حداکثر سطح روغن در مخزن روغن ترانسفورماتور نصب شده روی تیرک چقدر است؟

اگر تا به حال در یک خیابان مسکونی قدم زده اید و به جعبه نقره ای یا سبزی که روی یک تیر چوبی نصب شده است نگاه کرده اید، این یک ترانسفورماتور است که روی میله نصب شده است - یک اسب کاری آرام که چراغ ها را روشن نگه می دارد، وسایل برقی را روشن می کند و محله ها را به هم متصل می کند. به عنوان فردی که دهه گذشته را صرف طراحی، ساخت و تامین قطعات اصلی این ترانسفورماتورها، مخزن روغن ترانسفورماتور روی قطب کرده‌ام، صدها سوال از تکنسین‌های تاسیسات برق، تیم‌های تعمیر و نگهداری و حتی مهندسان دیگر مطرح کرده‌ام: "به هر حال حداکثر سطح روغن در آن مخزن چقدر است؟" این یک سوال ساده به نظر می رسد، اما پاسخ فقط یک عدد نوشته شده در برگه مشخصات نیست، بلکه تعادلی از علم مهندسی، موارد استفاده در دنیای واقعی و سال ها درس های روی زمین است که یک ترانسفورماتور ایمن و طولانی مدت را از ترانسفورماتوری که مستعد گرم شدن بیش از حد، نشت یا خرابی است جدا می کند. بیایید این را تجزیه کنیم، از جمله اینکه چرا حداکثر سطح مناسب روغن بسیار مهم است، چگونه محاسبه می شود، و تامین کنندگانی مانند ما (و افرادی که مخازن ما را می خرند) باید بدانند.

ابتدا، اجازه دهید این موضوع را به این دلیل بپردازیم که چرا ترانسفورماتورهای پایه دار در وهله اول از روغن استفاده می کنند. برخلاف ترانسفورماتورهای نوع خشک که از هوا برای خنک کردن سیم پیچ ها استفاده می کنند، مدل های پایه دار برای دو کار غیرقابل مذاکره: عایق کاری و انتقال حرارت، کاملاً به روغن معدنی (یا گاهی اوقات روغن مبتنی بر استر برای مناطق حساس به محیط زیست) متکی هستند. روغن اطراف سیم‌پیچ‌های مسی و آلومینیومی را احاطه می‌کند و به عنوان مانعی بین قطعات الکتریکی فعال و مخزن ترانسفورماتور متصل شده عمل می‌کند و از ایجاد قوس یا اتصال کوتاه که می‌تواند باعث قطع برق یا آتش‌سوزی شود، جلوگیری می‌کند. همانطور که ترانسفورماتور کار می کند، این سیم پیچ ها گرمای زیادی را تولید می کنند، به خصوص در ماه های اوج تابستان که واحدهای AC در حال چرخش هستند. روغن آن گرما را جذب می‌کند، به بالای مخزن می‌رود و از طریق پره‌های خنک‌کننده خارجی (یا رادیاتور، برای واحدهای بزرگ‌تر) جریان می‌یابد، جایی که قبل از فرورفتن در یک حلقه پیوسته، خنک می‌شود. اگر روغن کافی وجود نداشته باشد، این گرما نمی تواند از بین برود و منجر به گرم شدن بیش از حد می شود که در طول زمان روغن را تحلیل می برد و در نهایت به سیم پیچ ها آسیب می رساند. با این حال، اگر روغن بیش از حد وجود داشته باشد، این یک مجموعه جداگانه از مشکلات است. اینجاست که حداکثر سطح روغن به دست می آید.

حالا، می‌دانم ممکن است برخی از شما به چه فکر کنید: "روغن وقتی گرم می‌شود، منبسط می‌شود، درست است؟ پس چرا آن را تا بالا پر نکنید تا عایق را به حداکثر برسانید؟" این یک تصور اشتباه رایج است و دقیقاً به همین دلیل است که حداکثر سطح روغن یک مشخصات کاملاً کنترل شده است، نه یک حدس. روغن معدنی تقریباً 0.0007 سانتی‌متر مکعب بر سانتی‌متر مکعب در هر درجه سانتی‌گراد منبسط می‌شود، به این معنی که یک مخزن 100 لیتری روغن به ازای هر 1 درجه سانتی‌گراد افزایش دما، 0.07 لیتر (70 میلی‌لیتر) منبسط می‌شود. در یک بعد از ظهر تابستانی با دمای 90 درجه فارنهایت (32 درجه سانتیگراد)، زمانی که سیم پیچ ترانسفورماتور می تواند 150 درجه فارنهایت (66 درجه سانتیگراد) بالاتر از دمای محیط باشد، این مقدار زیادی انبساط است. اگر وقتی سرد است مخزن را تا بالا پر کنید (مثلاً 60 درجه فارنهایت / 15 درجه سانتیگراد)، زمانی که ترانسفورماتور در یک روز گرم با بار کامل کار می کند، روغن آنقدر منبسط می شود که جایی برای بیرون رفتن ندارد، مگر از طریق دریچه فشار فشار مخزن، یک دریچه کوچک یا حتی یک درزگیر. این "نشت نفت" نامیده می شود و این فقط یک مزاحم نیست: روغن از دست رفته به معنای عایق کمتر و خنک کننده کمتر است و می تواند پسماندهای چسبنده و قابل اشتعال روی قطب، درختان مجاور یا پیاده روها باقی بگذارد. حتی بدتر از آن، اگر فشار به اندازه کافی افزایش یابد، می تواند مخزن را ترک کند یا آب بندی را پاره کند و منجر به نشت کامل نفت شود که خطر آتش سوزی است و نیاز به تمیز کردن پرهزینه دارد.

بنابراین حداکثر سطح واقعی روغن چقدر است و چه کسی آن را تنظیم می کند؟ بیایید با استانداردهای صنعت شروع کنیم، زیرا این چیزی نیست که ما به عنوان تامین کننده آن را ایجاد کنیم. دو استاندارد رایج ترین مرجع برای ترانسفورماتورهای قطبی در آمریکای شمالی از موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) و انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) هستند. IEEE C57.12.00 که الزامات کلی برای توزیع، قدرت و ترانسفورماتورهای تنظیمی غوطه‌ور در مایع را پوشش می‌دهد، مشخص می‌کند که سطح روغن باید یک "فضای هوای آزاد" در بالای مخزن بگذارد تا انبساط حرارتی را در خود جای دهد. استاندارد NEMA برای ترانسفورماتورهای توزیع (ANSI C57.12.20) این مقدار را به طور خاص برای واحدهای پایه دار کاهش می دهد، و لازم است که حداکثر سطح روغن سرد حداقل 25 میلی متر (حدود 1 اینچ) زیر بالای پوسته مخزن باشد، و برای مخازن با محافظ (آنهایی که دارای حداکثر سطح روغن قابل انعطاف هستند برای مثانه های عملیاتی فوق العاده قابل انعطاف هستند). حتی برای جلوگیری از تحت فشار قرار دادن بیش از حد محافظ، کالیبره شده است.

صبر کنید، "محافظان" - این یک نکته کلیدی دیگر است. همه مخازن ترانسفورماتور روی قطب یکسان نیستند و حداکثر سطح روغن آنها به شدت به مخزن "جلو مرده" ساده یا سیستم محافظ بستگی دارد. مخازن روغن پایه پایه برای ترانسفورماتورهای تک فاز کوچک (مثلا که در اکثر تیرهای مسکونی می بینید) معمولاً در قسمت جلو هستند: یک پوسته فولادی مهر و موم شده با یک دریچه تخلیه در پایین و یک دریچه تنفس در بالا، به علاوه یک سطح سنج (معمولاً یک شیشه دید در کناره) تا تکنسین ها بتوانند سطوح را بررسی کنند. برای این مخازن، حداکثر سطح روغن، که در سردترین دمای محیطی که واحد برای کار در آن طراحی شده است (معمولاً -40 درجه فارنهایت تا 120 درجه فارنهایت، بسته به منطقه)، اندازه‌گیری می‌شود، معمولاً 85 تا 90 درصد کل حجم داخلی مخزن است. بیایید آن را در چشم انداز قرار دهیم: یک مخزن ترانسفورماتور تک فاز 50 کیلوولت آمپر، که متداول ترین اندازه برای محله های مسکونی ایالات متحده است، دارای ظرفیت کلی نفت حدود 120 لیتر (31.7 گالن) است. 90 درصد آن 108 لیتر است، بنابراین شما 12 لیتر (3.2 گالن) فضای خالی را برای انبساط باقی می گذارید. این برای کنترل حداکثر افزایش دما بدون نشت، حتی در گرم ترین روزهای تابستان کافی است.

برای ترانسفورماتورهای سه فاز بزرگ تر (که برای ساختمان های تجاری کوچک یا مجتمع های مسکونی چند واحدی استفاده می شود)، بسیاری از تامین کنندگان مخازن با محافظ را انتخاب می کنند که به گونه ای طراحی شده اند که با دمای روغن منبسط و منقبض شوند بدون اینکه هوا وارد شود (هوا باعث می شود روغن به مرور زمان در اثر اکسیداسیون تجزیه شود). برای این مخازن، حداکثر سطح روغن بر اساس ظرفیت محافظ تنظیم می شود: روغن بین حداقل و حداکثر علامت روی شیشه دید محافظ نگه داشته می شود، با حداکثر علامت مربوط به بالاترین انبساط مورد انتظار در بار کامل. به همین دلیل است که وقتی مخزن روغن ترانسفورماتور روی قطب را طراحی می کنیم، خواه تک فاز، سه فاز یا برای آب و هوای سرد در مقابل گرم، حداکثر سطح روغن را هم با حجم مخزن و هم با شرایط عملیاتی تنظیم می کنیم - چیزی که برای همه یک اندازه نیست. اگر در حال خرید مخزن روغن ترانسفورماتور تک‌فاز با قطب هستید (لینک اینجا: /transformer-oil-tank/pole-mounted-transformer-oil-tank/single-pole-mounted-transformer-oil.html)، متوجه خواهید شد که برگه مشخصات ما به وضوح با توجه به سطح دمای دم محیط، حداکثر دمای روغن را فهرست می کند. جنوب شرقی ایالات متحده، جایی که دمای تابستان به طور مداوم بالا است.

حال، چرا این موضوع برای تامین کنندگانی مانند من و تیم های تاسیساتی که مخازن ما را می خرند مهم است؟ من دو اشتباه رایج را دیده ام که منجر به خرابی ترانسفورماتور می شود، هر دو به سطح روغن مرتبط هستند. اولین مورد کم پر شدن است: اگر یک ترانسفورماتور در زمستان نصب شود، زمانی که روغن خنک است، ممکن است تکنسین ها وسوسه شوند که فقط به اندازه ای روغن اضافه کنند که به نقطه میانی روی شیشه دید برسد، با این فرض که در تابستان منبسط می شود. اما اگر از دمای سرد نامناسبی برای محاسبه سطح استفاده کنند، روغن بسیار کمی باقی می‌گذارند که منجر به گرم شدن بیش از حد در سال اول می‌شود. چند سال پیش، یک مشتری خدمات شهری در شمال ایالت نیویورک ۱۲ ترانسفورماتور را پیش از موعد از کار می‌اندازد، زیرا نصاب‌های آن‌ها مخازن را کم پر می‌کردند، و فکر می‌کردند که سرمای زمستان به این معنی است که می‌توانند در مصرف نفت صرفه‌جویی کنند، اوج گرمای تابستانی منطقه ۹۵ درجه فارنهایت بود که منجر به گرمای کافی برای پختن سیم‌پیچ‌ها می‌شد. اشتباه دوم پر کردن بیش از حد است که قبلاً به آن اشاره کردم. یکی از همکاران در تامین کننده دیگری به من درباره موردی گفت که در آن یک تیم در ماه دسامبر، زمانی که دمای محیط 50 درجه فارنهایت بود، دسته ای از مخازن را برای نصب در فلوریدا پر کردند تا بالای شیشه دید. در ماه جولای، زمانی که دمای هوا در قطب به 100 درجه فارنهایت رسید، روغن به قدری منبسط شد که از طریق هواکش به بیرون نفوذ کرد و ترانسفورماتورها پر نشدند و نیاز به تعویض اضطراری داشتند. اگر تکنسین ها از حداکثر سطح دقیق روغن که بر اساس حجم مخزن، نوع روغن و آب و هوای محلی است، استفاده می کردند، می شد از این اشتباهات جلوگیری کرد.

عامل دیگری که اغلب نادیده گرفته می شود: نوع روغن. همه روغن ترانسفورماتور یکسان نیست. برای آب و هوای سرد، برخی شرکت‌ها از روغن معدنی با ویسکوزیته پایین استفاده می‌کنند که به گونه‌ای طراحی شده است که در دماهای انجماد غلیظ نشود، در حالی که برای آب و هوای گرم، ما مخازن را با روغن کمی غلیظ‌تر عرضه می‌کنیم که در حفظ گرما بهتر است. حتی روغن‌های زیست تخریب‌پذیر مبتنی بر استر، که در مناطق حساس به محیط زیست مانند نزدیک دریاچه‌ها یا تالاب‌ها رایج‌تر می‌شوند، نسبت به روغن‌های معدنی سنتی نرخ انبساط متفاوتی دارند. روغن استر حدود 10 درصد بیشتر از روغن معدنی در همان تغییر دما منبسط می‌شود، بنابراین حداکثر سطح روغن برای مخزنی که از روغن استر استفاده می‌کند باید کمتر باشد - معمولاً 82 درصد حجم کل در مقایسه با 85 تا 90 درصد برای روغن معدنی. به همین دلیل است که در شرکت ما، ما فقط مخازن استاندارد با حداکثر سطح روغن عمومی را ارسال نمی کنیم. ما با هر مشتری کار می کنیم تا آن مشخصات را بر اساس روغنی که استفاده می کند و شرایط عملیاتی پروژه آنها تنظیم کنیم.

تست کردن بخش دیگری از رسیدن به حداکثر سطح روغن است. قبل از خروج هر مخزن روغن ترانسفورماتور روی قطب، ما یک آزمایش انبساط حرارتی انجام می دهیم تا تأیید کنیم که حداکثر سطح روغن کار می کند. مخزن را تا سطح مشخص شده در دمای سرد پر می کنیم (مثلاً 40 درجه فارنهایت / 4 درجه سانتیگراد)، سپس روغن را در یک محفظه کنترل شده تا 180 درجه فارنهایت (82 درجه سانتیگراد) - حداکثر دمای کار برای اکثر ترانسفورماتورهای توزیع - گرم می کنیم و میزان انبساط روغن را اندازه می گیریم. اگر انبساط آن را به فضای بالای مخزن یا فراتر از شیر فشارشکن فشار نیاورد، ما صحت سطح را تأیید می کنیم. ما برعکس را نیز آزمایش می کنیم: اگر روغن تا -40 درجه فارنهایت (40- درجه سانتیگراد) خنک شود، آیا سطح از حداقل مورد نیاز برای عایق کاری و خنک کننده پایین می آید؟ به همین دلیل است که مخزن روغن ترانسفورماتور تک فاز ما (پیوند داده شده در بالا) این نتایج آزمایش را در هر محموله شامل می شود، بنابراین نصابان مجبور نیستند هنگام پر کردن مخزن در محل حدس بزنند.

حال، بیایید در مورد این صحبت کنیم که چرا این فقط یک جزئیات فنی نیست، بلکه صرفه جویی در هزینه برای همه است. هزینه یک ترانسفورماتور نصب شده روی میله از 1500 تا 10000 دلار است، بسته به اندازه، و تعویض آن به زمان نیاز دارد (شما باید برق محله را قطع کنید، یک کامیون سطلی اجاره کنید، و غیره) - این فقط هزاران دلار هزینه قطعی برق است. درست کردن حداکثر سطح روغن به این معنی است که ترانسفورماتور در دمای بهینه کار می کند و طول عمر آن را از میانگین 20 سال به 25 سال یا بیشتر افزایش می دهد و تعداد تماس های اضطراری برای ترانسفورماتورهای خراب را کاهش می دهد. برای شرکت‌های برق، این به معنای هزینه‌های نگهداری کمتر و مشتریان راضی‌تر است که مجبور نیستند با قطعی‌های غیرمنتظره مقابله کنند. برای تامین کنندگانی مانند ما، این به معنای ایجاد اعتماد است: وقتی ما مخزنی را با مشخصات حداکثر سطح روغن واضح و دقیق ارائه می‌کنیم، مشتریان می‌دانند که می‌توانند روی محصولات ما برای کار همانطور که تبلیغ می‌شوند، بدون توجه به جایی که آنها را نصب می‌کنند حساب کنند.

صادقانه بگویم، زمانی که 12 سال پیش برای اولین بار وارد این تجارت شدم، فکر کردم حداکثر سطح روغن فقط یک عدد تصادفی است که کسی ساخته است. اما با گذشت زمان، آن را به عنوان یکی از حیاتی ترین عناصر طراحی مخزن روغن ترانسفورماتور روی قطب می بینم. این خط بین ترانسفورماتوری است که برای چندین دهه به طور ایمن کار می کند و ترانسفورماتوری که پیش از موعد از کار می افتد و باعث سردرد و هزینه برای همه افراد درگیر می شود. چه یک تکنسین باشید که سطوح را در میدان بررسی می کند، چه مهندس در حال طراحی یک سیستم توزیع جدید، یا یک مدیر تدارکات که به دنبال اجزای ترانسفورماتور قابل اعتماد است، مهم است که به یاد داشته باشید که حداکثر سطح روغن یک عدد برای همه نیست. این بر اساس استانداردهای صنعت، داده‌های انبساط حرارتی، نوع روغن و آب و هوای محلی محاسبه می‌شود و برای مخزن خاصی که استفاده می‌کنید، تنظیم می‌شود.

اگر به دنبال مخزن روغن ترانسفورماتور پایه دار هستید، خواه یک واحد تک فاز برای یک مجتمع مسکونی یا یک واحد سه فاز بزرگتر برای یک مجتمع تجاری کوچک باشد، ما می توانیم به شما کمک کنیم تا این مشخصات را بررسی کنید. ما طیف کاملی از مخازن را با توصیه های واضح و سفارشی حداکثر سطح روغن بر اساس موقعیت پروژه، نوع روغن و اندازه ترانسفورماتور ارائه می دهیم. تیم ما با مشتریان خدماتی در سراسر آمریکای شمالی، از گرمای شدید آریزونا تا زمستان های سرد کانادا، کار کرده است، بنابراین ما دقیقاً می دانیم که چگونه مخزنی طراحی کنیم که نیازهای شما را برآورده کند. برای بحث در مورد پروژه خود و دریافت قیمت مخزن روغن ترانسفورماتور متصل به قطب (از جمله خط تک فاز ما که در اینجا پیوند داده شده است: /transformer-oil-tank/pole-mounted-transformer-oil-tank/single-phase-pole-mounted-transformer-oil.html)، راحت باشید که مستقیماً تماس بگیرید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم تا آن را به درستی انجام دهید، تا ترانسفورماتورهای شما برای سال‌های آینده ایمن و قابل اطمینان کار کنند.

مراجع

1. موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE). استاندارد IEEE C57.12.00: الزامات عمومی برای توزیع غوطه ور در مایع، قدرت و ترانسفورماتورهای تنظیمی. IEEE، 2020.
2. انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA). ANSI C57.12.20: استاندارد برای ترانسفورماتورهای توزیع - غوطه ور در مایع، 500 کیلو ولت آمپر و پایین تر، 34500 گرادی ولتاژ 26000 ولت و کمتر. NEMA، 2018.
3. موسسه نفت آمریکا (API). استاندارد 650: مخازن جوش داده شده برای ذخیره سازی نفت، ویرایش دوازدهم. API، 2020.
4. شورای نگهداری ترانسفورماتور (TMC). راهنمای میدانی برای ترانسفورماتورهای توزیع غوطه ور در مایع. TMC، 2021.
5. دوپونت سیالات دی الکتریک مبتنی بر استر: خواص و کاربرد برای ترانسفورماتورهای توزیع. DuPont Industrial Biosciences، 2019.