ترانسفورماتورهای مناسب اقلیم‌های گرمسیری: مشخصات فنی برای رطوبت بالا، دمای محیط ۳۵ درجه سانتی‌گراد و تشکیل شبنم

دو هفته پیش یک خریدار EPC در جوهور مشخصات فنی یک واحد رزینی ۲۰۰۰ کیلوولت‌آمپری را برای یک پردیس مرکز دادهٔ جدید به ما ارسال کرد. از نظر ظاهری، این درخواست شبیه تمام درخواست‌های دیگر در صندوق ورودی ما بود. دمای محیط طراحی‌شده در آن ۴۰ درجه سانتی‌گراد ذکر شده بود که تقریباً واژه‌به‌واژه از یک الگوی تگزاسی کپی شده بود. آنچه در این الگو حذف شده بود، نیمه‌ای از شرایط اقلیمی بود که در واقع عامل اصلی خرابی‌ها در این منطقه است: میانگین دمای روزانه ۳۲ درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی بالای ۹۰ درصد و نقطه شبنمی که در بیشتر شب‌های سال از دمای فلز بدون روکش عبور می‌کند. مشخصات فنی یک ترانسفورماتور برای اقلیم‌های گرمسیری تمرینی برای دمای هوا نیست. این تمرینی برای رطوبت است که شرط حرارتی به آن افزوده شده‌است.

 

چرا ترانسفورماتور برای اقلیم‌های گرمسیری واحدی برای مناطق بیابانی با گرمای کمتر نیست

وظیفهٔ بیابانی را توصیف کردن آسان است: حداکثر دمای محیطی بالا، گرد و غبار، تابش فرابنفش (UV) و نوسان گسترده‌ای بین بعدازظهری خیلی گرم و شبی خنک. وظیفهٔ گرمسیری در صفحهٔ مشخصات ظاهراً ملایم‌تر به نظر می‌رسد، اما روی عایق‌بندی سخت‌تر اثر می‌گذارد.

دمای حداکثر در یک محل در جنوب شرق آسیا ممکن است به ۳۴ درجهٔ سانتی‌گراد برسد که بسیار پایین‌تر از ۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد در یک محل در منطقهٔ خلیج است. اما میانگین روزانهٔ دما برای ماه‌ها پیاپی بین ۳۰ تا ۳۲ درجهٔ سانتی‌گراد است و دمای شب تنها ۳ تا ۵ کلوین کاهش می‌یابد. این واحد هرگز دورهٔ طولانی خنک‌شدنی را تجربه نمی‌کند که به پیچش‌ها اجازه دهد گرما را دفع کنند و پیری عایق‌بندی کند شود. عمر حرارتی توسط دمای میانگین و نقطهٔ گرم‌ترین بخش پیچش‌ها تعیین می‌شود، نه توسط بالاترین دمای ثبت‌شده در گزارش محل.

سوی تقاضا توضیح می‌دهد که چرا این موضوع در این لحظه اهمیت دارد. عرضهٔ مراکز دادهٔ جوهور در طی دوازده ماه تقریباً دو برابر شده و تا پایان فصل دوم سال ۲۰۲۵ به ۵٫۸ گیگاوات رسیده است، در حالی که نرخ خالی‌ماندن آن به ۱٫۱ درصد کاهش یافته است؛ هم‌زمان، منطقهٔ آسیا و اقیانوسیه در نیمهٔ اول همین سال اعلام نزدیک به ۱۳ گیگاوات از پروژه‌های جدید را ثبت کرده است که این رقم نسبت به سال گذشته ۱۶۰ درصد رشد داشته است. جزئیات را در یافته‌های کنایت فرانک که توسط شین‌هوآ گزارش شده‌اند مشاهده کنید. هر یک از آن محوطه‌ها نیازمند ترانسفورماتورهایی است که در آن آب‌وهوای خاص رفتار کنند، نه در یک الگوی عمومی.

در اینجا است که چارچوب استانداردها ارزش خود را نشان می‌دهد. IEC 60076-2:2011 حداکثر افزایش دما برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در مایع و روش‌های آزمون حرارتی برای اثبات آن‌ها را تعریف می‌کند و ویرایش ۲۰۱۱ این استاندارد، حد افزایش دمای نقطهٔ داغ سیم‌پیچ را نیز به الزامات اضافه کرده است — عددی که در واقع سرعت از دست رفتن مقاومت مکانیکی عایق کاغذی را تعیین می‌کند. دامنهٔ کامل این استاندارد در صفحهٔ فروشگاه اینترنتی IEC برای IEC 60076-2 فهرست شده است. بخش دوم وظیفهٔ مناطق گرمسیری — یعنی رطوبت — هیچ بندی دربارهٔ افزایش دما ندارد.

 

محیط طراحی: هزینهٔ واقعی دمای ۳۵ درجهٔ سانتی‌گراد چقدر است

هر مشخصاتی برای مناطق گرمسیری باید دو عدد را شامل شود: حداکثر دمای محیط و میانگین ماهانه. اکثر پرسش‌هایی که ما دریافت می‌کنیم تنها عدد اول را ذکر می‌کنند. واحدی که تنها بر اساس حداکثر دمای ۳۵ درجهٔ سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده و میانگینی برای آن اعلام نشده است، سفارشی ناقص محسوب می‌شود، زیرا محاسبهٔ عملکرد در دمای بالا باید در مقابل میانگین دما بررسی شود.

همین‌جا است که استاندارد ترانسفورماتورهای خشک‌نوع بیش از آنچه اکثر خریداران تصور می‌کنند مفید شده است. IEC 60076-11:2018 بر ترانسفورماتورهای قدرت خشک‌نوع با بالاترین ولتاژ تجهیزات تا و شامل ۷۲٫۵ کیلوولت و حداقل یک سیم‌پیچ بالاتر از ۱٫۱ کیلوولت اعمال می‌شود و ویرایش دوم آن کلاس‌های آب‌وهوایی جدیدی را معرفی کرده و برای اولین بار رابطه‌ای صریح بین محل نصب و کلاس محیطی که ترانسفورماتور باید بر اساس آن طراحی شود، تعیین کرده است. محدودهٔ این استاندارد و تغییرات اعمال‌شده در صفحهٔ فروشگاه اینترنتی IEC برای IEC 60076-11 خلاصه شده‌اند. صفحهٔ فروشگاه اینترنتی IEC برای IEC 60076-11 به زبان ساده: این استاندارد اکنون می‌پرسد واحد به کجا می‌رود، نه اینکه اجازه دهد یک مشخصات عددی را از قاره‌ای دیگر کپی کند.

این مقایسه‌ای است که ما درونی‌اً هنگامی که خریدار هنوز بررسی سایت انجام نداده است استفاده می‌کنیم. این محدوده‌های طراحی شناور هستند، نه داده‌های اندازه‌گیری‌شده سایت، اما نشان می‌دهند که چرا سفارش منطقه گرمسیری را نمی‌توان از قالب منطقه معتدل قیمت‌گذاری کرد.

ورودی طراحی	منطقه معتدل (اروپای مرکزی)	منطقه بیابانی (خلیج فارس)	منطقه گرمسیری (جنوب شرق آسیا)
حداکثر دمای محیط	۳۵ درجه سانتی‌گراد	۴۸ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد	۳۴ تا ۳۶ درجه سانتی‌گراد
میانگین ماهانه دمای محیط	۲۰ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد	۳۰ تا ۳۵ درجهٔ سانتی‌گراد	۳۰ تا ۳۲ درجهٔ سانتی‌گراد
کاهش دمای شب	۱۰ تا ۱۵ کلوین	۱۲ تا ۱۸ کلوین	۳ تا ۵ کلوین
رطوبت نسبی	۶۰ تا ۷۵ درصد	۲۰ تا ۴۰ درصد	۸۰ تا ۹۵ درصد
تنش غالب	چرخه‌بندی بار	گرمایی و گرد‌و‌غبار	تقطیر و حرارتی
حالت شکست معمول	پیرشدن پیچش‌ها	عایق‌بندی و خنک‌کنندگی	رطوبت، خوردگی، تخلیه جزئی

هنگامی که برای یوهور، هوشی‌مین‌سیتی یا جاکارتا واحدی را نقل‌قول می‌کنیم، محاسبهٔ عملکرد حرارتی بر اساس میانگین ماهانهٔ محل انجام می‌شود و بستهٔ پوشش و گرم‌کن نیز همراه با آن قیمت‌گذاری می‌شود. خریدارانی که این مرحله را از قلم می‌اندازند، معمولاً شکاف را در اولین فصل باران‌های موسمی، نه در کارخانه، کشف می‌کنند.

 

تقطیر: حالت شکستی که هرگز در مشخصات ظاهر نمی‌شود

در گزارش شکست منطقه‌های گرمسیری بخوانید و ترتیب رویداد تقریباً همیشه یکسان است. هوای گرم و اشباع‌شده در طول روز در پوشش جای می‌گیرد. پس از غروب، سطوح فولادی و پیچش‌ها سریع‌تر از هوای اطراف خنک می‌شوند و رطوبت موجود در هوای اطراف روی سردترین سطح موجود به صورت قطره تقطیر می‌شود. آب روی جعبه‌های اتصال جمع می‌شود، در طول مسیرهای نشت حرکت می‌کند و در واحدهای روغنی که تنفس‌کنندهٔ آن‌ها از کار افتاده است، در نهایت به روغن می‌رسد.

علائم الکتریکی هفته‌ها بعد ظاهر می‌شوند. مقاومت عایق کاهش می‌یابد، فعالیت تخلیه جزئی آغاز می‌شود و دمای سیم‌پیچ بدون دلیل بار واضحی افزایش می‌یابد.

 

 

هر واحد گرمسیری که از کارخانه‌ی ما خارج می‌شود، به‌صورت استاندارد مجهز به بسته‌ی ضد شبنم است. هر واحد با گرم‌کن‌های فضایی و ترموستاتی که به یک منبع تغذیه‌ی کمکی جداگانه متصل شده است، عرضه می‌شود؛ بنابراین پوسته همواره در زمانی که ترانسفورماتور بی‌برق است، چند درجه بالاتر از دمای محیط نگه داشته می‌شود — که این دقیقاً زمانی است که آسیب در یک خط تغذیه‌ی آماده‌به‌کار مرکز داده یا یک واحد توزیع با بار فصلی رخ می‌دهد. جعبه‌های ترمینال درزبندی شده‌اند و هر کدام دارای heater ضد تقطیر (ضد اندود شدن) هستند. مقاومت عایق در طول آزمون‌های دوره‌ای در دقیقه‌ی اول و دقیقه‌ی دهم ثبت می‌شود، بنابراین شاخص قطبی‌سازی پیش از بسته‌بندی واحد در سوابق ثبت می‌گردد.

در واحدهای غوطه‌ور در روغن، تصمیمی که اهمیت بیشتری دارد، سیستم حفاظت روغن است. مخزنی کاملاً دربسته جلوی تماس روغن با هواى مرطوب را به‌طور کامل می‌گیرد؛ در مقابل، طراحی مخزن ذخیره‌کننده با تنفس‌کننده ژل سیلیکا متکی بر نگهداری منظم این تنفس‌کننده است. در مکان‌های گرمسیری که نیروی انسانی برای نگهداری محدود است، خریداران را معمولاً به سمت طراحی دربسته هدایت می‌کنیم، مگر اینکه حجم روغن واقعاً نیازمند مخزن ذخیره‌کننده باشد.

 

پوشش، درجه حفاظت IP و مواد در هوای مرطوب

رطوبت تضادی طراحی ایجاد می‌کند که در مشخصات مناطق معتدل هرگز پدیدار نمی‌شود. شما می‌خواهید پوششی دربرگیرنده باشد که از نفوذ هواى مرطوب جلوگیری کند، اما یک پوشش دربسته از نوع خشک، جریان هوا را که گرما را از پیچش‌ها دور می‌کند، محدود می‌سازد و مجبور می‌شود کاهش ظرفیت ترانسفورماتور به‌همین دلیل heater ضد تقطیر (ضد اندود شدن) و تهویه‌کننده فیلترشده معمولاً باید به‌صورت همزمان طراحی شوند، نه اینکه یکی پس از دیگری مشخص گردند.

این تضاد را به یکی از دو روش حل می‌کنیم. واحدهای کوچک‌تر پوششی با درجه حفاظت IP بالاتر، تهویه فیلترشده و مجموعه گرم‌کننده دریافت می‌کنند و این امر پذیرش افزایش جزئی کاهش ظرفیت ترانسفورماتور در رده‌بندی پیوسته. واحدهای بزرگ‌تر دارای تهویه مقاوم در برابر آب و هوا با توری حشره‌گیر، مسیرهای زهکشی مثبت، صفحات داخلی روی سیم‌پیچ‌ها و گرم‌کننده‌هایی با اندازه‌گیری مناسب برای حجم محفظه هستند؛ بنابراین جریان هوا حفظ می‌شود در حالی که آب ایستاده و حشرات از ورود به داخل جلوگیری می‌شوند.

خوردگی عامل دیگر شکست آهسته است. قاب‌های فولادی غوطه‌وری شده در روی گرم، پیچ‌و‌مهره‌های ضدزنگ و سیستم پوششی انتخاب‌شده بر اساس یک دسته‌بندی مشخص خوردگی، تأثیر بیشتری بر طول عمر خدمات در اقلیم بارانی مانند مونسون دارند تا لایه‌ای ضخیم‌تر از رنگ. اطلاع مفید: IEC 60076-11:2018 فهرست‌ها ISO 12944-6 در میان مراجع الزامی خود قرار دارد؛ بنابراین دسته‌بندی محافظت در برابر خوردگی از پیش بخشی از گفت‌وگوی مربوط به ترانسفورماتورهای خشک است و نه یک امکان اضافی.

انتخاب بین ترانسفورماتورهای خشک و روغنی در مناطق گرمسیری تغییر می‌کند. پیچش‌های رزینی مقاوم در برابر رطوبت هستند، در حالی که عایق کاغذی آشکار این ویژگی را ندارد؛ به همین دلیل ترانسفورماتورهای رزینی و وی‌پی‌آی در اتاق‌های سوئیچ داخلی سراسر جنوب شرق آسیا غالب هستند. در فضای باز، ترانسفورماتورهای روغنی با مخزن دربسته و پوششی که به‌درستی مشخص شده باشد، همچنان مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه برای توان‌های بالاتر از حدود ۵ مگاولت‌آمپر هستند.

 

شواهد آزمایشی و گواهی‌هایی که باید درخواست شوند

ا ترانسفورماتور برای اقلیم‌های گرمسیری نباید صرفاً بر اساس گواهی پذیرفته شوند. از اسناد پشت‌سر آن‌ها درخواست کنید:

• ثبت داده‌های آزمایش حرارتی، با فرض دمای محیطی که روی آن چاپ شده است
• مقادیر مقاومت عایقی و شاخص قطبی‌سازی که در آزمایش‌های معمولی اندازه‌گیری شده‌اند
• اندازه‌گیری ت discharge جزئی در ترانسفورماتورهای خشک
• میزان رطوبت روغن (بر حسب ppm) در ترانسفورماتورهای روغنی، قبل از پرکردن و پس از پردازش
• رده خوردگی‌ای که سیستم پوشش برای آن مشخص شده است

در زمان صدور گواهینامه، فهرست‌های آمریکای شمالی برای واحدهای خشک‌نوع در برابر استانداردهای UL ۱۵۶۱ یا UL ۱۵۶۲ و برای کانادا نیز در برابر الزامات مربوطه CSA بررسی می‌شوند. آزمایشگاه داخلی ما دارای اعتبارسنجی CNAS است و دو اتاق آزمایش با ولتاژهای ۳۵ کیلوولت و ۱۱۰ کیلوولت را به‌صورت همزمان اداره می‌کند؛ بنابراین آزمون‌های معمولی و آزمون‌های عملکردی تحت بار حرارتی درون‌سازمانی انجام و ثبت می‌شوند و حضور شاهدان مستقل از طرف سوم نیز پذیرفته می‌شود.

 

چگونه رایان الکتریک واحدهای مقاوم در برابر شرایط استوایی را می‌سازد

رایان الکتریک از سال ۲۰۰۷ میلادی ترانسفورماتورها را در مساحتی به وسعت ۱۲۰۰۰۰ مترمربع تولید کرده و اکنون به بیش از ۸۰ کشور در جنوب شرق آسیا، خاورمیانه، آفریقا و قارهٔ آمریکا صادر می‌کند. انجام پروژه‌های مراکز داده و شبکه‌های برق در بازارهایی با رطوبت بالا دلیل اصلی وجود بستهٔ استوایی به‌عنوان یک پیکربندی استاندارد (نه ویژه) است: سیم‌پیچ‌های رزینی ریخته‌گری‌شده یا سیم‌پیچ‌های تقویت‌شده با روش VPI، جعبه‌های اتصال درب‌دار و گرم‌شونده، گرم‌کننده‌های فضای داخلی و یک heater ضد تقطیر (ضد اندود شدن) مدار جداگانه روی منبع تغذیهٔ کمکی، سیستم تهویهٔ هوایی با توری ضدحشرات و دренه‌شدن مثبت، و سیستم پایانی که بر اساس دستهٔ خوردگی محیط نصب تعیین می‌شود.

از سال ۲۰۲۳ ما به‌عنوان شریک مشترک در اتحاد تجاری با اتون فعالیت می‌کنیم که خط تولید دیجیتال‌شده و مجموعهٔ دومی از کنترل‌های فرآیندی را به کارخانه وارد کرده‌است. برای خریداری که در آب‌وهوای مرطوب زندگی می‌کند، سود عملی این است که فاصلهٔ زمانی بین تعیین مشخصات و بازبینی طراحی کوتاه‌تر می‌شود، زیرا تصمیمات مربوط به پوشش محافظ، گرم‌کن و پایان‌کار توسط همان تیمی انجام می‌شود که سیم‌پیچ را می‌سازد.

اگر پروژهٔ شما در جایی قرار دارد که رطوبت نسبی در بیشتر ماه‌های سال بالای ۸۰ درصد باشد، پروفایل محیطی محل را برای ما ارسال کنید تا پیش از ارائهٔ ظرفیت کیلوولت‌آمپر (kVA)، محاسبات حرارتی و رطوبتی را انجام دهیم. میانگین ماهانه، حداکثر مقدار و اینکه آیا دستگاه در تمام طول سال روشن خواهد بود یا فقط در فصل خاصی را به ما اطلاع دهید. این سه پاسخ تأثیر بیشتری بر طراحی دارند تا خود عدد kVA.

چه شما در حال خرید یک ترانسفورماتور برای اقلیم‌های گرمسیری برای یک محوطهٔ مرکز داده، یک ایستگاه فرعی برق‌رسانی یا یک کارخانهٔ صنعتی، مهندسان کاربردی ما بررسی عملکرد گرمایی، پیشنهاد پوشش و گرم‌کننده و فهرست شواهد آزمون مورد نیاز پروژهٔ شما را ارائه می‌دهند. با تیم از طریق صفحهٔ تماس رایان الکتریک و با ارائهٔ داده‌های سایت خود، در ارتباط باشید.

 

دربارهٔ نویسنده. این مقاله توسط تیم مهندسی کاربردی رایان الکتریک (شرکت الکتریک جیانگسو رایان محدود) تهیه شده است که به پیمانداران EPC، شرکت‌های برق‌رسانی و توسعه‌دهندگان مراکز داده در زمینهٔ مشخصات ترانسفورماتور برای پروژه‌های با رطوبت بالا و دمای محیطی بالا در جنوب شرق آسیا، خاورمیانه و آفریقا کمک می‌کند. این تیم در زمینهٔ سیستم‌های عایق‌بندی، طراحی پوشش و آزمون‌های کارخانه‌ای برای شرایط گرمسیری و بیابانی فعالیت دارد.