ट्रांसफार्मर तापमान वृद्धि: सीमाएं, गणना और शीतलन गाइड

ट्रांसफार्मर का तापमान बढ़नाउन तकनीकी विवरणों में से एक है जो कागज पर सरल दिख सकते हैं लेकिन वास्तविक संचालन में बहुत मायने रखते हैं। प्रत्येक ट्रांसफार्मर तब ऊष्मा उत्पन्न करता है जब वह ऊर्जावान होता है और भार वहन करता है। चुनौती उस गर्मी को कुशलतापूर्वक बाहर निकालना और कोर, वाइंडिंग्स, इन्सुलेशन और तेल को उनके डिज़ाइन किए गए तापमान सीमा के भीतर रखना है।

यह एक के साथ विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता हैतेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर. ट्रांसफार्मर का तेल विद्युत इन्सुलेशन प्रदान करने के अलावा और भी बहुत कुछ करता है। यह सक्रिय भागों से गर्मी को दूर ले जाता है और इसे टैंक, रेडिएटर और आसपास की हवा में स्थानांतरित करता है।

तो, जब इंजीनियर इसके बारे में बात करते हैंतेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मरों का तापमान बढ़ना, वे वास्तव में पूरे थर्मल सिस्टम - ट्रांसफार्मर के नुकसान, तेल परिसंचरण, शीतलन उपकरण, परिवेश की स्थिति, टैंक डिजाइन और वास्तविक लोडिंग को देख रहे हैं।

तापमान वृद्धि और ट्रांसफार्मर का तापमान

सबसे पहले, यह एक सामान्य बिंदु को स्पष्ट करने लायक है:ट्रांसफार्मर का तापमानऔरट्रांसफार्मर का तापमान बढ़नाएक ही चीज़ नहीं हैं.

ट्रांसफार्मर का तापमान किसी घटक का वास्तविक तापमान होता है, जैसे वाइंडिंग, शीर्ष तेल, कोर, या टैंक। तापमान में वृद्धि हैबीच में अंतरवह तापमान और निर्दिष्ट परिवेश या संदर्भ तापमान।

सामान्य शर्तों में:

ट्रांसफार्मर का तापमान=परिवेश का तापमान + तापमान में वृद्धि

उदाहरण के लिए, यदि परिवेश का तापमान 30 डिग्री है और शीर्ष तापमान में वृद्धि 55 K है, तो अनुमानित शीर्ष तापमान 85 डिग्री है।

बेशक, एक वास्तविक ट्रांसफार्मर इतना सीधा नहीं है। अलग-अलग हिस्से अलग-अलग तापमान पर काम करते हैं। वाइंडिंग का तापमान आम तौर पर आसपास के तेल से अधिक होता है, और वाइंडिंग का एक छोटा क्षेत्र औसत वाइंडिंग तापमान से बहुत अधिक गर्म हो सकता है। इस उच्चतम-तापमान वाले क्षेत्र को कहा जाता हैघुमावदार गर्म स्थान.

यही कारण है कि ट्रांसफार्मर थर्मल डिज़ाइन केवल एक से अधिक तापमान रीडिंग को देखता है।

ट्रांसफार्मर तापमान वृद्धि मानक

तापमान वृद्धि की आवश्यकताएं लागू मानक, ट्रांसफार्मर डिजाइन, इन्सुलेशन प्रणाली, शीतलन विधि और परिचालन स्थितियों पर निर्भर करती हैं।

आईईसी 60076-2तरल में डूबे हुए ट्रांसफार्मरों के लिए तापमान{{0}वृद्धि परीक्षण के लिए आवश्यकताएँ प्रदान करता है।आईईईई सी57श्रृंखला का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से उत्तरी अमेरिका में ट्रांसफार्मर अनुप्रयोगों के लिए।

किसी विशिष्ट परियोजना के लिए, किसी अन्य ट्रांसफार्मर से तापमान का आंकड़ा कॉपी करने के बजाय लागू मानक और परियोजना विनिर्देश की जांच करना हमेशा बेहतर होता है।

ट्रांसफार्मर तापमान वृद्धि सीमा तालिका

पारंपरिक तरल पदार्थ में डूबे हुए ट्रांसफार्मर डिज़ाइन के लिए, आमतौर पर IEC 60076-2 से संदर्भित मानों में निम्नलिखित शामिल हैं:

ये आंकड़े उपयोगी इंजीनियरिंग संदर्भ हैं, लेकिन इन्हें प्रत्येक ट्रांसफार्मर के लिए सार्वभौमिक सीमा के रूप में नहीं माना जाना चाहिए। वास्तविक आवश्यकताएं इंसुलेटिंग लिक्विड, इंसुलेशन सिस्टम, कूलिंग व्यवस्था, ट्रांसफार्मर विनिर्देश और लागू मानक के आधार पर भिन्न हो सकती हैं।

और एक और बिंदु है जिसे अनदेखा करना आसान है:तापमान वृद्धि पूर्ण तापमान नहीं है.

तालिका केवल एक साधारण चित्रण है. वास्तविक ट्रांसफार्मर ऑपरेटिंग तापमान लोड, शीतलन की स्थिति, गर्मी वितरण और निर्माता के थर्मल डिजाइन पर निर्भर करता है।

आईईईई ट्रांसफार्मर प्रथाएं आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सहित विभिन्न औसत घुमावदार तापमान वृद्धि वाले डिज़ाइनों के बीच अंतर करती हैं55 डिग्रीऔर65 डिग्रीखनिज तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर के लिए डिज़ाइन। तो, फिर से, निर्माता की गारंटीशुदा तकनीकी डेटा किसी विशिष्ट परियोजना के लिए अंतिम संदर्भ होना चाहिए।

इन्सुलेशन सामग्री की उम्र बढ़ना और तापमान में वृद्धि

ट्रांसफार्मर के इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने पर तापमान का सीधा प्रभाव पड़ता है।

जब इन्सुलेशन लंबे समय तक ऊंचे तापमान पर काम करता है, तो इसकी उम्र बढ़ने की प्रक्रिया आम तौर पर तेज हो जाती है। ठोस इंसुलेशन और इंसुलेटिंग तेल दोनों ही निरंतर थर्मल तनाव से प्रभावित हो सकते हैं।

घुमावदार गर्म स्थानविशेष ध्यान देने योग्य है। एक ट्रांसफार्मर में स्वीकार्य औसत घुमावदार तापमान हो सकता है जबकि एक स्थानीय क्षेत्र काफी गर्म चल रहा है।

अच्छा ट्रांसफार्मर डिज़ाइन इन हॉट स्पॉट को नियंत्रण में रखने का प्रयास करता है। उचित वाइंडिंग ज्यामिति, तेल प्रवाह पथ, कंडक्टर चयन और शीतलन क्षमता सभी एक भूमिका निभाते हैं।

भारित औसत परिवेश तापमान

परिवेश का तापमानयह एक अन्य कारक है जिसे नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए।

समान तापमान वृद्धि पर काम करने वाला ट्रांसफार्मर गर्म वातावरण में स्थापित होने पर स्पष्ट रूप से उच्च निरपेक्ष तापमान होगा।

यह उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों, बंद सबस्टेशनों और औद्योगिक सुविधाओं में विशेष रूप से प्रासंगिक है जहां आसपास का तापमान लंबे समय तक उच्च बना रह सकता है।

इंजीनियरों को मौसमी तापमान, स्थापना ऊंचाई, वेंटिलेशन, सौर विकिरण और आस-पास के उपकरणों पर विचार करने की आवश्यकता हो सकती है।

दूसरे शब्दों में, एक ही ट्रांसफार्मर दो इंस्टॉलेशन वातावरणों में काफी अलग-अलग व्यवहार कर सकता है, भले ही रेटेड तापमान वृद्धि समान हो।

ट्रांसफार्मर का तापन एवं शीतलन

एक ट्रांसफार्मर मुख्य रूप से ऊष्मा उत्पन्न करता हैकोर हानि, वाइंडिंग हानि, और आवारा भार हानि.

कोर हानियाँ मुख्य रूप से चुंबकीय कोर में हिस्टैरिसीस और एड़ी धाराओं से जुड़ी होती हैं। वाइंडिंग के नुकसान मुख्य रूप से कंडक्टर प्रतिरोध से संबंधित होते हैं, जबकि अतिरिक्त आवारा नुकसान वाइंडिंग, टैंक की दीवारों, क्लैंप और अन्य धातु घटकों में हो सकते हैं।

तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर के लिए, मूल ऊष्मा स्थानांतरण पथ इस तरह दिखता है:

कोर और वाइंडिंग → ट्रांसफार्मर तेल → टैंक/रेडिएटर → आसपास की हवा

जब ट्रांसफार्मर तापीय संतुलन पर पहुंच जाता है, तो उसके अंदर उत्पन्न होने वाली गर्मी मोटे तौर पर बाहर निकलने वाली गर्मी से संतुलित हो जाती है।

ट्रांसफार्मर ताप अपव्यय के तरीके

एक ट्रांसफार्मर के अंदर कई ऊष्मा स्थानांतरण तंत्र एक साथ काम करते हैं।

छोटे या मध्यम ट्रांसफार्मर के लिए, प्राकृतिक शीतलन पर्याप्त हो सकता है। हालाँकि, जैसे-जैसे ट्रांसफार्मर की क्षमता बढ़ती है, हटाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा भी बढ़ती है। यहीं पर बड़े रेडिएटर बैंक, पंखे, पंप या निर्देशित तेल परिसंचरण आते हैं।

ट्रांसफार्मर को ठंडा करने के तरीके

आमतौर पर तेल में डूबे ट्रांसफार्मर के लिए कई शीतलन व्यवस्थाएं उपयोग की जाती हैं।

ONAN कूलिंग एक लोकप्रिय विकल्प बना हुआ है क्योंकि यह अपेक्षाकृत सरल और विश्वसनीय है। रखरखाव के लिए सहायक घटक कम हैं, जो कई स्थापनाओं में एक वास्तविक लाभ है।

बड़े ट्रांसफार्मर के लिए, शीतलन क्षमता बढ़ाने के लिए पंखे जोड़े जा सकते हैं। बहुत बड़े पावर ट्रांसफार्मर अधिक नियंत्रित गर्मी हस्तांतरण प्रदान करने के लिए मजबूरन तेल परिसंचरण का उपयोग कर सकते हैं।

तेल को गर्म करना और ठंडा करना -डूबे हुए ट्रांसफार्मर

ट्रांसफार्मर का तेलएक तेल में डूबे ट्रांसफार्मर में थर्मल सिस्टम के केंद्र में है।

जैसे ही कोर और वाइंडिंग्स गर्मी उत्पन्न करते हैं, आसपास का तेल गर्म हो जाता है। गर्म तेल कम घना हो जाता है और स्वाभाविक रूप से ऊपर की ओर बढ़ता है, जबकि ठंडा तेल नीचे की ओर बढ़ता है। इससे ट्रांसफार्मर के अंदर सर्कुलेशन बनता है।

मूलतः ONAN कूलिंग इसी प्रकार काम करती है।

गर्म तेल अंततः टैंक तक पहुंच जाता है औरRADIATORS, जहां इसकी गर्मी आसपास की हवा में स्थानांतरित हो जाती है।

इस प्रक्रिया पर ट्रांसफार्मर लोड का बड़ा प्रभाव पड़ता है। वाइंडिंग हानियाँ लगभग धारा के वर्ग के समानुपाती होती हैं:

पीसीयू ∝ मैं²

इसका मतलब है कि करंट में अपेक्षाकृत मामूली वृद्धि के परिणामस्वरूप वाइंडिंग घाटे में बहुत अधिक वृद्धि हो सकती है।

यह एक सरलीकृत तुलना है. वास्तविक ट्रांसफार्मर हानियाँ अधिक जटिल होती हैं क्योंकि कंडक्टर प्रतिरोध तापमान के साथ बदलता है और अतिरिक्त आवारा हानियाँ मौजूद होती हैं।

फिर भी, संदेश बिल्कुल स्पष्ट है: निरंतर अधिभार शीघ्र ही एक तापीय समस्या बन सकता है।

तेल के तापमान में वृद्धि-डूबे हुए ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग्स

तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स का तापमान बढ़नाट्रांसफार्मर थर्मल डिजाइन में प्रमुख मापदंडों में से एक है।

वाइंडिंग का तापमान कंडक्टर सामग्री, वाइंडिंग प्रतिरोध, वर्तमान घनत्व, वाइंडिंग ज्यामिति, तेल प्रवाह चैनल, इन्सुलेशन व्यवस्था, शीतलन विधि और लोड से प्रभावित होता है।

तापमान भी संपूर्ण वाइंडिंग में समान रूप से वितरित नहीं है। कुछ क्षेत्र स्वाभाविक रूप से दूसरों की तुलना में अधिक गर्म होंगे, और उच्चतम तापमान वाला स्थान घुमावदार गर्म स्थान बन जाएगा।

एक सरलीकृत संबंध है:

गरम-स्पॉट तापमान=परिवेश का तापमान + शीर्ष{3}}तेल वृद्धि + घुमावदार{{5}से-तेल तापमान प्रवणता

वास्तविक गणना अधिक शामिल है और ट्रांसफार्मर डिजाइन और लागू मानक पर निर्भर करती है।

विंडिंग्स में तेल प्रवाह और तापमान वृद्धि के लिए इंजीनियरिंग गणना के तरीके

इंजीनियर विश्लेषणात्मक गणना, थर्मल मॉडल और, बड़े या अधिक जटिल ट्रांसफार्मर के लिए, कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) का उपयोग करके ट्रांसफार्मर तेल प्रवाह और घुमावदार तापमान का मूल्यांकन कर सकते हैं।

कुछ मुख्य मापदंडों में शामिल हैं:

एक अच्छा तेल प्रवाह डिज़ाइन महत्वपूर्ण है। यदि वाइंडिंग के माध्यम से तेल ठीक से प्रसारित नहीं होता है, तो समग्र ट्रांसफार्मर तापमान स्वीकार्य दिखने पर भी स्थानीय हॉट स्पॉट विकसित हो सकते हैं।

बड़े पावर ट्रांसफार्मर के लिए, सीएफडी विश्लेषण इंजीनियरों को ट्रांसफार्मर के निर्माण से पहले असमान तेल प्रवाह, तापमान प्रवणता और संभावित हॉट स्पॉट स्थानों की पहचान करने में मदद कर सकता है।

ट्रांसफार्मर तेल टैंकों का ताप अपव्यय

ट्रांसफार्मर तेल टैंक सिर्फ तेल के लिए एक कंटेनर नहीं है। यह शीतलन प्रणाली का भी हिस्सा है।

कोर और वाइंडिंग्स से गर्मी को अवशोषित करने के बाद, तेल उस गर्मी को टैंक की दीवारों पर स्थानांतरित करता है। फिर टैंक की सतह आसपास के वातावरण में गर्मी छोड़ती है।

बड़े ट्रांसफार्मरों को आमतौर पर अतिरिक्त ऊष्मा स्थानांतरण क्षेत्र प्रदान करने के लिए रेडिएटर्स की आवश्यकता होती है।

संवहन ताप अपव्यय

संवहन मुख्य तरीकों में से एक है जिससे ट्रांसफार्मर गर्मी जारी करता है।

जब टैंक की सतह आसपास की हवा से अधिक गर्म हो जाती है, तो पास की हवा गर्म हो जाती है, कम घनी हो जाती है और ऊपर उठ जाती है। फिर ठंडी हवा टैंक की सतह की ओर बढ़ती है।

यह प्राकृतिक वायु परिसंचरण बनाता है और ट्रांसफार्मर से गर्मी को दूर ले जाता है।

जबरन वायु शीतलन के साथ, पंखे रेडिएटर सतहों पर वायु प्रवाह बढ़ाते हैं। यह विशेष रूप से तब उपयोगी होता है जब ट्रांसफार्मर उच्च लोड पर काम कर रहा हो।

विकिरण

ट्रांसफार्मर टैंक और रेडिएटर भी थर्मल विकिरण के माध्यम से गर्मी छोड़ते हैं।

उत्सर्जित ऊष्मा की मात्रा सतह के तापमान, उत्सर्जन, उजागर क्षेत्र और आसपास की स्थितियों पर निर्भर करती है।

विकिरण अकेले काम नहीं करता. व्यवहार में, विकिरण और संवहन एक साथ काम करते हैं और दोनों ट्रांसफार्मर के समग्र ताप अपव्यय में योगदान करते हैं।

ट्यूबलर ट्रांसफार्मर तेल टैंक का तापमान वृद्धि

ट्यूबलर ट्रांसफार्मर तेल टैंक बाहरी ताप स्थानांतरण क्षेत्र को बढ़ाने के लिए ट्यूबलर संरचनाओं का उपयोग करते हैं।

मूल तापीय पथ बना हुआ है:

सक्रिय भाग → तेल → ट्यूबलर टैंक → आसपास की हवा

एक बड़ी शीतलन सतह गर्मी अपव्यय में सुधार कर सकती है, विशेष रूप से प्राकृतिक रूप से ठंडे ट्रांसफार्मर के लिए।

एक ट्यूबलर ट्रांसफार्मर तेल टैंक का तापमान वृद्धि ट्रांसफार्मर लोडिंग, तेल परिसंचरण, ट्यूब आयाम, ट्यूब रिक्ति, परिवेश तापमान और टैंक के चारों ओर वायु प्रवाह पर निर्भर करता है।

इसलिए टैंक को कोर, वाइंडिंग, तेल मार्ग, रेडिएटर और आसपास की हवा के साथ संपूर्ण थर्मल सिस्टम के हिस्से के रूप में डिजाइन किया जाना चाहिए।

ट्रांसफार्मर का तापमान बढ़ना क्यों मायने रखता है?

तापमान वृद्धि पर चर्चा करने में इतना समय क्यों बर्बाद करें? क्योंकि इसका सीधा कनेक्शन हैइन्सुलेशन जीवन, ट्रांसफार्मर लोडिंग क्षमता, शीतलन प्रदर्शन, विश्वसनीयता और सेवा जीवन.

अत्यधिक तापमान पर लंबे समय तक परिचालन से इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने में तेजी आ सकती है और थर्मल खराब होने का खतरा बढ़ सकता है। दूसरी ओर, एक बड़े आकार की शीतलन प्रणाली अनावश्यक उपकरण लागत और सहायक बिजली की खपत को बढ़ा सकती है।

लक्ष्य केवल ट्रांसफार्मर को यथासंभव ठंडा बनाना नहीं है। अच्छी इंजीनियरिंग गर्मी उत्पादन, गर्मी अपव्यय, दक्षता, लागत, विश्वसनीयता और वास्तविक लोड प्रोफ़ाइल के बीच सही संतुलन खोजने के बारे में है।

आधुनिक विद्युत प्रतिष्ठान भी अतिरिक्त ध्यान देने योग्य हैं। डेटा केंद्र, वेरिएबल{{1}आवृत्ति ड्राइव, नवीकरणीय{{2}ऊर्जा कनवर्टर, ईवी चार्जिंग सिस्टम, और अन्य पावर {{3}इलेक्ट्रॉनिक लोड हार्मोनिक धाराओं को पेश कर सकते हैं। ये धाराएं अतिरिक्त ट्रांसफार्मर घाटे को बढ़ा सकती हैं और हीटिंग में योगदान कर सकती हैं।

ट्रांसफार्मर के तापमान में वृद्धि को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर का चयन या निर्दिष्ट करते समय, एक तापमान संख्या पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय संपूर्ण ऑपरेटिंग वातावरण को देखना उचित है।

निष्कर्ष

ट्रांसफार्मर का तापमान बढ़नाट्रांसफार्मर डिजाइन, परीक्षण और संचालन का एक मूलभूत हिस्सा है। यह वर्णन करता है कि संदर्भ परिवेश के तापमान की तुलना में ट्रांसफार्मर घटक कितना गर्म हो जाता है, और यह ट्रांसफार्मर के थर्मल सिस्टम की प्रभावशीलता का एक उपयोगी संकेत प्रदान करता है।

एक के लिएतेल में डूबा हुआ ट्रांसफार्मर, कोर और वाइंडिंग्स द्वारा उत्पन्न गर्मी को इंसुलेटिंग तेल में स्थानांतरित किया जाता है, शीतलन प्रणाली के माध्यम से ले जाया जाता है, टैंक और रेडिएटर्स तक पहुंचाया जाता है, और अंत में संवहन और विकिरण के माध्यम से जारी किया जाता है।

तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मरों का तापमान बढ़नाट्रांसफार्मर लोडिंग, परिवेश तापमान, घुमावदार डिजाइन, तेल परिसंचरण, शीतलन विधि, टैंक निर्माण और उपलब्ध गर्मी हस्तांतरण क्षेत्र सहित कई कारकों पर निर्भर करता है।

घुमावदार गर्म स्थान विशेष ध्यान देने योग्य है क्योंकि स्थानीयकृत ओवरहीटिंग इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने में तेजी ला सकती है, तब भी जब औसत तापमान स्वीकार्य सीमा के भीतर रहता है।

जैसे ट्रांसफार्मर निर्माताओं के लिएयावेई ट्रांसफार्मरइसलिए, थर्मल डिज़ाइन उत्पाद इंजीनियरिंग का एक अनिवार्य हिस्सा है। वाइंडिंग कॉन्फ़िगरेशन, तेल प्रवाह पथ, हानि वितरण, रेडिएटर डिज़ाइन, शीतलन उपकरण और तापमान वृद्धि परीक्षण सभी को एक साथ काम करने की आवश्यकता है।

ट्रांसफार्मर निर्दिष्ट करते समय, हमेशा लागू होने की जांच करेंआईईसी 60076 या आईईईई सी57 मानक, परियोजना की आवश्यकताएं, इन्सुलेशन प्रणाली, शीतलन व्यवस्था, परिवेश की स्थिति और निर्माता की गारंटीकृत तकनीकी डेटा। मान जैसे60 के, 65 के, 70 के, और 78 केपरिभाषित स्थितियों के तहत संदर्भ तापमान {{0}वृद्धि मान हैं, प्रत्येक ट्रांसफार्मर के लिए सार्वभौमिक ऑपरेटिंग तापमान सीमा नहीं।

अंत में, अच्छा थर्मल डिज़ाइन सिद्धांत रूप में काफी सरल है: कम अनावश्यक गर्मी उत्पन्न करें, गर्मी को कुशलता से स्थानांतरित करें, गर्म स्थानों को नियंत्रण में रखें, और सुनिश्चित करें कि ट्रांसफार्मर वास्तविक -विश्व भार को संभाल सकता है जो वह वास्तव में देखेगा।

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