سبب ظهور البقع الساخنة على المحولات في أوضاع التبريد

تفسير عامل البقع الساخنة للمحولات في أوضاع التبريد

بالعادة تحدد النقطة الأكثر سخونة في لف المحولات الكهربائية، والتي يشار إليها عادةً باسم النقطة الساخنة، والتي تتسم بقابلية التحميل وعمر المحول الطويل، كما يمكن “قياس درجة حرارة” النقطة الساخنة مباشرة باستخدام مستشعرات درجة حرارة الألياف الضوئية المدمجة في الملفات أثناء عملية التصنيع.

لذلك يتضح أن درجة حرارة النقطة الساخنة قد لا تكون موجودة في أعلى قرص المنعطف، ولكن في القرص 2 أو 3 من أعلى، كما هو مبين بالشكل التالي (1) لذلك؛ فإن النمذجة الحرارية الدقيقة للمحولات مطلوبة لدعم تحديد موضع مستشعرات درجة حرارة الألياف الضوئية.

لذلك لم يتم بعد تركيب مستشعرات خاصة بدرجة حرارة “الألياف الضوئية” على نطاق واسع للمحولات أثناء الخدمة، كما أن الإجراء القياسي لتحديد توزيع درجة الحرارة في المحولات هو اختبار ارتفاع درجة الحرارة، والذي مع ذلك لا يوفر درجة حرارة “النقطة الساخنة” مباشرة، لذلك فإنه يتم قياس درجة حرارة الزيت العلوي والسفلي إما بشكل مباشر أو غير مباشر، ويتم اشتقاق متوسط ​​درجة حرارة اللف من قياس مقاومة اللف.

أيضاً يمكن بعد ذلك اشتقاق درجة حرارة النقطة الساخنة وفقاً لمخطط حراري تم استخدامه لعقود، وفي الرسم البياني الحراري، يُفترض أن درجة حرارة الزيت داخل الملف تزداد خطياً من الأسفل إلى الأعلى، وهناك تدرج ثابت في درجة الحرارة (g) بين الملف والزيت المحيط، كما يُفترض أن تكون البقعة الساخنة أعلى الملف.

ومن أجل تعويض الخطأ بسبب الافتراضات الخطية، يتم جعل تدرج درجة الحرارة بين البقعة الساخنة والزيت العلوي مساوياً لـ (H × g)، حيث يُشار إلى (H) كعامل النقطة الساخنة ويُنظر إليها عموماً على أنها أكبر من وحدة، وعند القيام بذلك تم تحويل صعوبة تحديد درجة حرارة النقطة الساخنة في ملفات المحولات إلى تحديد (H).

كما ينتج عن عدم الدقة في تحديد (H) عدم اليقين من درجة حرارة النقطة الساخنة المشتقة، وبشكل عام؛ فإنه يتم استخدام (H) من [1.1 و 1.3] لمحولات التوزيع والنقل عندما لا تتوفر معلومات محددة حول المحولات. كما يرتبط (H) بتوزيع تدفق الزيت وتوزيع فقدان الطاقة في الملف.

تفسير عامل النقطة الساخنة للمحولات

إجراءات اللف الهندسي قيد التحقق

تم فحص ملفات المحولات من نوع القرص في هذه الورقة، ونظراً لأن الملف من نوع القرص له تواتر زاوي تمليه عدد الفواصل الشعاعية الموجودة على طول محيط القرص، كما يمكن تقليل هندسة اللف الحلقي ثلاثي الأبعاد (3D) إلى منطقة القطاع بين مجموعتين من الفواصل المجاورة.

لذلك يكون تدفق السوائل ونقل الحرارة في منطقة القطاع شبه ثنائي الأبعاد (2D)، كذلك يتم تقريب هندسة اللف بشكل أكبر إلى هندسة ثنائية الأبعاد متناظرة يتم فيها إهمال الظواهر التفصيلية في محيط الفواصل والشرائط، كما يمكن التخفيف من الاختلافات في نمط تدفق الزيت ودرجة حرارة النقطة الساخنة بين النماذج ثنائية وثلاثية الأبعاد من خلال مطابقة المعلمات التي لا أبعاد لها.

يظهر نموذج الملف ثنائي الأبعاد المتماثل المحور المحقق في الشكل التالي (1)، حيث يتم تقديم الأبعاد الهندسية التفصيلية، كما يتكون نموذج اللف من (3) ممرات مع (6) أقراص لكل ممر وارتفاع موحد للقناة الأفقية، بحيث يتم إهمال نصف قطر التقريب لكل خصلة لتسهيل عملية الربط.

تدفق السوائل ونقل الحرارة في الملف

يتم إنشاء الحرارة في خيوط النحاس بسبب الخسائر المقاومة وخسائر التيار الدوامي بمجرد تنشيط المحول، كما يمكن الحصول على توزيع الخسارة في الملف بشكل مستقل من خلال مراعاة هندسة اللف ومستوى التحميل وتوزيع تدفق التسرب وما إلى ذلك، وفي هذا الطرح، سيتم التركيز على عمليات تدفق السوائل ونقل الحرارة في الملف مع توزيعات خسارة معينة.

حيث أن التوصيل الحراري داخل كل حبلا نحاسي لا يكاد يذكر بسبب الموصلية الحرارية العالية وصغر حجم الشريط النحاسي، لذلك يخضع التوصيل من خلال العزل الورقي لقانون فورييه للتوصيل:

حيث يكون عامل (Q) هو نسبة فقد القدرة عند النقطة الساخنة إلى متوسط فقد القدرة في الملف، كما يخضع الحمل الحراري في مجال المائع، وهو الجزء الصعب من التحليل الحراري لقوانين حفظ الكتلة والزخم والطاقة.

أيضاً يمكن اعتبار درجة حرارة النقطة الساخنة (Ths) في الملف بمثابة مجموع أعلى درجة حرارة في مجال السائل (T′hs) وتدرج درجة الحرارة عبر عزل الورق (ΔT).

تحليلات الأبعاد على تدفق السوائل ونقل الحرارة

 المعادلات الحاكمة في مجال السوائل

بالنسبة لأوضاع تبريد (OD)؛ فإن تأثير قوة الطفو لا يكاد يذكر، لذلك؛ فإنه يمكن التعبير عن معادلات حفظ الكتلة والزخم والطاقة من أجل تدفق ثابت ثنائي الأبعاد لسائل غير قابل للضغط بخصائص ثابتة في إحداثيات أسطوانية.

كما يمكن ملاحظة بأن مصطلح التبديد اللزج للحفاظ على الطاقة مهمل؛ لأن سرعة الزيت صغيرة، وبالتالي فإن التبديد اللزج لا يكاد يذكر بالنسبة التوصيل.

التدفق ودرجة الحرارة في مجال السوائل

بالنسبة لأوضاع التبريد في (OD)، يحدد تدفق المبرد عملية نقل الحرارة، وذلك في حين أن نقل الحرارة له تأثير ضئيل على توزيع تدفق المبرد، لذلك؛ فإنه يمكن فصل تدفق السوائل ونقل الحرارة عن طريق تحديد تدفق المائع أولاً متبوعاً بتحديد انتقال الحرارة المقابل.

أيضاً يمكن ملاحظة أنه بالنسبة للهندسة المتعرجة الثابتة، والتي هي بمعنى بلا أبعاد مع جميع الأبعاد الهندسية التي تم قياسها مقابل (Dh) والضغط الساكن عديم الأبعاد (p *) والسرعات الأخرى عديمة الأبعاد (u ∗ r ، u ∗ z)، وهي وظائف للإحداثيات عديمة الأبعاد (r * ، z *) ورقم “رينولدز” عند مدخل المرور.

كما أن هنا(Re)، وهو المعامل في المعادلات التفاضلية للجريان بلا أبعاد، بحيث يرتبط معامل انخفاض الضغط الثابت على نموذج اللف بـ (p *) عند مدخل ومخرج الملف وترتبط نسبة تدفق الزيت في قناة أفقية معينة بـ (ur ∗ و uz ∗) في تلك القناة.

ونظراً لأن مواقع انخفاض الضغط ونسبة تدفق القناة ثابتة؛ فإن نسبة تدفق معامل انخفاض الضغط في القناة ليست سوى وظائف (Re) عند مدخل ممر اللف وحول الطرق التي يتم بها التحكم في معامل انخفاض الضغط وتوزيع التدفق بواسطة (Re) والمعلمات الهندسية عديمة الأبعاد.

بحيث يمكن ملاحظة جيداً أنه بالنسبة للهندسة المتعرجة الثابتة وتوزيع فقدان الطاقة الثابت في الحواس التي لا أبعاد لها؛ فإن درجة الحرارة عديمة الأبعاد (T *) هي دالة للإحداثيات عديمة الأبعاد (r * ،z *)، (Re) و (Pr).

كما إن درجة الحرارة الخالية من الأبعاد عند النقطة الساخنة في مجال السوائل، والتي يمكن أن يكون لها موقع واحد فقط، كما هي في الواقع المكون الحراري لعامل البقعة الساخنة (Hve)، لذلك؛ فإن (Hve) ليست سوى وظيفة من (Re) و (Pr).