هندسة التهوية بالمحولات من النوع الجاف وتبديد الحرارة: كيفية تحديد حجم الغرفة والفتحات والمراوح

أ إن kVA المقدر للمحولات من النوع الجاف يكون حقيقيًا فقط إذا كان التثبيت قادرًا على إزالة خسائره كحرارة. يتم تقليل حجم التهوية واللف بشكل أكثر سخونة مما تسمح به فئة العزل، حتى عند الحمل المقدر. تقدم هذه المقالة الحسابات الهندسية - المساحة الحرة للتيار الطبيعي، وتدفق الهواء للتبريد القسري، ومصيدة إعادة التدوير، وقواعد الخلوص، وتخفيض الارتفاع/الارتفاع المحيط - بحيث يتطابق التصميم مع لوحة الاسم.

لماذا تحدد بيئة التثبيت، وليس لوحة الاسم، الحد الأقصى

المحول من النوع الجاف لا يخفي حرارته؛ فهو يرميها في هواء الغرفة ويثق في أن الغرفة ستحملها بعيدًا. تقوم وحدة مملوءة بالزيت بنقل الحرارة عبر حلقة سائلة إلى المبرد الذي يمكن أن يجلس خارج الغرفة. لا تحتوي وحدة الراتنج المصبوب أو وحدة VPI من النوع الجاف على مثل هذه الحلقة - فمبردها الوحيد هو الهواء الذي يمر فوق اللفات، وهذا الهواء هو هواء الغرفة. كل واط مفقود يصبح واط يجب أن يستخرجه نظام التهوية، أو ترتفع درجة حرارة الغرفة حتى يصل الملف إلى حده الأقصى.

وهذا هو السبب نفسه يمكن أن يكون المحول من النوع الجاف بقدرة 1600 كيلو فولت أمبير خيارًا سليمًا في قاعة المحطات الفرعية جيدة التهوية وخطر الفشل المبكر في خزانة كهربائية مغلقة. الوحدة متطابقة. حدود التبريد ليست كذلك. يتم قياس حدود ارتفاع درجة الحرارة وفقًا للمعيار IEC 60076-11 - متوسط ​​ارتفاع الملف 100 كلفن للفئة F، و125 كلفن للفئة H، مع الإشارة إلى حد أقصى يبلغ 40 درجة مئوية - في ظل ظروف تبريد محددة. قم بتغيير هذه الشروط ولن يتم استيفاء الحد الأقصى، على الرغم من أن كيلو فولت أمبير المطبوع على اللوحة لم يتغير.

التوازن الحراري: ما تقوم بإزالته بالفعل

قبل تحديد حجم أي فتحة أو مروحة، قم بقياس الحمل. الحرارة المراد إزالتها هي الخسارة الإجمالية للمحول عند التشغيل المتوقع، وليس قدرته المقدرة.

P_heat = P0 + K² · بك + P_other

• P0 = فقدان عدم التحميل (يتم تشغيله عند تنشيط الوحدة)

• Pk = خسارة الحمل عند التيار المقنن

• K = عامل الحمولة (الحمل الفعلي ÷ الحمولة المقدرة)

• P_other = الحرارة المنبعثة من المعدات المجاورة التي تتقاسم الغرفة (المفاتيح الكهربائية، محركات الأقراص، البطاريات)

يعد تغيير حجم المروحة من كيلو فولت أمبير بدلاً من ورقة الخسارة هو خطأ التهوية الأكثر شيوعًا. تبدد وحدة 1600 كيلو فولت أمبير مع P0 = 2.4 كيلووات وPk = 12 كيلووات حوالي 14.4 كيلووات عند التحميل الكامل - ما يقرب من 0.9% من تصنيفها. يمكن لمحولين بنفس كيلو فولت أمبير من تصميمات مختلفة أن يكون لهما أرقام خسارة تتراوح بين 30 إلى 50%، وهذه الفجوة هي متطلبات التبريد بأكملها. ابدأ من ورقة الخسارة دائمًا.

التهوية الطبيعية: تحجيم المنطقة الحرة

عندما لا يتم تركيب التبريد القسري (واجب)، تتنفس الغرفة من خلال الفتحات. يدخل الهواء البارد إلى مستوى منخفض، ويمتص الحرارة، ويخرج عاليًا - وهو تأثير المكدس. يتم تقدير المساحة الحرة (دون عائق) المطلوبة عند كل فتحة من الحرارة وارتفاع درجة الحرارة المسموح به للهواء المستخرج:

المساحة الحرة (m²) ≈ P_heat(W) ÷ (20 × ΔT × v)

حيث ΔT هو ارتفاع درجة حرارة هواء الغرفة المسموح به فوق المحيط (عادةً 10-15 كلفن) وv هي سرعة الهواء خلال الفتحة (عادةً 1-2 م/ث). وللتحقق من سلامة العقل، فإن القاعدة الأساسية المستخدمة على نطاق واسع هي حوالي 1 م⊃2؛ مساحة تهوية مجانية لكل 1000 واط من الحرارة - لكن الصيغة هي التقدير الهندسي ولا يتفق الاثنان إلا عندما تكون السرعة المفترضة واقعية.

المنطقة الحرة في الرسم لا تكون أبدًا هي المنطقة الحرة التي يراها الهواء. تحتوي الكوة أو الشبكة على نسبة مساحة حرة — عادة ما تكون 0.5 إلى 0.7 من الفتحة الهندسية — لأن القضبان والإطارات تمنع التدفق. 30 م² قد يؤدي الفتح الهندسي إلى توفير ~18–21 م⊃2 فقط؛ من المنطقة الحرة الحقيقية. دائمًا ما يكون الحجم من معامل المنطقة الحرة المنشور من قبل الشركة المصنعة، وليس من مساحة الفتحة.

التهوية القسرية: صيغة تدفق الهواء

عندما يتعذر على تيار الهواء الطبيعي التخلص من الحرارة - وحدات كبيرة، أو بيئة محيطة عالية، أو حاوية محكمة الغلق - تتم إضافة المراوح (واجب التركيز البؤري التلقائي). يأتي تدفق الهواء المطلوب مباشرة من توازن حرارة الهواء:

Q = P_heat ÷ (ρ × c × ΔT)

بكثافة هواء ρ ≈ 1.2 كجم/م⊃3؛ والحرارة النوعية c ≈ 1005 J/(kg·K) في ظروف الغرفة القريبة. أعيد ترتيبها والتعبير عنها في الساعة:

تدفق الهواء (m³/h) ≈ 3.0 × P_heat(W) ÷ ΔT

عملت المثال. وحدة من الراتنج المصبوب بقدرة 1600 كيلو فولت أمبير، فئة F، محملة إلى K = 0.8:

• P0 = 2.4 كيلوواط، Pk = 12 كيلوواط

• P_heat = 2400 + 0.8² × 12000 = 2400 + 7680 = 10080 وات

• ΔT مسموح به = 15 ك

• س ≈ 3.0 × 10080 ÷ 15 ≈ 2016 م³/ساعة (حوالي 0.56 م³/ث)

عند التحميل الكامل (K = 1، P_heat = 14.4 kW) تحتاج نفس الغرفة إلى 2880 م³/ساعة تقريبًا. لاحظ أن هذا هو تدفق الهواء النظري من توازن الحرارة. يجب أن يضيف الاختيار الحقيقي هامشًا لانسداد الفلتر، وانحناءات القنوات، وتقادم المروحة - يعد الارتفاع بنسبة 15-25% أمرًا طبيعيًا - ويؤكد نقطة تشغيل المروحة مقابل منحنى ضغط النظام، وليس فقط تصنيف التوصيل المجاني الخاص بها.

مصيدة إعادة التدوير: دائرة قصر للهواء الساخن

أغلى خطأ في التهوية ليس قلة الهواء، بل هو الهواء الذي لا يغادر أبدًا. إذا كان مخرج العادم ومدخل الهواء النقي قريبين جدًا، أو إذا كانت الوحدة موجودة في جيب حيث يتم سحب تدفقها الخارجي للخلف عبر اللفات، فإن تيار العادم الذي عملت المراوح للتو على إنتاجه يتم امتصاصه مباشرة مرة أخرى إلى المدخل. يُظهر مقياس التيار المروحي تيارًا صحيًا، ويبدو مقياس تدفق الهواء جيدًا، ولا يزال الملف ساخنًا جدًا - لأن الهواء المتداول دافئ بالفعل.

منع ذلك بالتخطيط، وليس بالأمل: ضع المداخل منخفضة والمنافذ مرتفعة على الجدران المقابلة حيثما أمكن ذلك؛ إبقاء العادم أعلى بكثير وبعيدًا عن المدخول؛ قم بإخراج العادم بالكامل من الغرفة بدلاً من تركه ينسكب في نفس المساحة؛ وتجنب تركيب المحول في فترة راحة أو على الحائط الذي يجبر تدفقه إلى الخارج على الانحناء مرة أخرى فوق الجزء العلوي. إن الفصل والاتجاه مهمان أكثر من الأمتار المكعبة الخام.

الخلوصات : المسافة التي تسمح للهواء بالتحرك

إن الخلوص المحدد كرقم على الخطة والخلوص الذي يسمح للهواء بالتحرك هما شيئان مختلفان. يوجد الحد الأدنى من التباعد حول محول من النوع الجاف بحيث يمكن للهواء الاقتراب من الأسطح المتعرجة من جميع الجوانب وحتى لا يتم تغطية العمود الساخن فوق الوحدة بسقف منخفض. يحافظ التوجيه النموذجي على عدة مئات من المليمترات من فجوة الهواء الصافية للأجزاء الحية وجدران العلبة، ويتطلب مساحة رأسية فوق الوحدة للعمود الساخن المرتفع. عندما تكون الوحدة محاطة بمبيت مصنف وفقًا لـ IP، يصبح مسار التهوية الخاص بالعلبة - وليس مسار الغرفة - هو الفتحة المقيدة، ويتم تطبيق قواعد المنطقة الحرة وإعادة التدوير داخل العلبة أولاً.

الارتفاع والبيئة المحيطة: تقليل التبريد

تبريد الهواء هو عمل ذو تدفق كبير. مع ارتفاع الارتفاع، تنخفض كثافة الهواء، وبالتالي فإن خرج المروحة الحجمية يحمل حرارة أقل. والدليل العملي هو زيادة تدفق الهواء المطلوب بنحو 10% لكل 1000 متر من الارتفاع، أو خفض سرعة الوحدة وفقًا لذلك. المحول المحدد عند مستوى سطح البحر والمثبت على ارتفاع 2000 م يفقد حصة كبيرة من هامش التبريد ما لم يتم تصحيح التهوية.

تعمل درجة الحرارة المحيطة بنفس الطريقة من الأعلى. تفترض اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) درجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية كحد أقصى؛ وفوق ذلك، يتم تطبيق خفض القدرة - ما يقرب من 1% من السعة لكل درجة مئوية فوق 40 درجة مئوية هي قاعدة شائعة مرتبطة بالمواصفة IEC 60076-12. المحول المقنن لـ 40 درجة مئوية هو، في الواقع، مقدر للهواء 40 درجة مئوية الذي يصل فعليًا إلى الملف، وهي درجة حرارة الغرفة بعد التهوية، وليس درجة الحرارة الخارجية على لوحة الاسم.

تصنيف التركيز البؤري التلقائي موجود فقط أثناء تشغيل المراوح

تحتوي الوحدة ذات تصنيف AN/AF على سعتين: رقم AN السفلي مع توقف المراوح، ورقم AF الأعلى مع تشغيل المراوح. التصنيف الثاني للمحول موجود فقط أثناء تشغيل المراوح فعليًا. إذا فشل إمداد المروحة، فيجب أن يقوم المفتاح الحراري بدفع الوحدة إلى حد AN الخاص بها - وإذا لم يكن هناك مثل هذا التعشيق، فإن المحول يعمل بصمت بما يتجاوز تصنيف التبريد الخاص به. حدد التحكم في المروحة من خلال درجة حرارة الملف (مستشعرات Pt100)، والتشغيل المرحلي، وحدود الإنذار والرحلة المحددة مقابل فئة العزل (على سبيل المثال، الإنذار بالقرب من 140 درجة مئوية، والرحلة بالقرب من 150 درجة مئوية للفئة F)، وتكرار كافٍ للمروحة بحيث لا يؤدي فشل محرك واحد إلى انهيار التبريد.

التقليدية مقابل التنفيذ الصحيح، في لمحة

البعد	النهج التقليدي	النهج الهندسي
أساس التحجيم	كيلو فولت أمبير للوحدة	إجمالي الخسارة P0 + K⊃2؛·Pk من الورقة
منطقة حرة	حجم الافتتاح الهندسي	المساحة الحرة الفعالة × معامل التهوية
تدفق هواء المروحة	رقم كتالوج التوصيل المجاني	التوازن الحراري Q + منحنى الهامش مقابل الضغط
تَخطِيط	مدخل/مخرج حيثما كان ذلك مناسبا	مدخل منخفض، مخرج مرتفع، منفصل، لا يوجد إعادة تدوير
الارتفاع/المحيط	تم التجاهل	تدفق الهواء +10%/1000 م؛ يخفض درجة الحرارة فوق 40 درجة مئوية
واجب AF	يفترض المشجعون دائمًا	التعشيق، التنبيه/الرحلة، التكرار

ما يجب وضعه في مواصفات التصميم أو الشراء

1. اذكر أرقام الخسارة، وليس كيلو فولت أمبير فقط. تتطلب P0 وPk عند درجة حرارة العقد، وعامل الحمل المتوقع K، لذلك يمكن تحديد حجم التهوية من الحرارة بدلاً من التصنيف.

2. حدد تدفق هواء توازن الحرارة مع ΔT وهامش 15-25%، واطلب منحنى المروحة لمسح ضغط النظام بما في ذلك المرشحات والقنوات.

3. يتطلب التحقق الفعال من المنطقة الحرة للتيار الطبيعي: يتم تطبيق معامل المنطقة الحرة للفتحة على الفتحة الهندسية، مع انخفاض المدخل وارتفاع المخرج.

4. حظر إعادة التوزيع حسب التخطيط. تحديد الحد الأدنى للفصل بين المدخل والمخرج والقنوات الكاملة للعادم خارج الغرفة؛ رفض التصاميم حيث يمكن للتدفق الخارجي إعادة الدخول إلى المدخول.

5. أعلن الارتفاع والبيئة المحيطة. إذا تجاوز الموقع 1000 متر أو 40 درجة مئوية، فاطلب زيادة تدفق الهواء المقابلة أو تخفيض السعة كتابيًا.

6. تفويض AF التعشيق. بالنسبة للوحدات التي يتم تبريدها قسريًا، يلزم التحكم في المروحة على أساس درجة الحرارة، وعتبات الإنذار/التعثر مقابل فئة العزل، وتكرار المروحة - وتأكد من أن الوحدة تنخفض بشكل آمن إذا توقفت المراوح.

التعليمات

س: هل يمكنني فقط استخدام كيلو فولت أمبير لاختيار مروحة تهوية؟ ج: لا. إن حمل التبريد هو خسارة المحول (P0 + K²·Pk)، وهو جزء من نسبة كيلو فولت أمبير ويختلف بشكل كبير بين التصميمات ذات نفس التصنيف. يؤدي التحجيم من kVA إلى زيادة حجم بعض الغرف بشكل منهجي وتقليل حجم الغرف الأخرى بصمت. ابدأ من ورقة الخسارة.

س: فتحة التهوية كبيرة بما يكفي - لماذا لا يزال المحول ساخنًا؟ ج: الفتحة الهندسية ليست المساحة الحرة. عادةً ما تمر الكوة بنسبة 50-70٪ فقط من بصمتها كتدفق مفتوح، وإذا تم سحب العادم مرة أخرى إلى المدخل (إعادة التدوير)، فحتى الفتحات المثالية لن تكون مفيدة. تحقق من معامل المنطقة الحرة وفصل المدخل والمخرج.

س: هل الارتفاع يغير بالفعل متطلبات التبريد؟ ج: نعم. يحمل الهواء الأقل سمكًا على الارتفاع حرارة أقل لكل متر مكعب، وبالتالي فإن نفس المروحة تحرك طاقة حرارية أقل. القاعدة العملية هي زيادة تدفق الهواء بحوالي 10% لكل 1000 متر، أو ما يعادله من خفض القدرة. إن تصميم مستوى سطح البحر المعاد استخدامه على ارتفاع 2000 متر سيكون أكثر سخونة ما لم يتم تصحيحه.

س: ماذا يحدث لمحول AN/AF إذا تعطلت المراوح؟ ج: يعود إلى تصنيفه الأدنى. بدون التعشيق الحراري، يمكنه الاستمرار في حمل حمل التركيز البؤري التلقائي العالي وارتفاع درجة الحرارة. يجب أن تتطلب المواصفات التحكم في المروحة على أساس درجة الحرارة مع التنبيه والفصل، بالإضافة إلى التكرار حتى لا يؤدي فشل مروحة واحدة إلى انهيار التبريد.

س: ما مقدار ارتفاع درجة الحرارة الذي يجب أن أسمح به لحساب التهوية؟ ج: الممارسة الشائعة هي 10-15 كلفن لارتفاع درجة حرارة الهواء عبر الغرفة أو المنطقة المغلقة. يحتاج ΔT الأصغر إلى تدفق هواء أكثر بكثير (الصيغة متناسبة عكسيًا)، لذا فإن ΔT المسموح بها عبارة عن مقايضة مباشرة بين رأس المال ومساحة الأرضية - التحكم الأكثر إحكامًا في درجة الحرارة يكلف المزيد من المروحة أو المزيد من الفتح.

الوجبات الجاهزة

تعد لوحة اسم المحول من النوع الجاف kVA بمثابة وعد يعتمد كليًا على احتفاظ الغرفة بجانبها من الصفقة. حجم التهوية من ورقة الخسارة، وليس التصنيف؛ فتحات الحجم من المساحة الحرة الفعالة، وليس الهندسة؛ وقم بتصميم التصميم بحيث يغادر الهواء الساخن فعليًا. أضف الارتفاع وخفض درجة الحرارة المحيطة، وقفل التركيز البؤري التلقائي الذي يحمي الوحدة عند توقف المراوح، ويوفر نفس الصندوق الأخضر عمره الافتراضي بدلاً من التقادم مبكرًا في خزانة مغلقة. ارتفاع درجة حرارة الغرفة ليس رقما مريحا؛ إنه جزء من ميزانية درجة حرارة المحول - وهذه الميزانية هي ما تتم كتابته ضد فئة العزل.