ประสิทธิภาพในการระบายความร้อน: "เส้นเลือดใหญ่" ของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มในน้ำมัน

ความสำคัญของประสิทธิภาพในการระบายความร้อนสำหรับ หม้อแปลงที่เติมน้ำมัน ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นผ่านผลกระทบโดยตรงต่ออายุการใช้งานในการดำเนินงานและความปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้า อายุการใช้งานของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับระดับการเสื่อมสภาพของระบบฉนวนแบบน้ำมัน-กระดาษเป็นหลัก โดยการเสื่อมสภาพจากความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ทำให้ฉนวนเสื่อมคุณภาพ สำหรับช่วงเวลาใดๆ ที่วัสดุฉนวนทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ อัตราการเสื่อมสภาพจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ดังนั้น การระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจึงสามารถควบคุมอุณหภูมิบริเวณจุดร้อนสูงสุดของขดลวดได้อย่างมีประสิทธิผล ซึ่งถือเป็นตัวชี้วัดสำคัญในการประเมินสถานะการดำเนินงานและอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ของหม้อแปลง

หากการระบายความร้อนไม่ดี และอุณหภูมิภายในสูงเกินไป จะไม่เพียงแต่เร่งให้น้ำมันฉนวนและวัสดุฉนวนแข็งเสื่อมสภาพเร็วขึ้น ส่งผลให้สมรรถนะในการเป็นฉนวนลดลง แต่ยังอาจก่อให้เกิดความล้มเหลวของอุปกรณ์ และกระทบต่อการดำเนินงานที่มั่นคงของระบบไฟฟ้าทั้งระบบอีกด้วย กล่าวได้ว่า การระบายความร้อนที่ดีคือเงื่อนไขพื้นฐานสำคัญที่สุดในการรับประกันว่าหม้อแปลงไฟฟ้าจะสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยและมั่นคงภายใต้โหลดที่กำหนด และสามารถใช้งานได้ตามอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 30 ปีหรือมากกว่านั้น)

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการระบายความร้อนของ หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแช่ในน้ำมัน

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันนั้น ขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันระหว่างการไหลเวียนของน้ำมันและการถ่ายเทความร้อนด้วยการพาความร้อนของอากาศเป็นหลัก ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการนี้สามารถวิเคราะห์ได้จากสองด้านหลัก คือ สภาวะการไหลของน้ำมันภายใน และสภาวะการระบายความร้อนภายนอก

1. การไหลเวียนของน้ำมันภายในและการออกแบบโครงสร้างคือพื้นฐานของการระบายความร้อน

ในระหว่างการดำเนินงานของหม้อแปลง ความร้อนที่เกิดขึ้นจากขดลวดและแกนจะถูกถ่ายโอนไปยังแผ่นกระจายความร้อนผ่านการพาความร้อนแบบธรรมชาติหรือแบบบังคับของน้ำมันฉนวน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าความเร็วของการไหลของน้ำมันมีผลอย่างมากต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ: เมื่อความเร็วของการไหลของน้ำมันเพิ่มขึ้นจาก 0.05 เมตรต่อวินาที เป็น 0.20 เมตรต่อวินาที อุณหภูมิสูงสุดของแกนสามารถลดลงได้ถึง 11.62 เคลวิน โครงสร้างช่องทางน้ำมันภายในก็มีความสำคัญเช่นกัน การขยายความกว้างของช่องทางน้ำมันในแนวระดับ หรือการติดตั้งแผ่นกั้นน้ำมันอย่างเหมาะสม สามารถปรับปรุงการไหลเวียนของน้ำมันในบริเวณที่การไหลหยุดนิ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิเฉลี่ยของขดลวด

2. วิธีการระบายความร้อนภายนอกและสภาพแวดล้อมมีผลต่อประสิทธิภาพในการระบายความร้อน

วิธีการระบายความร้อนจัดอยู่ในลำดับประสิทธิภาพจากสูงไปต่ำ ได้แก่ การระบายความร้อนด้วยน้ำมันแบบไม่ใช้พลังงานภายนอก (ONAN) การระบายความร้อนด้วยน้ำมันพร้อมพัดลม (ONAF) และการระบายความร้อนด้วยน้ำมันที่ถูกส่งผ่านระบบหมุนเวียนบังคับพร้อมพัดลม (OFAF) การระบายความร้อนด้วยอากาศสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนได้มากขึ้น 150% ถึง 200% เมื่อเปรียบเทียบกับการระบายความร้อนแบบไม่ใช้พลังงานภายนอก นอกจากนี้ อุณหภูมิแวดล้อมยิ่งสูงเท่าใด ความต่างของอุณหภูมิในการถ่ายเทความร้อนจะยิ่งลดลงเท่านั้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนแย่ลงตามไปด้วย ทั้งนี้ นวัตกรรมการออกแบบใหม่ๆ ก็ยังคงก้าวข้ามข้อจำกัดแบบดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง เช่น การเพิ่มโครงสร้างนูนบนผนังถังน้ำมันเพื่อรบกวนชั้นขอบเขตความร้อน ซึ่งช่วยลดอุณหภูมิบริเวณจุดร้อนสูงสุดลงได้ 10.6 เคลวิน

โดยสรุป การปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อแปลงจำเป็นต้องอาศัยแนวทางแบบบูรณาการ ทั้งในด้านโครงสร้างช่องทางไหลของน้ำมันภายใน วิธีการระบายความร้อนที่เลือกใช้ และเทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเสริมสมรรถนะใหม่ๆ เพื่อควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิบริเวณจุดร้อนสูงสุดให้มีประสิทธิภาพ และชะลอกระบวนการเสื่อมสภาพของฉนวน

จะกำหนดประสิทธิภาพการระบายความร้อนของหม้อแปลงได้อย่างไร

เพื่อประเมินว่าประสิทธิภาพการระบายความร้อนสอดคล้องตามมาตรฐานหรือไม่ มีวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้ได้ ตั้งแต่การตรวจสอบตามมาตรฐาน ไปจนถึงการเฝ้าติดตามแบบออนไลน์

1. การทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมาตรฐาน (ก่อนส่งมอบจากโรงงานและก่อนเริ่มใช้งาน)

นี่คือเกณฑ์หลักในการประเมินผล ตามมาตรฐานแห่งชาติ จะทำการจำลองโหลดที่กำหนดไว้ และวัดค่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในแต่ละส่วนของหม้อแปลง (คือค่าความต่างระหว่างอุณหภูมิของชิ้นส่วนนั้นกับอุณหภูมิแวดล้อม) โดยต้องไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ การทดสอบจะเน้นการเฝ้าติดตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของน้ำมันบริเวณด้านบน และอุณหภูมิสูงสุดของขดลวด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการตัดสินว่าการออกแบบระบบระบายความร้อนผ่านเกณฑ์หรือไม่

2. การเฝ้าติดตามสถานะการปฏิบัติงาน (ระหว่างการใช้งานประจำวัน)

สำหรับหม้อแปลงที่กำลังใช้งานอยู่ สามารถใช้วิธีการประเมินต่อไปนี้ได้

• การเฝ้าติดตามอุณหภูมิ: การติดตามอุณหภูมิของน้ำมันบริเวณด้านบนเป็นวิธีที่ตรงที่สุด โดยหากพบว่าอุณหภูมิน้ำมันสูงต่อเนื่องเป็นเวลานาน มักบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนลดลง

• การประเมินประสิทธิภาพของแผ่นกระจายความร้อน: อาศัยหลักการสมดุลพลังงาน โดยใช้อัลกอริทึมทางวิศวกรรม สามารถสรุปประสิทธิภาพจริงในปัจจุบันของแผ่นกระจายความร้อนได้จากข้อมูลการปฏิบัติงาน เช่น การสูญเสียภาระและอุณหภูมิน้ำมันที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยให้ทราบว่าความสามารถในการระบายความร้อนลดลงหรือไม่

• การตรวจจับด้วยภาพความร้อนอินฟราเรด: ใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดสแกนเปลือกหม้อแปลงและแผ่นกระจายความร้อน เพื่อระบุพื้นที่ที่ร้อนเกินไปเฉพาะจุดหรือการระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอได้โดยตรง

3. การทดสอบเฉพาะทางสำหรับตัวชี้วัดเฉพาะ

เมื่อสงสัยว่ามีปัญหาด้านการระบายความร้อน สามารถดำเนินการทดสอบอย่างละเอียดยิ่งขึ้น เช่น การวัดค่าความต้านทานความร้อนของขดลวดเพื่อคำนวณค่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเฉลี่ยของขดลวด หรือติดตั้งเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกเพื่อวัดอุณหภูมิของจุดร้อนที่สำคัญที่สุดโดยตรง

ด้วยวิธีการประเมินอย่างเป็นระบบเหล่านี้ สามารถเข้าใจสถานะการระบายความร้อนของหม้อแปลงได้อย่างครอบคลุม ซึ่งช่วยให้ตรวจจับปัญหาได้ทันเวลา และดำเนินมาตรการบำรุงรักษาได้อย่างเหมาะสม

Jiangsu Unita Electrical Equipment Co.,Ltd. （JSZONMA）ก่อนที่หม้อแปลงแต่ละเครื่องจะถูกผลิตออกสู่ตลาด จะมีการดำเนินการตรวจสอบคุณภาพอย่างละเอียดรอบด้าน โดยการทดสอบการเพิ่มอุณหภูมิและการทดสอบสมรรถนะฉนวนเป็นรายการบังคับหลักในการตรวจสอบที่โรงงาน ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อยืนยันความมั่นคงทางความร้อนและความปลอดภัยด้านไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์อย่างเข้มงวด ทั้งนี้เพื่อให้มั่นใจว่าหม้อแปลงแบบจุ่มน้ำมันแต่ละเครื่องจะสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย มีความน่าเชื่อถือ และเสถียรภาพในระบบจำหน่ายพลังงานไฟฟ้าเป็นระยะเวลานาน