หม้อแปลงแบบปิดสนิทเทียบกับหม้อแปลงแบบใช้ถังเก็บน้ำมัน: การเลือกระบบการรักษาคุณภาพน้ำมันที่เหมาะสม

ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของหน่วยงานสาธารณูปโภคในพื้นที่ชายฝั่งประเทศฟิลิปปินส์ส่งอีเมลมาหาเราพร้อมภาพถ่ายตัวระบายอากาศของหม้อแปลงเมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมา สารซิลิกาเจลภายในเปลี่ยนเป็นสีชมพู — หมดอายุการใช้งานแล้ว — และทีมงานของเขาได้เปลี่ยนมันไปแล้วสองครั้งในไตรมาสนั้น ความชื้นสัมพัทธ์ที่สถานีไฟฟ้าย่อยแห่งนั้นมีค่าสูงกว่าร้อยละ 80 เป็นส่วนใหญ่ตลอดทั้งปี และทุกครั้งที่หม้อแปลง "หายใจเข้า" จะดึงความชื้นเข้าสู่ถังขยายโดยตรง คำถามของเขาคือคำถามที่เราได้ยินจากผู้ซื้อในเขตภูมิอากาศชื้นทั่วโลก: "เหตุใดเราจึงจำเป็นต้องมีท่อและตัวระบายอากาศนี้ด้วย? คุณจะสร้างหม้อแปลงที่ไม่ต้องหายใจได้หรือไม่?"

คำตอบสั้นคือ ใช่ — หน่วยนั้นเรียกว่า หม้อแปลงที่ปิดผนึกอย่างสนิท . การตัดสินใจระหว่างหน่วยนี้กับหม้อแปลงแบบทั่วไป หม้อแปลงแบบควบคุมอุณหภูมิ เป็น การรักษาความสมบูรณ์ของน้ำมันหม้อแปลง เป็นการตัดสินใจด้านวิศวกรรม ไม่ใช่การตัดสินใจด้านราคา หากเลือกผิด คุณอาจต้องจ่ายค่าบำรุงรักษาตัวระบายอากาศที่ไม่ได้วางแผนไว้ หรือสูญเสียระบบป้องกันแบบแก๊สเรเลย์ซึ่งคุณเชื่อว่ามีอยู่แล้ว นี่คือความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างการออกแบบทั้งสองแบบ และวิธีการเลือกให้เหมาะสม

 

เหตุใดการรักษาความสมบูรณ์ของน้ำมันหม้อแปลงจึงกำหนดอายุการใช้งาน

น้ำมันใน หม้อแปลงจุ่มน้ำมัน ทำหน้าที่สองประการ คือ การเป็นฉนวนไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อน แต่ยังนำความชื้นและออกซิเจนไปยังบริเวณที่ก่อให้เกิดความเสียหายอีกด้วย น้ำประมาณร้อยละ 99 ภายในหม้อแปลงอยู่ในกระดาษเซลลูโลสที่หุ้มขดลวด ไม่ใช่อยู่ในน้ำมัน จึงเป็นเหตุผลที่ตัวอย่างน้ำมันที่ดูแห้งอาจแฝงระบบฉนวนที่มีความชื้นสูงไว้ ความชื้นและออกซิเจนเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของกระดาษ เพิ่มความเสี่ยงของการปล่อยประจุบางส่วน และทำให้เส้นโค้งอายุการใช้งานสั้นลง ซึ่งตัวเลขการสูญเสียที่ปรากฏในรายงานผลการทดสอบของคุณเคยรับรองไว้

ความร้อนทำให้ปัญหานั้นเป็นเชิงกล น้ำมันแร่จะขยายตัวประมาณร้อยละ 4 เมื่อหม้อแปลงเปลี่ยนจากภาวะเย็นที่อุณหภูมิ 20 °C ขณะหยุดทำงาน ไปเป็นอุณหภูมิน้ำมันส่วนบนที่ 75 °C ขณะโหลดเต็ม และจะหดตัวอีกครั้งในแต่ละคืน ถังที่แข็งแรงและปิดสนิทอย่างสมบูรณ์ไม่สามารถเพิกเฉยต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาตรนี้ได้ การออกแบบจึงต้องเลือกอย่างใดอย่างหนึ่ง คือ จัดให้มีพื้นที่สำหรับน้ำมันที่ขยายตัวออกไป — เช่น ถังเก็บน้ำมันสำรอง (conservator) — หรือดูดซับวงจรของแรงดันและสุญญากาศภายในถังที่ปิดสนิท ทางเลือกเชิงกลเพียงข้อเดียวนี้กำหนดเรื่องการบำรุงรักษาทั้งหมดของอุปกรณ์นี้ตลอดระยะเวลา 25 ปีข้างหน้า

ด้านการบำรุงรักษาได้ระบุไว้ใน คู่มือการติดตั้งและการบำรุงรักษา IEEE C57.93-2019 ซึ่งครอบคลุมการบริการวาล์วหายใจ (breather) การตรวจสอบระบบถนอมน้ำมัน (oil preservation) และการควบคุมความชื้นสำหรับหม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมัน ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับถังและอุปกรณ์เสริมอยู่ใน IEEE C57.12.00-2021 มาตรฐานที่ข้อกำหนดทางเทคนิคของท่านจะอ้างอิงอยู่แล้วทั้งสิ้น ทั้งสองฉบับนี้ควรเปิดอ่านควบคู่กันขณะเขียนเอกสารขอเสนอราคา (RFQ)

 

การออกแบบหม้อแปลงแบบมีถังเก็บน้ำมันสำรอง: การหายใจตามหลักการออกแบบ

เอ หม้อแปลงแบบควบคุมอุณหภูมิ มีถังขยายทรงกระบอกขนาดเล็กติดตั้งอยู่เหนือถังหลัก และเชื่อมต่อกับถังหลักด้วยท่อ เมื่อน้ำมันในถังหลักขยายตัวขณะรับโหลด จะไหลขึ้นสู่ถังเก็บสำรอง (conservator) และอากาศเหนือผิวน้ำมันจะถูกดันออกผ่านตัวระบายอากาศ (breather) ที่บรรจุซิลิกาเจล ซึ่งทำหน้าที่ดูดความชื้นออกจากอากาศที่ไหลเข้ามาในรอบถัดไป ปริมาตรของถังเก็บสำรองมักออกแบบให้มีขนาดเท่ากับร้อยละ ๘–๑๐ ของปริมาตรน้ำมันในถังหลัก ซึ่งเพียงพอต่อการรองรับช่วงการขยายตัวของน้ำมันตั้งแต่สถานะปิดเครื่องในฤดูหนาวที่อุณหภูมิต่ำสุด จนถึงอุณหภูมิสูงสุดของน้ำมันที่ผิวบนสุดขณะทำงานเต็มโหลด

การจัดวางแบบนี้มีความเหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ระดับสถานีไฟฟ้าย่อยด้วยเหตุผลสามประการ ประการแรก ช่วยให้สามารถติดตั้งรีเลย์ตรวจจับก๊าซบุคโฮลซ์ได้: รีเลย์จะติดตั้งอยู่ในท่อระหว่างถังหลักกับถังเก็บน้ำมัน (conservator) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ก๊าซที่เกิดจากข้อบกพร่องจะสะสมอยู่ จึงเป็นเหตุผลที่หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังส่วนใหญ่ที่มีระบบป้องกันด้วยก๊าซจะใช้แบบถังเก็บน้ำมันเป็นหลัก ประการที่สอง ระดับน้ำมันมองเห็นได้ชัดเจน และการเติมน้ำมันทำได้ง่าย — คุณสามารถเติมน้ำมันเข้าไปที่ถังเก็บน้ำมันโดยไม่จำเป็นต้องเปิดฝาถังหลัก ประการที่สาม ความดันภายในถังจะคงที่และอยู่ในระดับต่ำ ซึ่งส่งผลดีต่อซีลยาง ตัววัดระดับน้ำมัน และซีลฝาปิด

ราคาของสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านั้นคืออินเทอร์เฟซแบบระบายอากาศ ซึ่งต้องมีผู้ดูแลรักษาอย่างสม่ำเสมอ ตัวดูดความชื้นจากซิลิกาเจลจะอิ่มตัวตามระยะเวลา — การเปลี่ยนสีจากน้ำเงินเป็นชมพูคือสัญญาณบ่งชี้ — และในพื้นที่ชายฝั่งหรือเขตร้อนที่มีความชื้นสูง อาจหมายถึงการเปลี่ยนตลับกรองทุกสามเดือน ไม่ใช่ทุกหนึ่งปี ถ้วยซีลน้ำมันที่อยู่ใต้ตัวระบายอากาศต้องคงระดับน้ำมันให้เต็มอยู่เสมอ มิฉะนั้น ตัวระบายอากาศจะหยุดทำหน้าที่ดูดความชื้นออกจากอากาศ และเริ่มทำหน้าที่เป็นช่องระบายอากาศแบบเปิด สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังขนาดใหญ่ ถังเก็บน้ำมัน (conservator) มักจัดส่งแยกต่างหากพร้อมแผ่นปิดชั่วคราว ซึ่งเพิ่มขั้นตอนการต่อเชื่อมในสนามระหว่างการติดตั้ง

 

สิ่งที่หม้อแปลงแบบปิดสนิท (Hermetically Sealed Transformer) ทำแตกต่างออกไป

เอ หม้อแปลงที่ปิดผนึกอย่างสนิท ไม่มีตัวควบคุมความชื้นและไม่มีวาล์วระบายอากาศ ถังถูกออกแบบให้สามารถรับการขยายตัวของน้ำมันทั้งหมดภายในตัวเองได้ด้วยหนึ่งในสามวิธี ได้แก่ (1) ช่องว่างของก๊าซที่สามารถบีบอัดได้เหนือระดับน้ำมัน (แบบถังปิดผนึกหรือแบบก๊าซคั่น), (2) แผ่นไดอะแฟรมยืดหยุ่นหรือเยื่อยางที่แยกส่วนน้ำมันออกจากส่วนก๊าซ หรือ (3) ความยืดหยุ่นของผนังถังที่ออกแบบไว้เป็นพิเศษในโครงสร้างโดยรวม เนื่องจากอุปกรณ์ไม่ทำการแลกเปลี่ยนอากาศกับภายนอกเลย ทำให้อากาศจากภายนอก — และความชื้นที่มากับอากาศนั้น — ไม่สามารถเข้าไปภายในได้เลย จึงไม่จำเป็นต้องใช้ซิลิกาเจล ไม่จำเป็นต้องใช้ซีลน้ำมัน และไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาวาล์วระบายอากาศอีกต่อไป

นี่คือเหตุผลที่การออกแบบแบบปิดผนึกมีบทบาทหลัก หม้อแปลงไฟฟ้าติดตั้งบนฐาน และหน่วยจ่ายไฟขนาดเล็กกว่าในทวีปอเมริกาเหนือ ซึ่งหน่วยแบบถังปิดที่ผ่านการรับรองโดย UL และ CSA เป็นมาตรฐานทั่วไป และทีมบำรุงรักษาอาจเข้าตรวจสอบหน่วยแต่ละครั้งเพียงปีละหนึ่งครั้งเท่านั้น หน่วยแบบถังปิดยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานที่ห่างไกล สถานที่ติดตั้งในเขตทะเลทรายและบริเวณชายฝั่ง รวมถึงโครงการใดๆ ก็ตามที่ไม่สามารถพึ่งพาทีมงานในท้องถิ่นให้เปลี่ยนไส้กรองอากาศตามกำหนดได้ หน่วยแบบถังปิดมักผลิตมาเพื่อการเติมน้ำมันภายใต้สุญญากาศแบบเต็มรูปแบบ ซึ่งช่วยกำจัดความชื้นที่เหลืออยู่ออกก่อนออกจากโรงงาน และส่วนผสมสารยับยั้งการเสื่อมสภาพในน้ำมันจะคงประสิทธิภาพได้นานขึ้น เนื่องจากกระบวนการออกซิเดชันขาดออกซิเจนบริสุทธิ์จากภายนอก

การตัดสินใจเลือกมีความสำคัญ ถ้าไม่มีถังเก็บน้ำมันสำรอง (conservator) จะไม่สามารถติดตั้งรีเลย์แก๊สแบบบุชโฮลซ์แบบดั้งเดิมได้ เนื่องจากไม่มีพื้นที่ให้แก๊สสะสม ดังนั้นการออกแบบแบบปิดสนิทจึงพึ่งพาอุปกรณ์ปล่อยแรงดันส่วนเกินเป็นหลัก และอาจใช้รีเลย์ตรวจจับการเพิ่มขึ้นของแรงดันอย่างรวดเร็ว หรือระบบตรวจสอบโดยอาศัยการวิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊สในน้ำมัน (DGA) แทน การสุ่มตัวอย่างน้ำมันและการเติมน้ำมันต้องทำด้วยความระมัดระวังมากขึ้น เพราะผู้ปฏิบัติงานต้องทำงานฝ่าแรงดันภายใน แทนที่จะทำงานภายใต้สภาวะถังเปิดตามปกติ นอกจากนี้ ตัวถังเองยังต้องรับภาระแรงดันและสุญญากาศจริง รอยเชื่อมฝาครอบ ซีลยาง และข้อต่อต่าง ๆ ต้องสามารถรับแรงดันตามแบบแปลนได้ตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ จึงเป็นเหตุผลที่การผลิตถังแบบปิดสนิทต้องใช้เทคนิคการเชื่อมที่แม่นยำและต้องผ่านการทดสอบแรงดันอย่างเป็นทางการก่อนทาสี

 

เปรียบเทียบถังเก็บน้ำมันสำรอง กับถังแบบปิดสนิท: วางข้างกันเพื่อเปรียบเทียบ

จุดเปรียบเทียบ	หม้อแปลงแบบควบคุมอุณหภูมิ	หม้อแปลงที่ปิดผนึกอย่างสนิท
การจัดการการขยายตัวของน้ำมัน	ถังขยายตัวภายนอกที่ตั้งอยู่เหนือถังหลัก	เบาะอากาศภายใน แผ่นกั้นแบบไดอะแฟรม หรือเปลือกถังยืดหยุ่น
การหายใจเข้า-ออก / การรั่วซึมของความชื้น	หายใจผ่านตัวกรองเจลซิลิกา ซึ่งมีความเสี่ยงต่อการรั่วซึมของความชื้นหากไม่ดูแลรักษาตัวกรองอย่างสม่ำเสมอ	ไม่หายใจเข้า-ออกเลย จึงมีโอกาสเกิดการรั่วซึมของความชื้นน้อยที่สุด
รีเลย์แก๊ส (Buchholz)	สามารถติดตั้งได้ — เป็นมาตรฐานสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง	ไม่ติดตั้งในรูปแบบคลาสสิก ใช้รีเลย์ปล่อยแรงดันและรีเลย์ RPR แทน
การบํารุงรักษาประจํา	ตรวจสอบและเปลี่ยนเจลซิลิกา รวมทั้งตรวจสอบระดับน้ำมัน	ตรวจสอบแรงดันและมาตรวัดแรงดัน ไม่มีสารดูดความชื้นที่ต้องเปลี่ยน
เติมน้ำมันเพิ่มหรือเก็บตัวอย่างน้ำมัน	ง่าย ผ่านถังเก็บน้ำมันสำรอง (conservator)	ทำได้ แต่ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนการจัดการแรงดัน
การใช้งานทั่วไป	สถานีไฟฟ้าย่อยเพื่อการใช้งานทั่วไป หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง หน่วยควบคุมแรงดันแบบปรับขณะจ่ายไฟ (OLTC) โครงการตามมาตรฐาน IEC และภูมิภาคตะวันออกกลาง/เอเชียตะวันออกเฉียงใต้	หน่วยติดตั้งบนฐานคอนกรีตและหน่วยจ่ายไฟฟ้าแบบกระจาย ใช้ในอเมริกาเหนือ (ตามมาตรฐาน UL/CSA) รวมทั้งสถานที่ห่างไกลและสถานที่ที่มีความชื้นสูง
การขนส่งและพื้นที่วาง	สูงกว่า; ถังเก็บน้ำมันแบบคอนเซอร์เวเตอร์อาจจัดส่งแยกต่างหากสำหรับหน่วยขนาดใหญ่	ขนาดกะทัดรัด ความสูงต่ำกว่า มีเปลือกหุ้มแบบปิดผนึกเดี่ยว
ปัจจัยกำหนดต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน	ค่าแรงและวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการบำรุงรักษา	คุณภาพของถังและรอยเชื่อมในขั้นตอนการผลิต

ทั้งสองแบบล้วนเป็นทางเลือกที่เหมาะสม และปรากฏอยู่ในแคตตาล็อกของผู้ผลิตทุกรายที่น่าเชื่อถือ หม้อแปลงจุ่มน้ำมัน โรงงานผลิตทั้งหมด คำถามคือ แบบใดสอดคล้องกับสถานที่ติดตั้ง ทีมงานของคุณ และแนวทางการป้องกันที่คุณยึดถือ

 

 

การเลือกระบบการรักษาความสมบูรณ์ของน้ำมันที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณ

เริ่มต้นด้วยมาตรฐานปลายทางและระบบการป้องกัน เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จะตัดตัวเลือกออกได้รวดเร็วกว่าความชอบส่วนตัวใดๆ ตัวแปลงไฟฟ้าแบบติดตั้งบนฐาน (pad mounted transformer) ที่ระบุตามมาตรฐาน IEEE C57.12.20 หรือ C57.12.22 สำหรับตลาดสหรัฐอเมริกาหรือแคนาดา จะใช้แบบถังปิดผนึกแน่นอน และได้รับการรับรองจาก UL หรือ CSA — หากคุณระบุให้ใช้ถังเก็บน้ำมันแบบคอนเซอร์เวเตอร์ในกรณีนี้ คุณจะต้องจ่ายเพิ่มสำหรับการผลิตพิเศษนอกมาตรฐาน ตัวแปลงไฟฟ้าสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยขนาด 15 MVA ที่มีระบบป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลและบุคโฮลซ์ จะใช้แบบคอนเซอร์เวเตอร์โดยทั่วไป การบังคับให้ใช้แบบถังปิดผนึกจะหมายถึงการปรับเปลี่ยนแนวคิดด้านระบบป้องกันทั้งหมด ระหว่างสองขั้วข้างต้น ให้พิจารณาคำถามสี่ข้อต่อไปนี้:

• สภาพภูมิอากาศและความชื้น สถานที่ริมชายฝั่ง แบบเขตร้อน หรือพื้นที่ที่มีฝุ่นทะเลทราย ซึ่งการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษาเป็นไปได้ยาก จะส่งผลให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อ หม้อแปลงที่ปิดผนึกอย่างสนิท .
• ศักยภาพของทีมงาน หากการตรวจสอบซิลิกาเจลจะไม่ดำเนินการจริงตามแผน การออกแบบที่ไม่จำเป็นต้องใช้การตรวจสอบดังกล่าวจึงปลอดภัยกว่าการวางตารางการบำรุงรักษาที่ไม่สามารถปฏิบัติตามได้จริง
• ปรัชญาการเฝ้าติดตาม หากโครงการวางแผนใช้การวิเคราะห์ก๊าซในน้ำมัน (DGA) และการเฝ้าติดตามแบบออนไลน์ ถังชนิดปิดผนึกจะให้ผลการทำงานที่ดี; แต่หากระบบป้องกันที่ออกแบบไว้คาดการณ์ว่าจะใช้รีเลย์บุคโฮลซ์ (Buchholz relay) ควรเลือก หม้อแปลงแบบควบคุมอุณหภูมิ .
• การมาตรฐานฝูงยาน หน่วยงานสาธารณูปโภคที่กำหนดให้ใช้ถังชนิดเดียวกันกับอุปกรณ์จำนวนหลายร้อยหน่วย จะให้คุณค่ากับความสม่ำเสมอเหนือการปรับแต่งให้เหมาะสมกับแต่ละสถานที่เพียงแห่งเดียว

ไรอัน อิเล็กทริก ผลิตทั้งสองรูปแบบในโรงงานเดียวกันซึ่งมีพื้นที่ 120,000 ตารางเมตร ภายใต้ความร่วมมือกับอีตันซึ่งเริ่มต้นในปี ค.ศ. 2023 โดยมีใบรับรองจาก UL, CSA, IEEE, DEKRA และ CNAS อยู่ในพอร์ตโฟลิโอ สิ่งที่เราแจ้งผู้ซื้อคือสิ่งเดียวกับที่วิศวกรของเราบอกกันเอง นั่นคือ ระบบการรักษาคุณภาพน้ำมันถูกกำหนดโดยสถานที่ติดตั้งและมาตรการป้องกัน ไม่ใช่โดยข้อมูลในแผ่นข้อมูลการขาย โปรดส่งข้อมูลเกี่ยวกับระดับแรงดันไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า (kVA) สภาพภูมิอากาศ และแผนการบำรุงรักษาให้เรา — ชนิดของถังจะถูกแนะนำตามข้อมูลทั้งสี่รายการนี้ และเราจะบันทึกเหตุผลประกอบไว้ในเอกสารข้อเสนอทางเทคนิค

 

สอบถามเราเสียก่อน แล้วค่อยสรุปข้อกำหนดของถัง

ต้นทุนในการเปลี่ยนชนิดของถังหลังจากแบบแปลนได้รับการอนุมัติแล้วนั้นสูงกว่าต้นทุนของการถามคำถามเพียงหนึ่งข้อในช่วงต้นอย่างมาก หากคุณกำลังระบุข้อกำหนดสำหรับหม้อแปลงประเภท หม้อแปลงจุ่มน้ำมัน — หม้อแปลงจ่ายไฟหรือหม้อแปลงกำลัง สำหรับตลาดใด ๆ ก็ตาม — โปรดส่งเงื่อนไขการใช้งานและสภาพสถานที่ติดตั้งให้เราผ่านช่องทางของเรา หน้าติดต่อ และเราจะกลับมาพร้อมกับคำแนะนำเกี่ยวกับประเภทถัง แผนการบำรุงรักษาสำหรับห้าปีแรก และกำหนดเวลาจัดส่งที่เป็นจริง ทางเลือกที่เหมาะสม การรักษาความสมบูรณ์ของน้ำมันหม้อแปลง คือการสนทนาเพียงหนึ่งหน้า ซึ่งช่วยประหยัดเวลาหลายปีจากการเปลี่ยนไส้กรองอากาศ หรือหลายปีของการเสียดายที่ไม่มีรีเลย์แก๊ส

เกี่ยวกับผู้เขียน คู่มือนี้จัดทำโดยทีมวิศวกรรมและการส่งออกของ Ryan Electric ผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าที่ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 2007 ที่มณฑลเจียงซู ประเทศจีน และเป็นพันธมิตรร่วมทุนกับ Eaton ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2023 ทีมนี้ให้การสนับสนุนผู้ซื้อจากภาคสาธารณูปโภค บริษัท EPC และภาคอุตสาหกรรมทั่วอเมริกาเหนือ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ตะวันออกกลาง และแอฟริกา ด้วยบริการวิศวกรรมการประยุกต์ใช้งาน การสนับสนุนด้านการรับรองมาตรฐาน และเอกสารการทดสอบที่โรงงาน