر از ONAN	ایستگاه‌های فرعی شهری، واحدهای صنعتی با بار اوج
ONAF (مرحلهٔ ۲)	بانک فن دوم	افزایش بیشتری به میزان ۱۵٪ تا ۲۰٪	مراکز داده، کارخانه‌های فولاد و سیمان
OFAF	فن‌ها همراه با پمپ‌های روغن	+۴۰٪ تا +۶۰٪ نسبت به حالت ONAN	ترانسفورماتورهای قدرت با ظرفیت ۴۰ مگاولت‌آمپر و بیشتر
ODAF	جریان روغن هدایت‌شده به‌همراه فن‌ها	بالاترین ظرفیت برای یک شاسی مشخص	ترانسفورماتورهای افزایش‌دهنده ژنراتور، واحدهای تبدیل HVDC

آن درصدها محدوده‌هایی هستند که دفتر طراحی ما برای تهیه برگه مشخصات فنی از آنها استفاده می‌کند. این اعداد از هیچ استانداردی گرفته نشده‌اند — مساحت رادیاتور، حجم روغن و انتخاب فن در هر سازنده‌ای متفاوت است و تنها عددی که اهمیت دارد، عددی است که در مشخصات فنی تضمین‌شده شما ذکر شده است.

رتبه‌بندی دوم ظرفیت اضافی رایگان نیست

 

اینجا بخشی است که بیشتر خریداران از قلم می‌اندازند. یک ترانسفورماتور ONAF تنها ظرفیت بیشتری نسبت به همان واحد در حالت ONAN ندارد؛ بلکه ظرفیتی دارد که فقط در صورت برقرار بودن مجموعه‌ای از شرایط وجود دارد و هر یک از آن شرایط می‌تواند به‌صورت مستقل از ترانسفورماتور از کار بیفتد.

بانک پنکه‌ها نیازمند تأمین برق کمکی است. در چندین پروژهٔ آمریکای شمالی، مشاهده کرده‌ایم که شرکت توزیع برق از پذیرش رتبه‌بندی ONAF در مطالعهٔ اتصال به شبکه خودداری می‌کند، زیرا تأمین برق سرویس ایستگاهی با طرح انتقال (ترانسفر) پشتیبانی نشده است — اگر پنکه‌ها متوقف شوند، واحد به‌صورت خاموشانه به ظرفیت ۸ مگاولت‌آمپر بازمی‌گردد، درحالی‌که تنظیمات حفاظتی همچنان برای ۱۰ مگاولت‌آمپر باقی مانده‌اند. ترانسفورماتور تغییری نکرده است. رتبه‌بندی تغییر کرده است.

پنکه‌ها همچنین باید موجود باشند. یک بانک خنک‌کنندهٔ ۱۰ مگاولت‌آمپری معمولاً دو تا چهار پنکهٔ محوری با توان حدود ۰٫۵۵ کیلووات هر کدام را شامل می‌شود، همراه با یاتاقان‌های موتور، کنتاکتورها، ترموستات‌ها و یک مدار کنترلی که مراحل را بر اساس دمای روغن بالایی فعال یا غیرفعال می‌کند. هر یک از این اجزا مورد نیاز نگهداری است و عمر محدودی دارد؛ و قفل‌شدن موتور یکی از پنکه‌ها، یک مرحلهٔ خنک‌کنندگی را در اوج بار تابستانی از کار می‌اندازد. هنگام ارائهٔ پیش‌فاکتور برای یک واحد، فلسفهٔ کنترل مراحل پنکه را در همان سندی که امپدانس ذکر شده است، ارائه می‌کنیم، زیرا رتبه‌بندی رفتاری از سیستم کنترل است، نه صرفاً طراحی سیم‌پیچ.

سپس فرضیهٔ محیطی وجود دارد. محدودیت‌های افزایش دما نسبت به محیطی تعریف می‌شوند که در بازهٔ یک روز و یک سال مشخص شده‌اند، نه صرفاً یک بعدازظهر. واحدی که افزایش دمای متوسط پیچ‌ها را در مقدار ۶۵ کلوین تضمین می‌کند، برای حداکثر دمای محیطی مشخصی تضمین شده است؛ و روز ۳۳ درجهٔ سانتی‌گراد در جوهور مشکل‌ساز نبود — بلکه مشکل این بود که هیچ‌کس نپرسیده بود در دمای ۴۰ درجهٔ سانتی‌گراد و با فن‌ها در مرحلهٔ اول چه اتفاقی می‌افتد. این رایج‌ترین اشتباهی است که ما در دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور مشخصات فنی می‌بینیم: چهار حرف از یک برگهٔ داده کپی می‌شوند بدون آنکه پایهٔ محیطی که صحت آن‌ها را تضمین می‌کند، ذکر شود.

افزایش دما: عدد پشت کد

 

حروف به شما می‌گویند گرما چگونه از واحد خارج می‌شود. افزایش دمای عدد به شما می‌گوید عایق چقدر گرما مجاز است تحمل کند. برای واحدهای غوطه‌ور در مایع، دو محدودیت مهم افزایش دمای متوسط پیچ‌ها و افزایش دمای نقطهٔ گرم‌ترین هستند که در استاندارد IEEE C57.12.00 تعیین شده‌اند و می‌توانید خلاصهٔ آن را در صفحهٔ انجمن استانداردهای IEEE برای C57.12.00-2021 بخوانید. صفحهٔ انجمن استانداردهای IEEE برای C57.12.00-2021 برای طراحی افزایش دمای متوسط پیچ‌ها در ۶۵ کلوین — که هنوز رایج‌ترین مشخصه‌فنی در آسیا و خاورمیانه است — حداکثر اجازه‌داده‌شده برای نقطه داغ معادل ۸۰ کلوین است که در دمای محیط مرجع تقریباً برابر با ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد می‌شود.

عدد ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد جایی است که عمر عایق تعیین می‌شود. کاغذی که در دمای ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد پیر می‌شود، استحکام کششی‌اش را با نرخی از دست می‌دهد که عمر باقی‌مانده‌اش را به ازای هر ۶ تا ۸ کلوین افزایش دما بالاتر از این نقطه نصف می‌کند؛ به همین دلیل، دستگاهی که ۸ کلوین گرم‌تر از دمای طراحی‌شده کار کند، صرفاً ۸ درصد سریع‌تر پیر نمی‌شود. بلکه چندین برابر سریع‌تر پیر می‌شود و هیچ‌یک از موارد گزارش آزمون‌های دوره‌ای شما را تا زمانی که اعداد فوران سال‌ها بعد افزایش یابند، هشدار نمی‌دهند.

 

 

همین امر دلیل این است که آزمون عملکرد حرارتی اهمیت بیشتری نسبت به گواهی دارد. آزمون افزایش دما بر اساس استاندارد آی‌ای‌ای‌ای‌ئی سی۵۷٫۱۲٫۹۰، گرادیان‌های واقعی روغن سطحی و پیچ‌ها را در بار نامی اندازه‌گیری می‌کند؛ این تنها شاهدی است که نشان می‌دهد مساحت رادیاتور، حجم روغن و انتخاب فن در نقشه‌ها واقعاً با مقادیر ذکرشده روی پلاک دستگاه همخوانی دارند. در یک ترانسفورماتور ONAF اجرای تست حرارتی دو بار اهمیت دارد، زیرا هر مرحله از کارکرد فن یک نقطه عملیاتی جداگانه است که باید به‌صورت مستقیم تأیید شود، نه اینکه از طریق استنباط تعیین گردد.

فن‌ها، پمپ‌ها و هزینه‌های نگهداری

 

مراحل خنک‌کنندگی در مرحله مشخصات‌دهی ارزان هستند، اما نگهداری آن‌ها گران تمام می‌شود. هر قطعه متحرکی که به ترانسفورماتور اضافه شود، به یک بازرسی برنامه‌ریزی‌شده، یک قطعه یدکی در انبار کسی و یک حالت خرابی تبدیل می‌شود که به‌جای قطع تمیز، منجر به کاهش غیربرنامه‌ریزی‌شده ظرفیت می‌گردد.

تجربه ما با ترانسفورماتور ONAF ن fleetها نشان می‌دهد که فهرست خرابی‌ها کوتاه و قابل پیش‌بینی است: ابتدا یاتاقان‌های موتور فن خشک می‌شوند، سپس سیم‌پیچ‌های کنتاکتور و در نهایت ترموستاتی که فعال‌سازی بانک دوم را انجام می‌دهد. پمپ‌های موجود در واحدهای OFAF، درزهای شفت و قفل فشار تفاضلی اضافی دارند که در صورت کاهش سطح روغن، باعث قطع ناخواسته می‌شوند. هیچ‌یک از این موارد غیرمعمول نیستند و همه آن‌ها در مرحله مشخصات‌دهی قابل جلوگیری هستند.

نکته‌ای باید در مشخصات فنی ذکر شود: رفتار دستگاه در صورت خرابی مرحلهٔ سرمایش. اگر مرحلهٔ دوم خراب شود و بار کاهش نیابد، سیم‌پیچ تفاوت را جذب می‌کند. قطع به دلیل دمای بالای سیم‌پیچ نتیجه‌ای ایمن است؛ اما سیم‌پیچی که به‌صورت بی‌صدا در دمای ۱۲۰ درجهٔ سانتی‌گراد طی یک فصل کار کند، ایمن نیست.

دمای محیط، ارتفاع از سطح دریا و پوشش محافظ: جایی که ظرفیت‌های اسمی به‌صورت بی‌صدا کاهش می‌یابند

 

دو عامل کاهش ظرفیت بیشتر از هر عامل دیگری باعث ایجاد مشکل در پروژه‌ها می‌شوند: دمای محیط محل نصب و ارتفاع از سطح دریا. در برگه‌های طراحی ما، ظرفیت تقریباً به‌میزان ۱٫۰ تا ۱٫۲ درصد به ازای هر درجهٔ سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط تعیین‌شده کاهش می‌یابد؛ یعنی در یک محل نصب در بیابان با دمای ۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد، واحدی با ظرفیت اسمی تعیین‌شده برای دمای ۴۰ درجهٔ سانتی‌گراد، حتی پیش از اتصال هر باری، بخش قابل‌توجهی از ظرفیت اسمی خود را از دست می‌دهد. در ارتفاعات بالاتر از ۱۰۰۰ متر، کاهش چگالی هوا نیز به‌همین ترتیب بر توان تخلیهٔ حرارت در سیستم‌های خنک‌شونده با هوا تأثیر می‌گذارد و این اصلاح باید در محاسبهٔ ظرفیت روی پلاک ظرفیت (rating plate) منعکس شود، نه در یک یادداشت پایین صفحه.

پوشش سومین عامل است. یک دستگاه نصب‌شده روی پایه که در یک پوشش مقاوم در برابر دستکاری طبق استاندارد IEEE C57.12.28 قرار گرفته، هوا را از همان منبعی که ترانسفورماتور ایستگاه باز تنفس می‌کند، استنشاق نمی‌کند؛ و دستگاهی که در برابر دیوار یا درون محوطه‌ای محصور با توری و جریان هوای محدود نصب شده، دمای بالاتری نسبت به پیش‌بینی‌شده در حجره آزمایش خود خواهد داشت. افزودن اثر گرمای خورشیدی به یک پوشش تیره در منطقه خلیج، این تفاوت را فراتر از یک مسئله نظری می‌کند.

صدای تولیدشده نیز از همین منطق معکوس پیروی می‌کند. فن‌ها حدود ۵ تا ۸ دسی‌بل(A) صدا اضافه می‌کنند؛ بنابراین دستگاهی که در حالت ONAN با سطح صدای ۵۸ دسی‌بل(A) مشخص‌شده است، در شب هنگام فعال‌شدن مرحله دوم به یک دستگاه ۶۴ دسی‌بل(A) تبدیل می‌شود. اگر در محل قراردادی برای محدودیت سطح صدا وجود داشته باشد، مقدار ذکرشده برای حالت ONAF همان عددی است که همسایگان واقعاً خواهند شنید.

آنچه باید در برگه مشخصات فنی نوشته شود

 

هنگامی که مهندسان ما یک مشخصات فنی را برای یک کارخانهٔ ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن در چین فهرست کوتاه بررسی می‌کنند، اسنادی که سریع‌ترین روند تصویب را دارند، اسنادی هستند که به‌صورت کتبی به این موارد پاسخ داده‌اند:

• کلاس خنک‌کنندگی و تعداد مراحل که به‌صورت یک دنباله (ONAN / ONAF1 / ONAF2) و نه به‌صورت یک برچسب واحد بیان شده باشد.

• توان اسمی در هر مرحله با ذکر دمای محیطی که هر یک از این اعداد بر اساس آن محاسبه شده است.

• تصحیح ارتفاع و محیط , اعمال‌شده و نمایش‌داده‌شده، نه اینکه به کارخانه واگذار شود تا آن را کشف کند.

• فلسفه کنترل فن : دماهای فعال‌کننده، تأخیرهای مرحله‌ای و رفتار در صورت شکست مرحله.

• منبع تغذیه جانبی : ولتاژ، فاز و اینکه آیا توسط جریان مستقیم ایستگاه یا یک طرح انتقال پشتیبانی می‌شود.

• سطح صوت در هر مرحله , بر حسب دسی‌بل(الف) در فاصله مشخص‌شده اندازه‌گیری.

• اعداد تلفات در دمای مرجع، که برای واحدهای توزیع ایالات متحده باید جداول بازدهی در بخش ۴۳۱ قانون‌نامه فدرال ۱۰، زیربخش کی ، قانون ترانسفورماتور توزیع وزارت انرژی ایالات متحده که حداقل کارایی را که یک واحد سازگار باید به دست آورد، تعیین می کند.

مشخصات که به تمام هفت پاسخ می دهد در دو صفحه قرار می گیرد و مانع از بحث کمیسیون در مورد اینکه نام چه کسی درست است.

چگونه آن را ارزیابی و آزمایش می کنیم و چه توصیه هایی می کنیم

 

خریداران که حسابرسی یک کارخانهٔ ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن در چین معمولاً با درجه ی لوله کشی شروع می شود و با خنک کردن تمام می شود، که ترتیب اشتباه است. مرحله خنک کننده جایی است که ادعا ظرفیت واقعا زندگی می کند. کارخانه ما در جیانگسو، هر واحد آبشده مایع را با حرارت کنترل می کند و ورق درجه بندی که با ترانسفورماتور ارسال می شود، مقدار اندازه گیری روغن بالا و شیب های پیچ و تاب را به جای مقادیر تضمین شده به تنهایی نشان می دهد. این مهم است وقتی یک مشاور باید یک مطالعه بیش از حد یا یک برنامه اتصال را دفاع کند: اعداد یک آزمون پشت سر آنها دارند.

ما هر دو رو می سازیم ترانسفورماتور غوطه‌ور در روغن محدوده‌ها و واحدهای خشک‌نوع در سایتی به مساحت ۱۲۰٬۰۰۰ مترمربع با ۳۷ اختراع ثبت‌شده در پورتفولیو، و از سال ۲۰۲۳ به‌عنوان شریک مشترک اِتون فعالیت می‌کنیم — این همکاری عمدتاً در انضباط اسناد و مدارک نمود پیدا می‌کند نه در زبان بازاریابی. پرونده‌های UL، CSA و IEC، نقشه‌ها و داده‌های حرارتی به‌صورت یک بسته تحویل داده می‌شوند.

یک نکته کاربردی: در گزارش آزمایش، فقط نام‌پلاک را درخواست نکنید، بلکه ترتیب مراحل خنک‌کنندگی را بپرسید — تکنسینی که واحد را روشن می‌کند گزارش را می‌خواند، نه نام‌پلاک.

واحد جوهور در نهایت بدون مشکل کار کرد. ما دوربین‌ها را دوباره تنظیم کردیم تا بانک دوم ۶ کلوین زودتر فعال شود و صاحب پروژه بار غیرضروری به میزان ۱٫۲ مگاولت‌آمپر را به ترانسفورماتور دوم منتقل کرد — این راه‌حل ارزان‌تر از تعویض واحد بود و تنها به‌دلیل این امکان‌پذیر شد که برگه ظرفیت به ما نشان داد واقعاً این واحد چه قابلیتی دارد.

دسته‌بندی‌های خنک‌کنندگی ترانسفورماتور ارزان‌ترین تصمیم مربوط به ظرفیت در کل بسته‌بندی است و آسان‌ترین موردی که ممکن است اشتباه گرفته شود، زیرا رتبه‌بندی دوم همیشه شبیه سقف اضافی رایگان به نظر می‌رسد تا اینکه دمای محیط، منبع تغذیه جانبی و یاتاقان فن با شما مخالفت کنند. اگر اکنون در حال مشخص‌کردن یک دستگاه غوطه‌ور در مایع هستید، پروفایل بار، دمای محیط محل نصب و ارتفاع آن را برای ما ارسال کنید. ryan-transformers.com — مهندسان ما با جزئیات کامل رتبه‌بندی مرحله‌به‌مرحله و داده‌های آزمایشی مرتبط با آن به شما پاسخ خواهند داد.

درباره نویسنده: نوشته‌شده توسط تیم مهندسی رایان الکتریک، سازندهٔ ترانسفورماتورهای دارای گواهی UL/CSA در جیانگسو، چین و شریک مشترک اتون از سال ۲۰۲۳، که ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن، خشک و نصب‌شده روی پد را برای پروژه‌های مراکز داده، شرکت‌های توزیع انرژی و صنایع در آمریکای شمالی، جنوب شرق آسیا و خاورمیانه عرضه می‌کند.