שנאים טבולים-בשמן, כציוד מפתח במערכות חלוקת חשמל עבור מפעלי תעשייה וכרייה ומבנים אזרחיים, לוקחים על עצמם את המשימה החשובה של הפחתת המתח של 10(6)kV או 35kV רשתות מתח גבוה-למתח אפיק 230/400V כדי לענות על צורכי החשמל של המשתמשים. סוג זה של שנאי מתאים לספקי כוח AC של 50(60)Hz, עם קיבולת מרבי-תלת-פאזית של 2500kVA וקיבולת חד-פאזית מקסימלית של 833kVA (אך לרוב לא מומלץ להשתמש בשנאים חד-פאזיים). ניתן להשתמש בו בתוך הבית או להתקין בחוץ. עבור שנאים עם קיבולת של 315kVA ומטה, ניתן אפילו להתקין אותו ישירות על עמוד. יתר על כן, יש לו דרישות מסוימות לגבי תנאי הסביבה, לרבות טווח טמפרטורות סביבה, טמפרטורה ממוצעת יומית מקסימלית, טמפרטורה ממוצעת שנתית מרבית, לחות יחסית וגובה. אם תנאי השימוש בפועל אינם תואמים לתקנון זה, יש לבצע התאמות מכסות מתאימות בהתאם לתקן GB6450-86.
1. ניתן לחלק את השנאים הטבולים בשמן-לשלושה-שנאים ושנאים-חד פאזיים. במערכות חשמל תלת-פאזיות, שנאים תלת-פאזיים הם הבחירה המקובלת. עם זאת, כאשר הקיבולת גדולה מדי או תנאי התחבורה מוגבלים, ניתן להשתמש בשלושה שנאים- חד פאזיים כדי ליצור בנק שנאים כדי לענות על הביקוש.
2. סיווג מפותל
ניתן לסווג את השנאים לשני-שנאים מתפתלים ושלושה-שנאים מתפתלים על סמך מספר הפיתולים. שני-שנאים מפותלים הם הסוג הנפוץ, עם שתי פיתולים בליבתם: האחד בתור הפיתול הראשוני והשני בתור הפיתול המשני. שלושה-שנאים מתפתלים מתאימים בדרך כלל להספקים גדולים יותר (מעל 5600 קילוואט), ושנאים אלה יכולים להתחבר לשלושה קווי תמסורת מתח שונים. יתר על כן, בכמה יישומים מיוחדים, אפילו שנאי Satons עם יותר פיתולים משמשים.
3. סיווג מבני
ניתן לסווג את השנאים לשנאים מסוג -ליבה ושנאים מסוג- מעטפת על סמך המאפיינים המבניים שלהם. בשנאים מסוג -ליבה, הפיתולים כרוכים בדרך כלל סביב החלק החיצוני של הליבה, בעוד שבשנאים מסוג- מעטפת, הליבה ממוקמת סביב הפיתולים. לשני סוגי השנאים הללו יש הבדלים מבניים קלים, אך עקרונות העבודה שלהם אינם שונים מהותית. בפועל, הרוב המכריע של השנאים הנפוצים במערכות חשמל הם מהסוג -הליבה.
בנוסף, שנאים מכילים גם רכיבים מרכזיים נוספים כמו הליבה, פיתולים, מיכל שמן, משמר שמן, תותבים מבודדים, מחליפי ברזים וממסרי גז, המהווים יחד את המבנה השלם של השנאי.
4. ליבה בתור הליבה של המעגל המגנטי של השנאי, הליבה ממלאת תפקיד מכריע. במהלך פעולת השנאי, הליבה מייצרת חום עקב היסטרזיס ואיבוד זרם מערבולת. כדי לצמצם ביעילות את אובדן החום הזה ולמזער את גודלו ומשקלו של השנאי, בדרך כלל משתמשים ביריעות פלדת סיליקון מגולגלות-קרות- עם חדירות גבוהה ועובי של פחות מ-0.35 מ"מ לבניית הליבה. יתר על כן, בהתבסס על סידור הפיתולים בתוך הליבה, ניתן לסווג שנאים לשני סוגים: סוג -ליבה וסוג מעטפת-.
בשנאים בעלי קיבולת- גדולה, כדי להבטיח שהחום הנוצר מאובדני הליבה נסחף ביעילות על ידי השמן המבודד במהלך המחזור, ובכך להשיג קירור טוב, הליבה מתוכננת בדרך כלל עם תעלות שמן קירור ייעודיות.
5. פיתולים הפיתולים הם מרכיב מרכזי בשנאי, האחראי על המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מגנטית ולאחר מכן חזרה לאנרגיה חשמלית. בשנאים, פיתולים בנויים בדרך כלל מחוטי נחושת או אלומיניום מבודדים כדי להפחית הפסדי מוליכות. במקביל, נעשה שימוש בחומרי בידוד כדי לעטוף ולבודד את הפיתולים כדי להבטיח ביצועי בידוד ופיזור חום. בהתבסס על סידור הפיתולים בתוך הליבה, ניתן לסווג שנאים לשני סוגים: -סוג ליבה וסוג מעטפת-.
הפיתולים והליבה מהווים יחד את מרכיבי הליבה של שנאי. במהלך פעולת השנאי, הפיתולים מייצרים חום עקב ההתנגדות שלהם או התנגדות המגע שלהם במפרקים; ניתן להסביר את התופעה על ידי חוק ג'ול.
הפיתולים הם מרכיבים קריטיים בשנאי, ופעולתם התקינה חיונית לביצועי השנאי. עם זאת, פיתולים עלולים להיתקל בבעיות שונות במהלך הפעולה. ראשית, חום נוצר עקב ההתנגדות של הפיתולים עצמם או התנגדות המגע במפרקים, תופעה פיזיקלית המתגלה על ידי חוק ג'ול. לכן, על הפיתולים להימנע מהעברת זרמים העולים על הזרם הנקוב שלהם לתקופות ממושכות כדי למנוע התחממות יתר. יתר על כן, כאשר עובר זרם קצר במעגל-, הוא יוצר כוח אלקטרומגנטי משמעותי על הפיתולים, שעלול לגרום לנזק חמור לשנאי.
ישנם סוגים שונים של פיתולי שנאים, כשהבסיסיים ביותר הם פיתולים קונצנטריים ומשולבים. התקלות העיקריות שעלולות להיתקל בפיתולים הללו כוללות קצרים בין-פניות וקצר חשמלי למארז. קצרים בין-פניות יכולים להיגרם מהזדקנות בידוד, פעולת עומס יתר או נזק מכני במהלך-קצר חשמלי. קצרים בין-פניות יכולים להתרחש גם כאשר מפלס השמן בשנאי יורד, מה שגורם לחלקים מהפיתולים להיחשף מעל פני השמן. במקביל, זרם היתר במהלך-קצר במעגל יכול לעוות את הפיתולים, לפגוע עוד יותר בבידוד ובכך לגרום לקצר בין-פניות.
כאשר מתרחש קצר חשמלי בין-פניות, הזרם בפיתול הקצר- עשוי לעלות על הערך הנקוב, אך ייתכן שהזרם של כל הפיתול עדיין נמצא בגבול. במקרה זה, התקן ההגנה על הגז עשוי להפעיל, ובמקרים חמורים, התקן ההגנה הדיפרנציאלי עשוי להתערב. קצרים למעטפת יכולים להיגרם גם מהזדקנות הבידוד, לחות שמן, ירידת מפלס השמן או ברק ומתחי יתר תפעוליים. יתר על כן, זרם היתר במהלך קצר במעגל דרך- יכול גם לגרום לעיוות מתפתל, מה שמוביל לקצר חשמלי למארז. סוג זה של קצר חשמלי מפעיל בדרך כלל את פעולת התקן ההגנה על הגז ושל התקן ההגנה על הארקה.
6. מיכל שמן מרכיבי הליבה של שנאי-שקוע בשמן-הפיתולים והליבה- נמצאים במיכל שמן מלא בשמן שנאי. סוג זה של מיכל שמן מרותך בדרך כלל מלוחות פלדה ונועד לספק הגנה מכנית חזקה וקירור מעולה. עבור שנאים בינוניים וקטנים, המיכל מורכב בדרך כלל משני חלקים: מעטפת המיכל ומכסה המיכל. גוף השנאי שוכן בתוך המעטפת, כאשר פתיחת מכסה המיכל מקלה על בדיקה ותחזוקה של הגוף.
יתר על כן, ניתן לחלק את השנאים לשתי קטגוריות עיקריות על סמך שיטות הבידוד והקירור שלהם: שמן-שקוע ויבש-סוג. בשנאים שקועים- בשמן, הליבה והפיתולים טבולים יחד בשמן שנאי, ובכך משפרים את ביצועי הבידוד ומייעלים את תנאי הקירור. עם זאת, שנאים מהסוג היבש- משמשים גם ביישומים מסוימים, כגון תאורת רחוב ותאורת מכרות.
1. שנאים טבולים בשמן-לא סגורים-, כגון סדרת S8, S9 ו-S10, נמצאים בשימוש נפוץ במפעלי תעשייה וכרייה, בחקלאות ובבנייה אזרחית.
2. שנאים שקועים בשמן- סגורים, כולל דגמים כמו S9, S9-M ו-S10-M, מתאימים במיוחד לסביבות מורכבות עם רמות גבוהות של נפט וחומרים כימיים, כמו אלו בתעשיות הנפט והכימיקלים.
3. שנאים טבולים בשמן-אטום, כגון סדרת BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH ו-SH12-M, נמצאים בשימוש נרחב להפצת חשמל במקומות שונים, כולל מפעלי תעשייה וכרייה, חקלאות ומבנים אזרחיים.
בנוסף, ישנם שנאים המיועדים למטרות ספציפיות, כגון שנאי מתח גבוה- לבדיקה, שנאים לתנורים חשמליים, שנאים לריתוך ושנאים המשמשים במעגלי תיריסטורים. גם שנאי מתח ושנאי זרם למכשירי מדידה הם הכרחיים.
א. פיתול המתח הנמוך- של שנאי שקוע-בשמן, אלא אם כן נעשה שימוש במוליך נחושת בדגם בעל קיבולת- קטנה, משתמש בדרך כלל בעיצוב גלילי עם סלילה של רדיד נחושת. מתפתל המתח הגבוה{- משתמש במבנה גלילי רב-שכבתי. עיצוב זה עוזר לשמור על חלוקת סיבובים -אמפר מאוזנת, מפחית את שטף הדליפה ומשפר חוזק מכני ויכולת עמידה בקצר-.
ב. כדי להבטיח יציבות, גם הליבה וגם הפיתולים מאובטחים עם-אומי נעילה עצמיים כדי לעמוד בפני מהמורות במהלך ההובלה. יתר על כן, המבנה ללא ליבות מאפשר לשנאי לעמוד בפני זעזועים גדולים יותר של הובלה.
ג. במהלך הייצור, הן הסלילים והן הליבה עוברים ייבוש בוואקום, ותהליכי סינון והזרקת שמן ואקום מופעלים כדי להבטיח שרמות הלחות הפנימיות ממוזערות.
ד. מיכל השמן מתאפיין בעיצוב גאוני עם יריעות גליות, בעלות פונקציית נשימה כדי לפצות על שינויים בנפח השמן הנגרמים על ידי שינויים בטמפרטורה, ובכך לבטל את הצורך בשומר שמן ולהקטין את גובה השנאי.
ה. בשל השימוש ביריעות גליות, שמן השנאי מבודד מהאוויר החיצוני, מונע למעשה חדירת חמצן ולחות, ובכך שומר על ביצועי בידוד מעולים.
ו. לסיכום, תכונות התכנון הללו יחד מבטיחות ששנאים שקועים בשמן-לא דורשים החלפת שמן בתנאי עומס רגילים, מה שמפחית משמעותית את עלויות התחזוקה ומאריך באופן משמעותי את חיי השירות שלהם.
במצבים עם מספר רב של עומסים ראשוניים או משניים, מומלץ להגדיר שני שנאים או יותר. בדרך זו, גם אם שנאי אחד מתנתק, הקיבולת של השנאים הנותרים יכולה לעמוד בדרישות ההספק של העומסים הראשוניים והמשניים. במקביל, יש לרכז עומסים ראשוניים ומשניים ככל האפשר כדי למנוע פיזור יתר.
כאשר קיבולת העומס העונתית גדולה, מומלץ שנאים ייעודיים. דוגמאות כוללות עומסי קירור של מיזוג אוויר ועומסי חימום חשמליים לחימום בבניינים אזרחיים גדולים. ביישומים עם עומסים מרוכזים גבוהים, מומלץ שנאים ייעודיים. זה כולל ציוד חימום גדול, מכונות רנטגן גדולות- ותנורי קשת חשמליים.
אם עומס התאורה גדול, או אם שיתוף שנאי להספק ותאורה משפיע באופן משמעותי על איכות התאורה וחיי הנורה, ניתן להתקין שנאי תאורה ייעודי. בדרך כלל, כוח ותאורה חולקים שנאי יחיד.
7. סביבת הפעלה:
בתנאי סביבה רגילים, שנאים-שקובלים ושנאים יבשים-הם אופציות ברות קיימא. שנאים אלו מתאימים למפעלי תעשייה וכרייה, תחנות משנה עצמאיות או צמודות בחקלאות ותחנות משנה עצמאיות באזורי מגורים. דגמי השנאים הזמינים כוללים S8, S9, S10, SC(B)9 ו-SC(B)10. יתר על כן, יש לקחת בחשבון את השפעת הטמפרטורה על בחירת השנאים.
① שנאים אלה יכולים לשמור על פעולה יציבה-לטווח ארוך ב-220 מעלות.
② הם יכולים לעמוד בקלות-לטווח קצר בטמפרטורות גבוהות-זעזועים של 350 מעלות.
③ שנאים אלה שומרים על ביצועים מצוינים ללא קשר לשונות טמפרטורה רחבות או תנודות לחות.
④ ב-250 מעלות, הם לא יימסו, יזרום או יתמכו בעירה.
⑤ אפילו יותר מדהים, שנאים אלה לא ישחררו גזים רעילים או קורוזיביים אפילו בטמפרטורות קיצוניות של עד 750 מעלות.
יתר על כן, לשנאים אלה קיבולת עומס מעולה, המסוגלת לעמוד בדרישות הספק בתנאי הפעלה מורכבים שונים.
בעת קביעת הקיבולת של שנאי חלוקה, יש לשקול באופן מקיף את הקיבולת של ציוד חשמלי שונים ולחשב את העומס (בדרך כלל לא כולל עומס מיגון אש). הקיבולת לכאורה המתוגמלת היא הבסיס העיקרי לבחירת קיבולת ומספר השנאים. בדרך כלל, מקדם העומס של השנאי נשמר על כ-85%. שיטה זו פשוטה יחסית ומתאימה להערכת קיבולת.
על פי ההמלצות של GB/T17468-1998 "הנחיות בחירה לשנאי כוח", יש לשלב את בחירת הקיבולת של שנאי הפצה עם GB/T15164-94 "הנחיות עומס לשנאי כוח טבולים בשמן" או GB/T17211-1998 קווים המבוססים על Dry-Typ ו-Dry-Load Guides עומס מחושב. שתי ההנחיות שהוזכרו לעיל מספקות תוכניות מחשב ודיאגרמות עומס מחזוריות רגילות כדי לקבוע בצורה מדויקת יותר את הקיבולת של שנאי הפצה.
שמן שנאי מועדף בזכות הבידוד והמוליכות התרמית המעולה שלו, ומחירו נוח יחסית.
שמן שנאי פותר ביעילות את הבעיות של פיזור חום ובידוד-מתח גבוה בשנאים בעלי קיבולת- גדולה.
עם זאת, יש לו גם כמה חסרונות:
שמן שנאי הוא דליק; מגע עם להבה עלול לגרום לבעירה או אפילו פיצוץ, המצריך טיפול זהיר.
שמן זה מהווה סכנות בריאותיות פוטנציאליות, המחייבות אמצעי הגנה מתאימים במהלך הפעולה.
שמן שנאי דורש בדיקה מקצועית קבועה כדי להבטיח את ביצועיו היציבים והבטוחים.
שנאים טבולים בשמן- מאופיינים בביצועי איטום גרועים וברגישות להזדקנות, מה שעלול להוביל לדליפת שמן רצינית באתר ההפעלה. זה לא רק משפיע על הפעולה הרגילה של הציוד, אלא גם עשוי להשפיע לרעה על הסביבה הסובבת.
לשנאים שקועים-בשמן יש שיעורי בידוד נמוכים יחסית, מתוכננים ומיוצרים בדרך כלל לפי תקני בידוד Class A. לכן, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת להערכת תוחלת החיים שלהם במהלך הבחירה והשימוש.
מידת הפילמור (DP) של חומרי בידוד שנאים היא אינדיקטור מרכזי למדידת מידת הזדקנות הבידוד, והדיוק והאמינות שלו זוכים להכרה רחבה. כדי לקבוע את רמת ההזדקנות של שנאים, אנו משתמשים בדרך כלל בדרגת הפילמור הממוצעת (DP) של הקרטון המבודד כסטנדרט. להלן הקריטריונים שלנו: DP ממוצע של פחות מ-450 מציין דרגת תוחלת חיים; DP ממוצע של פחות מ-250 מצביע על דרגה מסוכנת.
1) תקני חוזק מתיחה עבור דרגות תוחלת חיים וסכנות
בדרגת תוחלת החיים, הנייר המבודד שומר על 60% מחוזק המתיחה המרבי ההתחלתי שלו בתנאי קצר- חיצוניים. ברגע שמגיעים לדרגה המסוכנת, חוזק שיורי זה יורד ל-15%.
2) תקני הסתברות תקלות DP עבור סיבי נייר בידוד יפני
כאשר ערך ה-DP גדול או שווה ל-450, הסתברות הכשל של סיב הנייר המבודד היא 0; כאשר ערך ה-DP הוא בין 450 ל-250, הסתברות הכשל עומדת ביחס הפוך לערך ה-DP, במיוחד (450 - DP) / 200; וכאשר ערך ה-DP קטן מ-250, הסתברות הכשל היא 1.
3) נוסחה להערכת חיי שנותר של שנאי באמצעות DP ממוצע
אנו יכולים להעריך את שאר החיים של שנאי באמצעות ערך ה-DP הממוצע הראשוני שלו (n0), ה-DP הממוצע לאחר L שנים (nL), ומספר השנים L. הנוסחה הספציפית היא: שנותר חיים (nL/n0)=(1 - r)L, כאשר r הוא שיעור הירידה ב-DP הממוצע.
במהלך פעולתו של שנאי כוח שקוע-בשמן, החום שנוצר מהפיתולים והליבה מועבר תחילה לשמן השנאי, ולאחר מכן דרך השמן למדיום הקירור. בהתאם לקיבולת השנאי, ישנן מספר שיטות קירור:
1. קירור זרימת שמן טבעי, כלומר, קירור עצמי-טבול בשמן-.
2. קירור אוויר במחזור שמן טבעי, כלומר, קירור אוויר טבול בשמן-.
3. קירור מים במחזור שמן כפוי.
4. קירור אוויר מאולץ במחזור שמן.
אלו הן שיטות קירור נפוצות עבור שנאי כוח שקועים בשמן-. בחירת שיטת הקירור המתאימה על סמך השימוש בפועל היא קריטית.
1. היקף ישים: מתאים לגבהים שלא יעלו על 1000 מטר, לשימוש פנימי או חיצוני.
2. תנאים סביבתיים: פעולה יציבה בתנאים של טמפרטורת סביבה מקסימלית +40 מעלות וטמפרטורה יומית ממוצעת מקסימלית +30 מעלות.
3. טווח טמפרטורות: טמפרטורה ממוצעת שנתית של +20 מעלות, טמפרטורה מינימלית -25 מעלות.
4. התאמה אישית: ניתן לספק פתרונות שנאי לתנאי הפעלה מיוחדים בהתאם לצרכי המשתמש.
לאחר מכן, נעמיק בניתוח התקלות של שיטות קירור אלו ביישומים מעשיים.
רובוטריקים עלולים להיתקל בתקלות שונות במהלך הפעולה, לרבות תקלות בפיתולים, תותבים, מחליפי ברזים ואביזרים כגון הליבה והמיכל. תקלות מתפתלות מתבטאות בעיקר כקצר בין-פניות, הארקה מתפתלת, קצרים משלב-ל-פאזה, מעגלים פתוחים וכשלי ריתוך. תקלות תותבים נגרמות בדרך כלל מהצטברות אבנית, שעלולה להפעיל בקלות התהפכות במהלך ערפל כבד או גשם קל, מה שמוביל להארקה חד-פאזית או לקצרים-לשלבים-לפאזיים בצד המתח הגבוה- של השנאי. יתר על כן, דליפה חמורה היא גם בעיה משמעותית, שיכולה להיגרם מסדקים בריתוך, כשל באיטום, רעידות במהלך הפעולה, פגיעות חיצוניות במיכל ונזקי קורוזיה. אם מתגלה דליפה, יש לכבות את השנאי באופן מיידי לצורך תיקון ושימון. יחד עם זאת, גם תקלות במחליף ברזים צריכות להיות במעקב צמוד.