การระบายอากาศของหม้อแปลงชนิดแห้งและวิศวกรรมการกระจายความร้อน: วิธีปรับขนาดห้อง ช่องเปิด และพัดลม

ก พิกัด kVA ของหม้อแปลงชนิดแห้ง จะเป็นค่าจริงก็ต่อเมื่อการติดตั้งสามารถขจัดการสูญเสียเนื่องจากความร้อนได้ การระบายอากาศมีขนาดเล็กลงและการม้วนจะร้อนกว่าชั้นฉนวนที่อนุญาต แม้จะอยู่ที่โหลดที่กำหนดก็ตาม บทความนี้จะให้การคำนวณทางวิศวกรรม — พื้นที่ว่างสำหรับกระแสลมตามธรรมชาติ, การไหลเวียนของอากาศสำหรับการทำความเย็นแบบบังคับ, กับดักการหมุนเวียน, กฎระยะห่าง และการลดพิกัดระดับความสูง/สภาพแวดล้อม — ดังนั้นการออกแบบจึงตรงกับแผ่นป้ายชื่อ

เหตุใดสภาพแวดล้อมการติดตั้ง ไม่ใช่แผ่นป้าย จึงกำหนดขีดจำกัด

หม้อแปลงชนิดแห้งไม่ได้ซ่อนความร้อน มันจะโยนมันขึ้นไปในอากาศในห้องและไว้วางใจให้ห้องขนมันออกไป หน่วยที่เติมน้ำมันจะถ่ายเทความร้อนผ่านห่วงของไหลไปยังหม้อน้ำที่สามารถตั้งอยู่นอกห้องได้ ยูนิตแบบแห้งแบบหล่อเรซินหรือ VPI ไม่มีการวนซ้ำ — สารหล่อเย็นเพียงอย่างเดียวคืออากาศที่ไหลผ่านขดลวด และอากาศนั้นคืออากาศของห้อง ทุกวัตต์ที่สูญเสียไปจะกลายเป็นวัตต์ที่ระบบระบายอากาศต้องดึงออกมา หรืออุณหภูมิห้องจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งขดลวดถึงขีดจำกัด

เหตุนี้จึงเหมือนกัน หม้อแปลงชนิดแห้งขนาด 1600 kVA เป็นทางเลือกที่ดีในห้องโถงสถานีย่อยที่มีการระบายอากาศที่ดี และมีความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวก่อนกำหนดในตู้ไฟฟ้าที่ปิดสนิท ตัวเครื่องก็เหมือนกัน ขอบเขตความเย็นไม่ได้ ขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ IEC 60076-11 — การเพิ่มขึ้นของขดลวดโดยเฉลี่ย 100 K สำหรับคลาส F, 125 K สำหรับคลาส H อ้างอิงถึงอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด 40 °C — วัดภายใต้สภาวะการทำความเย็นที่ระบุ เปลี่ยนเงื่อนไขเหล่านั้นแล้วจะไม่เป็นไปตามขีดจำกัดอีกต่อไป แม้ว่า kVA ที่พิมพ์บนจานจะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม

ความสมดุลของความร้อน: สิ่งที่คุณกำลังจะกำจัดออกจริงๆ

ก่อนที่จะปรับขนาดช่องเปิดหรือพัดลม ให้คำนวณปริมาณโหลด ความร้อนที่จะเอาออกคือการสูญเสียทั้งหมดของหม้อแปลงไฟฟ้าตามหน้าที่ที่คาดหวัง ไม่ใช่กำลังไฟพิกัด

P_ความร้อน = P0 + K² · Pk + P_อื่นๆ

• P0 = การสูญเสียขณะไม่มีโหลด (เปิดทุกครั้งที่มีการเปิดเครื่อง)

• Pk = การสูญเสียโหลดที่พิกัดกระแส

• K = ปัจจัยโหลด (โหลดจริง τ โหลดพิกัด)

• P_other = ความร้อนจากเกียร์ที่อยู่ติดกันซึ่งใช้ห้องร่วมกัน (สวิตช์เกียร์ ตัวขับเคลื่อน แบตเตอรี่)

การกำหนดขนาดพัดลมจาก kVA แทนที่จะเป็นจากแผ่นสูญเสียถือเป็นข้อผิดพลาดในการระบายอากาศที่พบบ่อยที่สุด หน่วย 1600 kVA ที่มี P0 = 2.4 kW และ Pk = 12 kW จะกระจายประมาณ 14.4 kW ที่โหลดเต็ม — ประมาณ 0.9% ของพิกัด หม้อแปลงสองตัวที่มี kVA เท่ากันจากการออกแบบที่แตกต่างกันอาจมีค่าการสูญเสียห่างกัน 30–50% และช่องว่างนั้นคือข้อกำหนดในการทำความเย็นทั้งหมด เริ่มจากใบขาดทุนเสมอ

การระบายอากาศตามธรรมชาติ: ปรับขนาดพื้นที่ว่าง

ในกรณีที่ไม่ได้ติดตั้งการทำความเย็นแบบบังคับ (หน้าที่) ห้องจะหายใจผ่านช่องเปิด อากาศเย็นเข้ามาต่ำ ดูดซับความร้อน และปล่อยไว้สูง — เอฟเฟกต์ซ้อนกัน พื้นที่ว่าง (ไม่มีสิ่งกีดขวาง) ที่ต้องการในแต่ละช่องจะประมาณจากความร้อนและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาตของอากาศที่สกัดออกมา:

พื้นที่ว่าง (m²) ۞ P_heat(W) ۞ (20 × ΔT × v)

โดยที่ ΔT คืออุณหภูมิห้อง-อากาศที่เพิ่มขึ้นเหนือสภาพแวดล้อมโดยรอบ (โดยทั่วไปคือ 10–15 K) และ v คือความเร็วลมที่ผ่านช่องเปิด (โดยทั่วไปคือ 1–2 m/s) ในการตรวจสอบสุขภาพ กฎทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือประมาณ 1 m² ของพื้นที่ระบายอากาศอิสระต่อความร้อน 1,000 วัตต์ - แต่สูตรนี้เป็นประมาณการทางวิศวกรรม และทั้งสองจะตกลงกันเมื่อความเร็วที่สมมติเป็นจริงเท่านั้น

พื้นที่ว่างบนภาพวาดแทบจะไม่เคยเป็นพื้นที่ว่างที่อากาศมองเห็นเลย บานเกล็ดหรือตะแกรงมีอัตราส่วนพื้นที่ว่าง — โดยทั่วไปคือ 0.5 ถึง 0.7 ของช่องเปิดทางเรขาคณิต — เนื่องจากราวและเฟรมกีดขวางการไหล 30 ม.² ช่องเปิดทางเรขาคณิตอาจให้เพียง ~18–21 m² ของพื้นที่ว่างที่แท้จริง กำหนดขนาดจากค่าสัมประสิทธิ์พื้นที่ว่างที่ผู้ผลิตเผยแพร่เสมอ ไม่ใช่รอยเท้าของช่องเปิด

การระบายอากาศแบบบังคับ: สูตรการไหลของอากาศ

เมื่อกระแสลมตามธรรมชาติไม่สามารถขจัดความร้อนได้ - ยูนิตขนาดใหญ่ สภาพแวดล้อมสูง หรือตู้ที่ปิดสนิท - จึงมีการเพิ่มพัดลม (หน้าที่ AF) การไหลเวียนของอากาศที่ต้องการมาจากสมดุลความร้อนของอากาศโดยตรง:

Q = P_ความร้อน ۞ (ρ × c × ΔT)

มีความหนาแน่นของอากาศ ρ γ 1.2 กก./ม.³ และความร้อนจำเพาะ c γ 1005 J/(kg·K) ที่สภาวะห้องใกล้เคียง จัดเรียงใหม่และแสดงต่อชั่วโมง:

การไหลของอากาศ (m³/h) data 3.0 × P_heat(W) ۞ ΔT

ตัวอย่างการทำงาน หน่วยหล่อเรซิน 1600 kVA คลาส F โหลดไปที่ K = 0.8:

• P0 = 2.4 กิโลวัตต์, Pk = 12 กิโลวัตต์

• P_ความร้อน = 2400 + 0.8² × 12 000 = 2400 + 7680 = 10 080 วัตต์

• ΔT อนุญาต = 15 K

• Q ۞ 3.0 × 10 080 ۞ 15 ۞ 2016 m³/h (ประมาณ 0.56 m³/s)

ที่โหลดเต็ม (K = 1, P_heat = 14.4 kW) ห้องเดียวกันต้องการพื้นที่ประมาณ 2880 m³/h โปรดทราบว่านี่คือ กระแสลม ตามทฤษฎี จากสมดุลความร้อน การคัดเลือกจริงจะต้องเพิ่มส่วนต่างสำหรับการอุดตันของตัวกรอง การโค้งงอของท่อ และอายุของพัดลม — การยกขึ้น 15–25% เป็นเรื่องปกติ — และยืนยันจุดการทำงานของพัดลมเทียบกับกราฟแรงดันของระบบ ไม่ใช่แค่อัตราการจัดส่งฟรีเท่านั้น

กับดักการหมุนเวียน: ลัดวงจรอากาศร้อน

ข้อผิดพลาดในการระบายอากาศที่แพงที่สุดไม่ใช่อากาศที่น้อยเกินไป แต่เป็นอากาศที่ไม่เคยออกไป หากช่องระบายไอเสียและช่องรับอากาศบริสุทธิ์อยู่ใกล้เกินไป หรือหากตัวเครื่องอยู่ในช่องที่มีการไหลออกของตัวเองถูกดึงกลับผ่านขดลวด กระแสไอเสียที่พัดลมเพิ่งสร้างจะถูกดูดกลับเข้าไปในช่องทางเข้าโดยตรง แอมป์มิเตอร์ของพัดลมแสดงกระแสไฟที่ดี มิเตอร์วัดการไหลของอากาศดูดี และขดลวดยังคงมีความร้อนสูงเกินไป — เนื่องจากอากาศที่หมุนเวียนอยู่ในอุณหภูมิที่อุ่นอยู่แล้ว

ป้องกันด้วยการจัดวาง ไม่ใช่หวัง: วางทางเข้าให้ต่ำและทางออกให้สูงบนผนังด้านตรงข้ามหากเป็นไปได้ รักษาไอเสียให้อยู่เหนือและห่างจากไอดี ระบายไอเสียออกจากห้องจนสุดแทนที่จะปล่อยให้ไหลออกสู่พื้นที่เดิม และหลีกเลี่ยงการติดตั้งหม้อแปลงในช่องหรือติดกับผนังที่บังคับให้กระแสไหลออกโค้งกลับด้านบน การแยกและทิศทางมีความสำคัญมากกว่าลูกบาศก์เมตรดิบ

ช่องว่าง: ระยะห่างที่ช่วยให้อากาศเคลื่อนที่ได้

ช่องว่างที่ระบุเป็นตัวเลขในแผนและช่องว่างที่ทำให้อากาศเคลื่อนที่ได้เป็นสองสิ่งที่แตกต่างกัน ระยะห่างขั้นต่ำรอบๆ หม้อแปลงชนิดแห้งมีอยู่เพื่อให้อากาศสามารถเข้าถึงพื้นผิวขดลวดจากทุกด้าน และเพื่อให้เส้นลมร้อนเหนือยูนิตไม่ถูกปิดด้วยเพดานต่ำ คำแนะนำทั่วไปช่วยรักษาช่องว่างอากาศที่ชัดเจนหลายร้อยมิลลิเมตรบนชิ้นส่วนที่มีไฟฟ้าและผนังตู้ และต้องมีพื้นที่ด้านบนเหนือตัวเครื่องสำหรับเสาเพิ่มความร้อน ในกรณีที่เครื่องถูกปิดล้อมในตัวเครื่องที่ได้รับการจัดอันดับ IP เส้นทางระบายอากาศของตัวเครื่อง — ไม่ใช่ของห้อง — จะกลายเป็นช่องเปิดที่จำกัด และใช้กฎพื้นที่ว่างและการหมุนเวียนภายในตัวเครื่องก่อน

ระดับความสูงและสภาพแวดล้อม: ลดความเย็นลง

อากาศเย็นเป็นธุรกิจที่ไหลผ่านมวลชน เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของอากาศจะลดลง ดังนั้นพัดลมตามปริมาตรที่กำหนดจะพาความร้อนน้อยลง แนวทางปฏิบัติคือเพิ่มการไหลเวียนของอากาศที่ต้องการประมาณ 10% ต่อระดับความสูง 1,000 ม. หรือลดหน่วยตามลำดับ หม้อแปลงไฟฟ้าที่ระบุที่ระดับน้ำทะเลและติดตั้งที่ความสูง 2,000 ม. จะสูญเสียส่วนแบ่งการทำความเย็นอย่างมีนัยสำคัญ เว้นแต่จะมีการแก้ไขการระบายอากาศ

อุณหภูมิแวดล้อมทำงานในลักษณะเดียวกันเมื่อมองจากด้านบน IEC ถือว่าอุณหภูมิโดยรอบสูงสุด 40 °C; นอกเหนือจากนั้น การลดพิกัดจะใช้ — ประมาณ 1% ของความจุต่อ °C ที่สูงกว่า 40 °C เป็นกฎทั่วไปที่เชื่อมโยงกับ IEC 60076-12 ในทางปฏิบัติ หม้อแปลงไฟฟ้าที่กำหนดอุณหภูมิโดยรอบ 40 °C กำหนดไว้สำหรับอากาศ 40 °C ที่มาถึงขดลวด ซึ่งเป็นอุณหภูมิห้องหลังการระบายอากาศ ไม่ใช่อุณหภูมิภายนอกบนแผ่นป้าย

ระดับ AF จะมีอยู่เฉพาะในขณะที่พัดลมทำงานเท่านั้น

ยูนิตที่มีระดับ AN/AF มีสองความจุ: ค่า AN ที่ต่ำกว่าพร้อมพัดลมหยุดทำงาน ค่า AF ที่สูงขึ้นพร้อมพัดลมทำงาน ระดับที่สองของหม้อแปลงไฟฟ้าจะมีอยู่เฉพาะในขณะที่พัดลมกำลังทำงานอยู่เท่านั้น หากการจ่ายพัดลมไม่ทำงาน สวิตช์ระบายความร้อนควรตัดการทำงานของยูนิตจนถึงขีดจำกัด AN และหากไม่มีการเชื่อมต่อกัน หม้อแปลงจะทำงานอย่างเงียบ ๆ เกินพิกัดการระบายความร้อน ระบุการควบคุมพัดลมจากอุณหภูมิการหมุน (เซ็นเซอร์ Pt100) การทำงานแบบเป็นขั้นตอน สัญญาณเตือนและเกณฑ์การตัดการทำงานที่ตั้งค่าไว้กับระดับฉนวน (เช่น สัญญาณเตือนใกล้ 140 °C การเดินทางใกล้ 150 °C สำหรับคลาส F) และพัดลมสำรองที่เพียงพอที่มอเตอร์ตัวเดียวขัดข้องจะไม่ทำให้การระบายความร้อนพังลง

สรุประหว่างแบบธรรมดากับทำถูกต้อง

มิติ	แนวทางทั่วไป	แนวทางวิศวกรรม
พื้นฐานขนาด	kVA ของหน่วย	การสูญเสียทั้งหมด P0 + K²·Pk จากแผ่นงาน
พื้นที่ว่าง	ขนาดช่องเปิดทางเรขาคณิต	พื้นที่ว่างที่มีประสิทธิภาพ × สัมประสิทธิ์บานเกล็ด
การไหลเวียนของอากาศของพัดลม	หมายเลขแค็ตตาล็อกจัดส่งฟรี	สมดุลความร้อน Q + ส่วนต่างเทียบกับกราฟความดัน
เค้าโครง	ทางเข้า/ออกทุกที่ที่พอดี	ทางเข้าต่ำ ทางออกสูง แยกออกจากกัน ไม่มีการหมุนเวียน
ระดับความสูง/สภาพแวดล้อม	ละเว้น	การไหลของอากาศ +10%/1000 ม.; ลดอุณหภูมิที่สูงกว่า 40 °C
หน้าที่เอเอฟ	แฟนๆถือว่าอยู่เสมอ	อินเตอร์ล็อค, สัญญาณเตือน/ตัดการทำงาน, ระบบสำรอง

สิ่งที่ต้องใส่ในการออกแบบหรือข้อกำหนดการจัดซื้อจัดจ้าง

1. ระบุตัวเลขการสูญเสีย ไม่ใช่แค่ kVA ต้องใช้ P0 และ Pk ที่อุณหภูมิสัญญา และค่าโหลดแฟกเตอร์ K ที่คาดไว้ ดังนั้นการระบายอากาศจึงสามารถกำหนดขนาดจากความร้อนมากกว่าพิกัด

2. ระบุการไหลเวียนของอากาศที่สมดุลความร้อน ด้วยค่า ΔT ที่ระบุและระยะขอบ 15–25% และต้องใช้เส้นโค้งของพัดลมเพื่อล้างแรงดันของระบบ รวมถึงตัวกรองและท่อ

3. ต้องการการตรวจสอบพื้นที่ว่างที่มีประสิทธิภาพ สำหรับกระแสลมตามธรรมชาติ: สัมประสิทธิ์พื้นที่ว่างของบานเกล็ดนำไปใช้กับช่องเปิดทางเรขาคณิต โดยทางเข้าต่ำและทางออกสูง

4. ห้ามการหมุนเวียนตามเค้าโครง ระบุการแยกทางเข้าออกขั้นต่ำและท่อระบายไอเสียออกจากห้องทั้งหมด ปฏิเสธการออกแบบที่การไหลออกสามารถกลับเข้าสู่ไอดีได้

5. ประกาศระดับความสูงและสภาพแวดล้อม หากไซต์งานมีอุณหภูมิสูงเกิน 1,000 ม. หรือ 40 °C กำหนดให้ต้องเพิ่มการไหลเวียนของอากาศหรือการลดความจุที่สอดคล้องกันเป็นลายลักษณ์อักษร

6. การประสาน AF ของอาณัติ สำหรับยูนิตบังคับระบายความร้อน ต้องมีการควบคุมพัดลมตามอุณหภูมิ สัญญาณเตือน/เกณฑ์ตัดการทำงานเทียบกับประเภทฉนวน และความซ้ำซ้อนของพัดลม — และยืนยันว่ายูนิตลดความเร็วลงอย่างปลอดภัยหากพัดลมหยุด

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: ฉันสามารถใช้ kVA ในการเลือกพัดลมระบายอากาศได้หรือไม่ ตอบ: ไม่ โหลดการทำความเย็นคือการสูญเสียของหม้อแปลง (P0 + K²·Pk) ซึ่งเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ของ kVA และแตกต่างกันอย่างมากระหว่างการออกแบบที่มีพิกัดเดียวกัน การกำหนดขนาดจาก kVA จะทำให้ห้องบางห้องมีขนาดใหญ่เกินไปและลดขนาดห้องอื่นๆ อย่างเงียบๆ เริ่มจากใบขาดทุน

ถาม: ช่องบานเกล็ดของฉันใหญ่พอ — ทำไมหม้อแปลงยังร้อนอยู่? ตอบ: ช่องเปิดทางเรขาคณิตไม่ใช่พื้นที่ว่าง โดยทั่วไปบานเกล็ดจะผ่านพื้นที่เพียง 50–70% ของพื้นที่เป็นแบบไหลเปิด และหากไอเสียถูกดึงกลับเข้าไปในทางเข้า (หมุนเวียน) แม้แต่ช่องเปิดที่สมบูรณ์แบบก็ไม่เกิดผลดี ตรวจสอบค่าสัมประสิทธิ์พื้นที่ว่างและการแยกทางเข้า-ออก

ถาม: ระดับความสูงเปลี่ยนข้อกำหนดการทำความเย็นจริงหรือไม่ ก. ใช่. อากาศที่บางกว่าที่ระดับความสูงจะพาความร้อนต่อลูกบาศก์เมตรได้น้อยกว่า ดังนั้นพัดลมตัวเดียวกันจึงเคลื่อนพลังงานความร้อนได้น้อยกว่า กฎในทางปฏิบัติคือเพิ่มการไหลเวียนของอากาศเพิ่มขึ้นประมาณ 10% ต่อ 1,000 ม. หรือการลดพิกัดที่เทียบเท่ากัน การออกแบบระดับน้ำทะเลที่นำมาใช้ซ้ำที่ความสูง 2,000 ม. จะร้อนขึ้น เว้นแต่จะได้รับการแก้ไข

ถาม: จะเกิดอะไรขึ้นกับหม้อแปลง AN/AF หากพัดลมไม่ทำงาน ตอบ: มันกลับไปอยู่ในระดับ AN ที่ต่ำกว่า หากไม่มีการเชื่อมต่อกันความร้อน กล้องจะสามารถรับภาระ AF ที่สูงขึ้นและเกิดความร้อนมากเกินไปได้ ข้อมูลจำเพาะควรต้องมีการควบคุมพัดลมตามอุณหภูมิพร้อมสัญญาณเตือนและการตัดการทำงาน บวกกับระบบสำรองเพื่อให้พัดลมตัวหนึ่งทำงานล้มเหลวไม่ทำให้การระบายความร้อนลดลง

ถาม: ฉันควรเผื่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเท่าใดในการคำนวณการระบายอากาศ? ตอบ: แนวทางปฏิบัติทั่วไปคือ 10–15 K สำหรับอุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นทั่วทั้งห้องหรือพื้นที่ล้อมรอบ ΔT ที่เล็กกว่านั้นต้องการการไหลเวียนของอากาศที่มากกว่ามาก (สูตรเป็นสัดส่วนผกผัน) ดังนั้น ΔT ที่อนุญาตจึงเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างทุนกับพื้น-พื้นที่โดยตรง การควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดยิ่งขึ้นจะทำให้พัดลมหรือช่องเปิดมากขึ้น

ซื้อกลับบ้าน

ป้ายชื่อ kVA ของหม้อแปลงชนิดแห้งคือคำมั่นสัญญาที่ขึ้นอยู่กับห้องที่คอยต่อรองราคา ปรับขนาดการระบายอากาศจากแผ่นการสูญเสีย ไม่ใช่ระดับ ขนาดช่องเปิดจากพื้นที่ว่างที่มีประสิทธิภาพ ไม่ใช่รูปทรง และออกแบบผังให้ลมร้อนออกไปได้จริง เพิ่มระดับความสูงและการลดระดับโดยรอบ และการเชื่อมต่อ AF ที่ปกป้องยูนิตเมื่อพัดลมหยุด และกล่องสีเขียวเดียวกันนั้นให้อายุการใช้งานที่กำหนดแทนที่จะเสื่อมสภาพเร็วในตู้ที่ปิดสนิท การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิห้องไม่ใช่สิ่งที่ทำให้รู้สึกสบายตัว มันเป็นส่วนหนึ่งของ งบประมาณอุณหภูมิ ของหม้อแปลง - และงบประมาณนั้นคือสิ่งที่เขียนคลาสฉนวน