तेल-डूबा ट्रांसफॉर्मर सामान्य संचालन बनाए रखने के लिए गर्मी को कैसे अपव्ययित करता है?

ट्रांसफॉर्मर डिज़ाइन में तापीय चुनौती

विद्युत ऊर्जा का प्रत्येक वॉट नुकसान गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। 98.5 प्रतिशत दक्षता वाला 500 किलोवोल्ट-एम्पियर का तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मर अभी भी लगातार लगभग 7,500 वॉट उत्पन्न करता है — जो टैंक के अंदर तीन आवासीय स्थानिक हीटर के समतुल्य है। प्रभावी ऊष्मा अपवहन के बिना, आंतरिक तापमान प्रत्येक 15 मिनट में लगभग 10°C बढ़ जाएगा, जब तक कि वाइंडिंग की विद्युत रोधक परत विफल नहीं हो जाती। तेल केवल विद्युत रोधक ही नहीं है — यह प्राथमिक शीतलन माध्यम भी है, और इसकी ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता निरंतर लोड रेटिंग को निर्धारित करती है।

पंप के बिना तेल का संचरण कैसे होता है

तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मर के शीतलन में प्राकृतिक संवहन पर निर्भर किया जाता है — गर्म हुआ द्रव कम घनत्व का हो जाता है और ऊपर की ओर उठता है। वाइंडिंग्स आसपास के तेल को गर्म करती हैं, जो टैंक के शीर्ष की ओर ऊपर उठता है। ठंडी टैंक दीवारों के संपर्क में आने पर ऊष्मा बाहर की ओर स्थानांतरित होती है। ठंडा और अधिक घना तेल दीवारों के सहारे नीचे की ओर गिरता है और वाइंडिंग के तल पर वापस आ जाता है। यह थर्मोसिफॉन प्रवाह किसी भी यांत्रिक पंप के बिना संचालित होता है।

एक उचित रूप से कार्यरत तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मर में शीर्ष और तल के तेल के परतों के बीच तापमान प्रवणता नाममात्र भार पर 10°C से 20°C होती है। 5°C से कम की प्रवणता हल्के भार को दर्शाती है। सामान्य भार पर 25°C से अधिक की प्रवणता संभावित रूप से संचरण की बाधा को इंगित करती है — संभावित कारणों में स्लड द्वारा शीतलन डक्ट का अवरुद्ध होना या नष्ट हुआ, उच्च-श्यानता वाला तेल शामिल है।

टैंक और रेडिएटर डिज़ाइन

टैंक प्राथमिक ऊष्मा विनिमय सतह है। लगभग 100 kVA तक के वितरण ट्रांसफॉर्मरों के लिए सपाट दीवारें पर्याप्त होती हैं। इससे अधिक क्षमता के ट्रांसफॉर्मरों में शीतलन फिन या रेडिएटर सतह क्षेत्रफल को बढ़ाते हैं। एक ही आधार क्षेत्रफल वाली सपाट दीवारों की तुलना में लहरदार टैंक की दीवारें सतह क्षेत्रफल को 40 से 70 प्रतिशत तक बढ़ा देती हैं।

1,000 किलोवोल्ट-एम्पियर से अधिक के बड़े तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मर यूनिट्स के लिए, बाहरी रेडिएटर बैंक शीर्ष और तल के हेडर्स के माध्यम से जुड़े होते हैं। तेल शीर्ष से प्रवेश करता है, फिनयुक्त पैनलों के माध्यम से नीचे की ओर गिरता है जबकि वायु को ऊष्मा स्थानांतरित करता है, और तल पर वापस आ जाता है। बल द्वारा वायु शीतलन के लिए रेडिएटर पंखे ऊष्मा अपव्यय को 30 से 50 प्रतिशत तक बढ़ा देते हैं — एक 1,500 किलोवोल्ट-एम्पियर का प्राकृतिक रूप से शीतलित ट्रांसफॉर्मर बल द्वारा वायु शीतलन के साथ 2,000 किलोवोल्ट-एम्पियर की क्षमता प्राप्त कर सकता है।

तापमान सीमाएँ और विद्युतरोधन आयु

वाइंडिंग का गर्म-बिंदु तापमान

सबसे गर्म बिंदु वाइंडिंग के अंदर — हॉट-स्पॉट — होता है, जो आमतौर पर शीर्ष तेल तापमान से 5°C से 15°C अधिक होता है। IEEE C57.91 मानक सेलुलोज इन्सुलेशन के लिए अधिकतम हॉट-स्पॉट तापमान 110°C की अनुशंसा करता है, जबकि औसत वाइंडिंग तापमान वृद्धि 65°C हो। आयु (जीवन) को आरहेनियस संबंध नियंत्रित करता है — इन्सुलेशन की आयु लगभग प्रत्येक 6°C से 8°C की वृद्धि के लिए दोगुनी हो जाती है। एक ट्रांसफॉर्मर नामित तापमान पर 20 से 30 वर्ष का जीवन प्राप्त करता है; नामित तापमान से 8°C अधिक होने पर यह आधा हो जाता है। प्रभावी तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर शीतलन तापमान को जीवन-संरक्षण सीमाओं के भीतर बनाए रखता है।

एक व्यावहारिक उदाहरण: सबस्टेशन क्षमता पुनर्प्राप्ति

मध्य पूर्व के एक उपयोगिता सबस्टेशन में तीन 20 MVA तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर संचालित किए जा रहे थे, जिनका शीर्ष तेल तापमान ग्रीष्मकालीन चरम स्थितियों के दौरान 82°C से 88°C तक था — जो 95°C के अलार्म सीमा के निकट था। वातावरणीय तापमान नियमित रूप से 45°C से अधिक था। ग्रीष्मकाल के दौरान हॉट-स्पॉट सीमा को पार न करने के लिए सबस्टेशन को नामांकित क्षमता के 85 प्रतिशत तक सीमित कर दिया गया था।

विश्लेषण में बाहरी रेडिएटर के फिन्स पर धूल और रेत के जमा होने की पहचान की गई, जिससे ऊष्मा स्थानांतरण लगभग 25 प्रतिशत तक कम हो गया। रेडिएटर्स की सफाई की गई, और हॉंगशिन इंटेलिजेंट टेक्नोलॉजी ने रेडिएटर बैंक के लिए अपग्रेडेड फोर्स्ड-एयर कूलिंग फैन आपूर्ति किए। सफाई और फैन प्रतिस्थापन के बाद, शीर्ष तेल का तापमान 74°C से 78°C तक कम हो गया। ग्रीष्मकालीन 85 प्रतिशत भार प्रतिबंध हटा दिया गया, जिससे क्षमता का 15 प्रतिशत पुनः प्राप्त हुआ।

शीतलन प्रदर्शन के लिए रखरखाव

तेल की स्थिति की निगरानी

ऑक्सीकरण के कारण ट्रांसफॉर्मर ऑयल का अपघटन होता है, जिससे अवक्षेप के रूप में कीचड़ उत्पन्न होती है जो आंतरिक सतहों पर जमा हो जाती है और संचरण को सीमित कर देती है। वार्षिक घुलित गैस विश्लेषण आरंभिक दोषों का पता लगाता है, साथ ही श्यानता और डायलेक्ट्रिक भंगुरता के आंकड़े भी प्रदान करता है। यदि तेल की श्यानता मूल विनिर्देश से 15 प्रतिशत अधिक हो जाए, तो इसे संचरण दक्षता बनाए रखने के लिए फ़िल्टर किया जाना चाहिए या प्रतिस्थापित कर देना चाहिए।

बाहरी शीतलन सतह का रखरखाव

धूल भरे वातावरण में रेडिएटर के फिन्स और टैंक की दीवारों की सफाई वार्षिक रूप से करनी चाहिए, जबकि रेत प्रवण क्षेत्रों में अर्ध-वार्षिक रूप से। 1 मिलीमीटर की धूल की परत ऊष्मा स्थानांतरण को 10 से 20 प्रतिशत तक कम कर देती है। रेडिएटर के पंखों का परीक्षण बेयरिंग के शोर और कंपन के लिए किया जाना चाहिए — बहु-पंख व्यवस्था में एक भी विफल पंख क्षेत्र के शीतलन को लगभग 40 प्रतिशत तक कम कर देता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर बिना पंप के स्वयं को कैसे ठंडा करता है?

प्राकृतिक थर्मोसिफॉन परिसंचरण घनत्व के अंतर द्वारा तेल को गति प्रदान करता है — गर्म तेल वाइंडिंग के माध्यम से ऊपर उठता है, टैंक की दीवारों पर ऊष्मा स्थानांतरित करता है, ठंडा होता है और नीचे की ओर गिरता है। यह निष्क्रिय प्रणाली यांत्रिक घटकों के बिना निरंतर संचालित होती है।

तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर के लिए अधिकतम सुरक्षित संचालन तापमान क्या है?

IEEE C57.91 मानक सेलुलोज विद्युत रोधन के लिए अधिकतम वाइंडिंग हॉट-स्पॉट तापमान 110°C की अनुशंसा करता है। टॉप ऑयल तापमान आमतौर पर 5°C से 15°C कम होता है। सीमा से अधिक तापमान पर लगातार संचालन विद्युत रोधन के जीवन को लगभग प्रत्येक 8°C के लिए आधा कर देता है।

रेडिएटर के फिन्स ट्रांसफॉर्मर के शीतलन में कैसे सुधार करते हैं?

फिन्स गर्मी स्थानांतरण के लिए टैंक के सतह क्षेत्रफल में 40 से 70 प्रतिशत तक वृद्धि करते हैं। बाह्य रेडिएटर बैंक जिनमें बल द्वारा वायु का प्रवाह होता है, क्षमता में 30 से 50 प्रतिशत तक वृद्धि करते हैं। हॉन्गशिन इंटेलिजेंट टेक्नोलॉजी तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर अनुप्रयोगों के लिए शीतलन प्रणाली के घटकों की आपूर्ति करती है।

तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर को अत्यधिक गर्म होने का कारण क्या है?

अतिभार, कीचड़ के कारण तेल के प्रवाह में बाधा, शीतलन सतहों पर धूल और विफल रेडिएटर पंखे सबसे सामान्य कारण हैं। 40°C से अधिक वातावरणीय तापमान इन कारकों को और बढ़ा देता है।

ट्रांसफार्मर तेल का परीक्षण कितनी बार करना चाहिए?

विघटित गैस विश्लेषण वार्षिक रूप से किया जाता है। विस्कॉसिटी और डाय-इलेक्ट्रिक परीक्षण DGA नमूने के साथ किए जाते हैं। गर्म जलवायु में कार्य करने वाले ट्रांसफॉर्मर जो नाममात्र क्षमता के निकट संचालित होते हैं, अर्ध-वार्षिक परीक्षण से लाभान्वित होते हैं।

क्या वातावरणीय तापमान ट्रांसफॉर्मर की भार क्षमता को सीमित करता है?

परिवेशी तापमान के डिज़ाइन संदर्भ (आमतौर पर 30°C से 40°C) को पार करने पर लोड क्षमता कम हो जाती है। प्रत्येक डिग्री वृद्धि के लिए वाइंडिंग के तापमान उभार में संगत कमी की आवश्यकता होती है, ताकि गर्म-बिंदु तापमान समान बना रहे। गर्म जलवायु में काम करने वाली ऊर्जा आपूर्ति कंपनियाँ इसुलेशन के जीवन को बनाए रखने के लिए आमतौर पर गर्मियों के महीनों के दौरान ट्रांसफॉर्मर को डे-रेट करती हैं।