تحليل كامل لخصائص وتطبيقات المحولات الجافة

كمكون أساسي لا غنى عنه لنظم الطاقة الحديثةمحولات النوع الجاف تستبدل بسرعة المحولات التقليدية المغمورة بالزيت في جميع أنحاء العالم بتصميمها الفريد الخالي من الزيت وأداء السلامة المتفوق.

المفاهيم الأساسية ومبادئ تشغيل المحولات الجافة

محولات الطاقة الجافة هي محولات الطاقة التي لا تستخدم وسيط عازل سائل (مثل زيت المحول).يتم تعريض طياتها وجذورها مباشرة للهواء أو تغليفها بمادة عازلة صلبةبالمقارنة مع المحولات التقليدية المغمورة بالزيت ، تستخدم المحولات من النوع الجاف مواد عازلة صلبة (مثل الراتنج الايبوكسي والألياف الزجاجية) لتحقيق العزل الكهربائي بين الملفوفات ،القضاء تماما على خطر تسرب النفط والحريقوهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب سلامة عالية وحماية البيئة. استنادًا إلى طريقة العزل ، يتم تقسيم محولات النوع الجاف إلى فئتين أساسًا:مغمورة (VPI) ومصنوعة (CRT)يستخدم الأول عملية غرس الضغط تحت الفراغ لتغطية الملفات باللون العازل ، في حين يستخدم الأخير رزين إيبوكسي مُصب تحت الفراغ لتشكيل طبقة واقية عازلة صلبة.

من حيث مبدأ عملهم، ما زالت المحولات الجافة تلتزم بالمبدأ الفيزيائي الأساسي للتحفيز الكهرومغناطيسي.إنه يولد تدفق مغناطيسي متبادل في النواة، والتي بدورها تحفز قوة كهربائية في التلف الثانوية، وتحقيق تحويل الجهد.المحولات الجافة تنفذ هذا المبدأ الأساسي من خلال تصميم هيكلي فريد واختيار المواد لتحسين الأداءعلى سبيل المثال، تستخدم تكنولوجيا المحولات النوعية الجافة التي تم تطويرها حديثًا من قبل شركة TBEA ثلاثة أرجل محورية متوازية مع محاورها عمودية على السطح السفلي.هذا يؤدي بشكل فعال إلى تحسين توزيع المجال المغناطيسي وتقليل خسائر التداول والتيار الدواميهذا الهيكل الابتكاري للقلب، جنبا إلى جنب مع الملفات منخفضة الجهد والفولية الملفوفة خصيصا (مع زاوية التلف مُسيطر عليها بين 175 درجة و 185 درجة)يحسن بكثير كفاءة طاقة المحول.

المحولات من النوع الجاف لديها مجموعة واسعة من القدرات الاسمية، والتي تتراوح من عشرات كيلو إف إيه إلى عشرات الآلاف من كيلو إف إيه، مع محولات من النوع الجاف 1000 كيلو إف إيه هي منتج رئيسي في السوق.هذه المحولات عادة ما تستخدم صفائح الصلب السيليكونية عالية الشفافية المصفوفة للقلبيتم صب الملفوفات تحت الفراغ ، ويتم تحقيق استبعاد الحرارة الفعال من خلال أنظمة تبريد الهواء الطبيعي أو القسري. من حيث مستوى الجهد ،تطورت المحولات الجافة من 10kV التقليدية و 35kV إلى 66kV اليوم و حتى أعلى.

تعكس أسماء محولات النوع الجاف عموماً خصائصها التقنية. في سلسلة "SCB" ، "S" تعني ثلاث مراحل ، "C" للنوع المصبوب ، و "B" للفيات الورقية.الرقم التالي يمثل مستوى الأداء؛ على سبيل المثال ، "SCB18" يشير إلى كفاءة استخدام الطاقة التي تلبي معيار النوع 18. مع التقدم التكنولوجي ، يستمر تقييم كفاءة استخدام الطاقة للمحولات من النوع الجاف في التحسن.استخدام المواد الجديدة مثل السبائك غير الملموسة قد خفضت كل من الخسائر دون حمولة وحمل بحوالي 15٪ إلى 20٪ مقارنة مع المحولات التقليدية المغمورة بالزيتهذه التطورات التكنولوجية جعلت المحولات من النوع الجاف أكثر أهمية في تحديث نظام الطاقة وتطوير الطاقة المتجددة.

الابتكارات في هيكل الأساس والمواد في المحولات الجافة

يحدد التصميم الهيكلي للمحولات من النوع الجاف مباشرة أدائها ومدة خدمتها.والعمل الموثوق به من خلال تكوين المكونات المتطورة وتطبيق المواد المبتكرةيتكون المحول النموذجي من أربعة مكونات أساسية: النواة، التلفات، نظام العزل، ونظام التبريد.يتم تصميم كل مكون بدقة وتحسينها لتلبية المتطلبات الصعبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة.

تشكل هيكل النواة الحديدية أساس الدائرة المغناطيسية للمحول من النوع الجاف. عادة ما يتم بناؤها عن طريق طلاء أوراق الفولاذ السيليكونية المطاطية باردة عالية الشفافية.سمك وعملية طلاء أوراق الصلب السيليكونية تؤثر بشكل مباشر على خسائر المحول بدون حمولةأحدث تكنولوجيا براءة اختراع من تيبيا تظهر نهجا مبتكرا لتصميم الأساس الحديدي: هيكل مع ثلاثة أرجل متوازية للقاعدة، مع محاورها عمودية على القاعدة،تحسين توزيع المجال المغناطيسي بشكل فعال وتقليل فقدان الطاقةأكثر تقدماً هي قلوب الحديد المصنوعة من سبائك غير متبلورة، والتي يمكن أن تقلل من خسائر عدم الحمل بأكثر من 30٪ مقارنة مع أوراق الصلب السيليكونية التقليدية،مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات ذات التقلبات الكبيرة في الحملعلى الرغم من كلفتها، إلا أن السبائك غير المتحركة تقدم فوائد كبيرة في توفير الطاقة على مدار دورة حياتها بأكملها وتصبح ميزة قياسية للمحولات الجافة الراقية.

نظام التلف ، كجزء من دائرة المحول في محول من النوع الجاف ، له تأثير مباشر على خسائر الحمل ومقاومة الدائرة القصيرة.الملفوفات الحديثة للمحولات الجافة مصنوعة في المقام الأول من النحاس والألومنيوميقدم النحاس توصيلًا متفوقًا ولكن بتكلفة أعلى ، في حين أن الألومنيوم يقدم سعرًا أكثر تنافسية. في تصميم TBEA الممتلك براءة الاختراع ، يتم تجهيز كل ساق أساسية بلفة منخفضة الجهد ،الملفوفة بطبقات متعددة من الورق حول المحيط الخارجي للساق الأساسيةهذا الهيكل لا يحسن فقط الكفاءة ولكن أيضا يقلل من فقدان الطاقة الناجمة عن التيارات الدورانية.إنشاء طبقة واقية عازلة قوية يمكنها مقاومة ارتفاعات الجهد العالي وتبديد الحرارة بفعالية.

نظام العزل هو سمة رئيسية تميز المحولات الجافة عن المحولات المغمورة بالزيت وهو عامل حاسم في سلامتها.تستخدم المحولات الحديثة من النوع الجاف بشكل أساسي طرق العزل من صب الراتنج الايبوكسي أو غرس الضغط الفراغ (VPI)صب الراتنج الايبوكسي يغلق تماما الملفات في المواد العازلة، وتوفير مقاومة ممتازة للرطوبة والغبار.شنت إلكتريك تستخدم هذه التكنولوجيا للحفاظ على ضوضاء المحولات في مراكز البيانات أقل من 50 ديسيبلتكنولوجيا VPI، من ناحية أخرى، تستخدم إغراقات ضغط فراغ متعددة لإدخال اللون العازل بعمق في الملفوفات، وتشكيل طبقة عازلة موحدة.أحدث المحولات الجافة لشركة Jingquanhua تتميز بتصميم نظام عزل محسن، توفير حل أكثر أمانا وموثوقية لتزويد الطاقة لمراكز البيانات.

نظام التبريد له تأثير حاسم على قدرة الحمل وعمر المحولات الجافة.المحولات الجافة تعتمد بشكل رئيسي على تحريك الهواء لتبديد الحرارةتشمل طرق التبريد الشائعة تبريد الهواء الطبيعي (AN) وتبريد الهواء القسري (AF). عادة ما يتم تصميم محولات الطراز الجاف ذات القدرة الكبيرة في الوضع الهجين AN / AF ،الذي يبرد بشكل طبيعي تحت الحمل الطبيعي ويشغل المروحة للتبريد القسري عند الإفراط في الحملمن خلال تحسين تصميم قناة الهواء ومساحة تبديد الحرارة ، يمكن أن تحافظ محولات النوع الجاف 1000kVA على ارتفاع درجة الحرارة ضمن نطاق معقول حتى تحت الحمل الكبير.تعتمد محولات النوع الجاف من 66 كيلو فولت من شركة إنفيزيون للطاقة على توربينات الرياح البحرية تصميمًا صغيرًا للغاية، لتحقيق انبعاث حرارة فعال في مساحة محدودة، وتلبية متطلبات التشغيل في البيئات البحرية القاسية.