Үйлдвэрийн трансформаторын үр ашгийг болон амьдралыг юу нөлөөлдөг вэ?

Трансформаторын үр ашгийн чадлын үндсэн зарчим

Трансформаторын үр ашгийн чадлыг ойлгох: Идэвхтэй чадал vs. Алдагдал

Трансформаторын үр ашгийн чадал нь төхөөрөмж оролтын идэвхтэй чадлыг хэрхэн үр дүнтэй гаралтын идэвхтэй чадал болгон хувиргадаг вэ гэдгийг хэмждэг. Маш өндөр үзүүлэлттэй ч гэсэн хамгийн сайн үйлдвэрийн трансформаторууд ч гэсэн 95–99% үр ашгийн чадалтай ажилладаг бөгөөд энэ нь дотоод энергийн алдагдлаас үүдэлтэй. Эдгээр нь гурван үндсэн эх сурвалжаас үүсдэг:

• Гистерезисын алдагдал : Силиконтой хайрцаг шиг соронзон материал дээрх солирдох намагчлалын үеэр үүсэх дулаан
• Вихревой гүйдлийн алдагдал : Дамжуулагч цөмийн давхаргуудад үүсэх эргэлтийн гүйдэл
• Зэсийн алдагдал : Гүйдэл гүйх үед ороомогт үүсэх цахилгаан эсэргүүцлийн (I²R) халаалт

99%-ийн ашигт үйл ажиллагаанд ойртохын тулд эдгээр алдагдлын механизмийг сайтар тохируулах шаардлагатай бөгөөд үйлдвэрийн судалгаануудад ийм жишээ гарч ирсэн.

Зэс болон төмрийн алдагдал: Үүсгэгч, хэмжилтийн аргууд ба ашигт үйл ажиллагаанд нөлөөлөх нь

Хувиргагууд дараах хоёр төрлийн алдагдалд өртөмжтэй бөгөөд ачааллын хамаарал өөр өөр байдаг:

Давхар ачааллын үед зэсний алдагдал доминант байдаг бол хэсэгчилсэн ачааллын үед төмрийн алдагдал нийт алдагдлын 20–30% эзэлдэг. Орчин үеийн аморф металл цөм нь улбаршганаас хийсэн традицион цаасан гангуудтай харьцуулахад төмрийн алдагдлыг 60–70%-иар бууруулж, нийт үр ашгийг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.

Ачааллын коэффициент ба хувьсах ажиллагааны нөхцөлүүдийн үр ашгийг нөлөөлөх

Хамгийн өндөр үр ашгийг 50–70% ачааллын хооронд олдох бөгөөд энэ үед зэс, төмрийн алдагдал тэнцвэртэй байдаг. Бодит ертөнцийн ажиллагаанд үр ашгийг бууруулах хүндрэлүүдийг оруулдаг:

• Давтамжийн ачаалал нь давталттай дулааны стрессыг үүсгэдэг
• 1%-иар хэтрэх тусам гистерезийн алдагдлыг 5–8%-иар нэмэгдүүлдэг хүчдэлийн хэлбэлзэл
• Гармоник бүхий ачаалал нь турбулент гүйдлийн алдагдлыг ихэсгэдэг

Стратегийн ачааллын профайлыг ашигласнаар ачааллын хувийг оновчтой түвшинд барьж, хувьсах эрэлтийн улмаас үүсэх үр ашгийн алдагдлыг бууруулдаг.

Гол материалын ба загварчлал: Үр ашгийн чадвар болон амьдралын хугацаанд үзүүлэх нөлөө

Цахиурлаг болорын цөм vs. Тодорхой бүтэцтэй металл цөм: Үр ашиг, Гистерезис болон Турбулент гүйдлийн алдагдал

Ашигладаг цөмний материал нь системийн нийтлэг үр ашигт чадвар дээр томоохон нөлөө үзүүлдэг. Энгийн цахиурлаг болор нь гистерезис болон турбулент гүйдэл зэрэг шалтгаанаар энергиийн ойролцоогоор 1-2 хувийг алддаг. Гэтэл тодорхой бүтэцтэй металл хайлш нар өөр ярианы эзэн юм. Эдгээр материалуудын атомын санамсаргүй байрлал нь ийм алдагдлыг ойролцоогоор 60-70 хувиар бууруулдаг. Зарим шинэ загварууд хоосон явдлаар ажиллах үедээ 99.3 хүртэлх үр ашигтай байдаг. Гэхдээ энд нэг л анхаарах зүйл байдаг. Эдгээр тусгай хайлшууд маш хугарч эвдэрч боломтгой бөгөөд үнэ өндөртэй тул үйлдвэрлэлийн бүх процессын туршид тэдгээрийг маш болгоомжтой харьцах шаардлагатай.

Ороомогийн загварчлал ба эсэргүүцэл: Дулааны ажиллагаа ба үйлчилгээний хугацаанд үзүүлэх нөлөө

Зэврэлтгүй болон илүү үр дүнтэй загварчлалын тулд зэс ороомог нь гол сонголт байдаг тул түүний эсэргүүцэл нь харьцуулахад алуминтай ороомогоос ойролцоогоор 40 хувиар бага байдаг. Шинэ үеийн ороомгийн геометр, жишээ нь вертикаль хэвтвэрт дискний байрлал нь хоорондын зайны асуудал, хэт халсан цэгүүдийг багасгахад ихэд тусалдаг. Судалгаа нь дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын талбай ойролцоогоор 12 хувиар томроход ажиллаж буй температур ойролцоогоор 14 Цельсийн хэмээр буурдаг гэж харуулсан. IEC 60076-ийн стандарт дагуу энэ хэмийн бууралт нь изоляцийн үйлчилгээний хугацааг стандарт дүрмийн дагуу зургаас найм жилийн хооронд уртасгадаг.

Материалын чанар ба геометрийн загварчлал: Хугацааны турш үр дүнтэй ажиллахыг урьдчилан тодорхойлогч хүчин зүйлс

Үйлдвэрлэлийг зөв хийх нь цаг хугацааны туршид бүтээгдэхүүн хэрхэн тэсвэртэй байхад ихээхэн нөлөөтэй. Ихэнх хүмүүс ойлгохгүй байгаа ч жижиг дутагдалтай зүйлс чухал. Жишээ нь, давхарлуудын ирмэг дээрх жижиг шургуу болон ороомог дахь жигд бус зай. Эдгээр жижиг асуудлууд IEEE-ийн 2022 оны стандартын дагуу орон нутгийн алдагдлыг бараг 20 хувиар нэмэгдүүлж болно. Бодит ертөнцөд хийсэн зарим туршилтууд сонирхолтой зүйлийг олжээ. 0.23 мм өндөр нэвтрүүлэлттэй гангаар үйлдвэрлэсэн трансформаторууд энгийн 0.3 мм-ийн давхарланаас харьцуулахад износ гарахын өмнө ойролцоогоор 32 хувиар илүү хугацаа амьдардаг. Мөн лазераар огтсон холболтуудыг ч бид анхаарах ёстой. Үйлдвэрлэгчид эдгээрийг зөв хийх үед агаарын зайг бараг 90 хувиар бууруулдаг. Цөөн агаар нь соронзон урсгалын алдагдлыг багасгаж, ингэснээр нийтдээ илүү сайн үзүүлэлтэд хүргэдэг.

Өндөр үр ашгийн материалын загварчлал ба үйлдвэрлэлийн өртгийн хоорондын хамаарал

Аморф голч нь өнгөрсөн жилийн DOE-ийн тоо баримтаар насан туршдаа ойролцоогоор 18 мянган ам.долларын энерги зардлыг хэмнэх боломжтой ч эдгээр хэмнэлтүүд нь зардал шаарддаг. Эхний үеийн хөрөнгө оруулалт нь уламжлалт сонголтоос ойролцоогоор 2.3 дахин илүү байдаг тул жилийн турш тоног төхөөрөмжийг тасралтгүй ажиллуулах боломжгүй газруудад хөрөнгө оруулалтын өгөөжийг маш ихээр муутгаж байна. 2024 оны саяхны судалгааг харьцуулахад, судлаачид энерги хэмнэлт нь нэмэгдсэн худалдан авах үнээ давахын тулд операторууд жилд дунджаар 6,300 цаг ажиллах шаардлагатайг тогтоожээ. Хүнд инженерийн ашиглалт ба хөнгөн ачааны шаардлага хооронд орших ихэнх бизнесүүдийн хувьд аморф материал болон стандарт хөнгөн цагаан ороомогийг хослуулах нь ажиллагаа ба төсвийн хязгаарлалт хооронд зохистой тэнцвэрийг бий болгодог.

Хувиргағчийн ажиллаж буй температур ба дулааны стресс нь насанд үзүүлэх нөлөө

Ачааллын дор хувиргағчийн температур өсөлт ба халуун цэгийн динамик

Зэс ороомогт цахилгаан гүйдэл урсах үед I квадрат R алдагдалд холбогдуулан дулаан үүсдэг. Мөн зэрэгцээ сэрэлтийн үзэгдлээс болон байдалтай вихревой гүйдлүүдийн улмаас зүрхний хэсэгт алдагдал гардаг. Ихэнх инженерчид энэ дулаан ихэвчлэн ороомгийн яг гол хэсэгт хуримтлагддагийг мэднэ, учир нь дулаан гарах замгүй тусгаарлагдмал байдаг. Бид энэ хэсгийг хамгийн халуун цэг гэж нэрлэдэг. Энэ хамгийн халуун цэгийн хяналтанд анхаарлаа хандуулах нь шүүгээний нас буюу хэзээ солих шаардлагатай болохыг тодорхойлоход чухал мэдээлэл өгдөг.

Нэрлэгдсэн температураас зөвхөн 10°C-р илүү ажиллах нь үйлчилгээний насыг хагасыг нь бууруулдаг (IEEE C57.96), иймд үр дүнтэй хөргөлт ба ачааллын хяналтын чухлыг харуулж байна.

Дулааны хуурайшлын процесс ба Аррениусын загвар: Амьдралын хугацааны бууралтыг тооцоолох

Аррениусын загвар нь дамжуулагчийн температур хязгаарласан температураас 10°C-р бүр ихсэх тутамд задрал 2 дахин нэмэгдэж, хувилтуурын амьдралын хугацааг хоёр дахин богиносдоог (IEC 60076-11) харуулдаг. Энэ экспоненциал хамаарал нь дамжуулагчийн бүх ангилалд хамаатай:

Хамгийн их хязгаарын температураас 10–20°C-р доогуур ажиллах нь үйлчилгээний амьдралыг 100–200%-иар сунгах боломжийг олгоно.

Давхар ачаалал, дулааны стресс ба үр ашгийн бууралт хугацаа өнгөрөх тутам

Байнга давхар ачаалал өгөх нь нийлмэл дулааны стрессыг учруулдаг. Хэрэв чадлын 120% дээр ажиллавал I²R эффектийн улмаас алдагдал 44% нэмэгдэж, дамжуулагчийн нас баралт хурдасч, жил илүү 0.5–1.5% үр ашгийг бууруулдаг. Арван жилийн турш энэ нь үр ашгийг 15–20% бууруулах, амьдралын хугацааг 30–40% богиносгох магадлалтай.

Туршилтын тохиолдол: Үйлдвэрийн нөхцөлд ачааллыг муу удирдсаны улмаас дулааны зүй бус байдал

Үйлдвэрлэлийн үйлдвэрт трансформаторууд 25 жилийн хүлээгдэж буй амьдралын хугацаанаас хамаагүй богино, зөвхөн 12 жилийн дараа эртний гэмтэлд өртсөн. Шинжилгээ нь өдөрт 135% ачааллын оргилд хүрч, халуун цэгүүд 150°C хүрсэн нь тусгаарлагчийн задралыг идэвхижүүлсэн талаарх мэдээлэл өгсөн. Засварын арга хэмжээнд бодит цагт дулааны сенсор суулгах, трансформаторын чадлыг 15%-иар бууруулах орсон бөгөөд үүний дараа стабиль ажиллагаа сэргэсэн.

Хөргөлтийн системүүд ба урьдчилан хянах дулааны удирдлага

Хөргөлтийн аргууд (ONAN, ONAF, OFAF): Үр ашгийг болон үйлчилгээний харьцаа

Ялгаатай хөргөлтийн аргуудын үр дүнтэй байдал нь ихэвчлэн тэдгээрийн ажиллах чадвар болон удирдах нарийн төвөгтэй байдлын хооронд зөв холимог олоход оршино. Жишээ нь ONAN системүүд нь байгалийн агаарын урсгалд тулгуурладаг бөгөөд жижиг хэмжээний тоног төхөөрөмжийн хувьд ойролцоогоор 98.5% үр дүнтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч цаг хугацааны турш тасралтгүй их ачаалал өгсөн тохиолдолд асуудлууд гарч ирдэг. Тэгээд ONAF ба OFAF системүүд рүү орж, халуун цэгүүдийг илүү сайн зайлуулах зориулалтаар сэнс ашигладаг. IEEE-ийн 2022 оны стандартын дагуу эдгээр нь ердийн ONAN байгууламжуудтай харьцуулахад халуун цэгүүдийг ойролцоогоор 12-18°C-р бууруулдаг. Гэхдээ сул тал нь ийм ялзарсан агаарын системүүд нийтдээ ойролцоогоор 3-8% илүү их чадал зарцуулдаг бөгөөд илүү ихэвчлэн шалгалт, үйлчилгээ шаарддаг.

Халуун зэсэглэлтийг хянах, үр ашигийг хадгалахад хөргөлтийн үүрэг

Үр дүнтэй хөргөлт нь дулааны дамналыг саатуулж, үр ашигийг хадгалдаг. Ороомгийн температурыг 10°C-р бууруулах бүрт алдагдал 4–6%-р буурдаг. дулааны загварчлалын судалгаа . Шингэнд дүрсэн трансформаторууд ачааллын хэлбэлзэл үед температурыг тогтворжуулахын тулд тосны өндөр дулаан багтаамжийг ашигладаг бол хуурай төрлийн трансформаторууд цахилгаан тусгаарлагчийн гэмтэл үүсэхээс сэргийлэхийн тулд тохируулсан агаарын урсгалд хамаардаг.

Гажигийг эрт илрүүлэхийн тулд дулааны хяналт болон урьдчилан сэргийлэх засвар үйлчилгээ

Трансформаторын дээд талын тосны температурыг хянаж, шингэнд хий наалдах шинжилгээ хийснээр хэсэгчилсэн цахилгаан салах, гэмтэл үүсэх зэрэг асуудлыг маш эрт илрүүлэх боломжтой. CIGRE-ийн 2021 оны судалгаагаар илэрсэнээр, зүйл юм хугацаатай нь гэнэт зогсох үед л анхаардаг байгууллагатай харьцуулахад ийм урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээ авдаг цахилгаан компаниуд хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй зогсолтыг ойролцоогоор 30 хувиар багасгадаг. Мөн инфра улаан туяаны сканерлалт болон тосонд чийгшил шалгах аргууд ч байдаг. Эдгээр аргууд нь хөргөлтийн шингэний зүүдэвч, исэлдэлтийн шинж тэмдэгийг илрүүлж, эдгээр асуудал маш их хор хохирол учруулахаас хамаагүй өмнө нь гэнэт зогсолтыг урьдчилан сэргийлдэг.

Хяналтын системийн менежментэд ухаалаг сенсор болон шинжилгээг нэгтгэх

Орчин үеийн трансформаторууд нь бодит цагт температурыг хянах зорилгоор шилэн ширмийн сенсорыг шууд ороомогт суурилсан байдаг. Хөргөлтийн системийн судалгаанд харуулснаар адаптив алгоритмууд ачааллын бодит хэв маягийн дагуу сэнсний хурдыг тохируулдаг бөгөөд тусламжлах энерги хэрэглээг 15–22%-иар бууруулдаг. Клуб дээр суурилсан шинжилгээ нь термик хандлагыг түүхэн мэдээлэлтэй холбон, байдалд үндэслэсэн засвар үйлчилгээ болон насыг ±5%-ийн нарийвчлалтай урьдчилан таамаглах боломжийг олгодог.

Урт нас баригчийн тулд орчны хүчин зүйлс ба засвар үйлчилгээний стратеги

Чийг, хүчилтөрөгч болон бохирдол: Цахилгаан тусгаарлагчийн элэгдлийн механизм

Орчны нөхцөлд өртөх нь цахилгаан тусгаарлагчийн элэгдлийг хурдасгадаг. Чийг усанд задрах урвалыг эстэс (целлюлоз) дээр үүсгэх бөгөөд харьцангуй чийгшил 65%-оос давах үед диэлектрик бат бэхийг 60–70%-иар бууруулдаг. Хүчилтөрөгч нь тосны исэлдэлтийг дэмжих бөгөөд тагласан байдалгүй нэгжид жилд 8–12 ppm-ийн хурдаар хүчиллэг чанарыг нэмэгдүүлдэг (ASTM D3612). Тоос болон металл жижиг хэсгүүд дамжуулах зам үүсгэж бохирдох орчинд хэсэгчилсэн цахилгаан салгалтын түвшинг 40%-иар ихэсгэдэг.

Орчны нөхцөл: Чийгшил, бохирдол, температурын хэлбэлзэл

Хатуу орчны нөхцөл эрсдэлийг ихэсгэдэг. Хавиарх суурилуулалт нь давстай коррозид өртөмхий бөгөөд цахилгааны ороомогт харьцуу газар доторх байдлаас гурван дахин илүү хурдан элэгдэлтэд ордог. Өдөрт 30%-аас дээш чийгшил өөрчлөгдөх нь цаасны нас баригдлыг хурдасгадаг. Үйлдвэрийн бүсэд агаарт түрхэгдсэн жижиг хэсгүүд (>5 мг/м³) багана дээрх элэгдлийг хурдасгаж, 2023 оны NETA-ийн тайлангийн дагуу трансформаторын амьдралыг 4–7 жилийн хугацаагаар богиносгодог.

Хатуу орчинд битүүмжлэгдсэн ба хадгалагчтай трансформаторууд

Үндсэн засвар, үйлчилгээний арга зам: Хийн шинжилгээ, тосны шинжилгээ болон визуал шалгалт

Улиралд нэг удаа хийгдэх ууссан хийн шинжилгээ (DGA) гэсэн аргаар боловсронгуй доголдолын 87%-ийг илрүүлдэг бөгөөд гол заагчид нь хэт халалтанд этилен (>50 ppm), хэсэгчилсэн цахилгаан салстанд устөрөгч (>100 ppm) юм. Жилд нэг удаа тосны шинжилгээг дараах байдлаар баталгаажуулах ёстой:

• Цахилгаан тусгаарлалтын хүч (>56 кВ, 1" завсар)
• Гадаргын таталцлын хүч (<28 mN/м бол исэлдэлт явагдсаныг заана)
• Усны агууламж (<35 ppm, минерал тосны хувьд)

Хагас жилд нэг удаа инфра улаан туяаны сканерийн тусламжтайгаар гэмтэл гарахаас өмнө холболтын халсан цэгүүдийн 92%-ийг илрүүлдэг бөгөөд энэ нь NFPA 70B-ийн зөвлөмжид нийцнэ.

Түгээмэл асуулт

Трансформатор дахь энерги алдагдлын үндсэн эх үүсвэрүүд юу вэ?

Трансформатор дахь энерги алдагдлын гурван үндсэн эх үүсвэр нь гистерезисийн алдагдал, ороомог гүйдлийн алдагдал болон зэсний алдагдал юм.

Трансформаторын үр ашгийг хэрхэн сайжруулах вэ?

Трансформаторын үр ашгийг материал сонголт, ороомогийн загварыг сайжруулах, дулаан зохицуулагчийн үйл ажиллагааг сайжруулах замаар үр дүнтэй болгох боломжтой.

Орчны хүчин зүйлс трансформаторын амьдралд ямар нөлөө үзүүлэх вэ?

Чийгшил, хүчилтөрөгч, бохирдол, температурын хэлбэлзэл зэрэг орчны хүчин зүйлс нь тусгаарлагчийн элэгдэлийг хурдасгаж, трансформаторын амьдралд нөлөөлдөг.

Яагаад трансформаторт ухаалаг сенсоруудыг ашигладаг вэ?

Ухаалаг сенсоруудыг трансформаторт байрлуулан бодит цагт температурыг хянах, цаашид гарах доголдлыг урьдчилан таамаглан засвар үйлчилгээнийг хийх боломжийг олгодог.

Температурын хэлбэлзэл трансформаторын тусгаарлагчийн амьдралд ямар нөлөө үзүүлэх вэ?

Аррениусын загварын дагуу, ангилах температураас зөвхөн 10°C-р илүү ажилласан тохиолдолд трансформаторын тусгаарлагчийн үйлчилгээний хугацаа хагасыг нь алддаг.