المشاهدات: 0 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 2026-02-01 الأصل: موقع
تعتمد شبكة الطاقة الكهربائية بشكل كبير على استقرار وطول عمر معدات توزيع الطاقة. من بين الأصول الأكثر أهمية في هذه البنية التحتية هو محول مغمور بالزيت ثلاثي الطور . نظرًا لأن هذه الوحدات تدير الفولتية والتيارات العالية، فإنها تولد حرارة داخلية كبيرة بسبب المقاومة الكهربائية والخسائر المغناطيسية. بدون استراتيجية فعالة لتبديد الحرارة، فإن العزل داخل المحولات المغمورة بالزيت ثلاثي الطور سوف يتحلل بسرعة، مما يؤدي إلى فشل كارثي وانقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع.
تبريد ONAN، الذي يرمز إلى Oil Natural Air Natural، هو طريقة تبريد سلبية حيث يتم تبديد الحرارة من قلب المحول واللفات من خلال الحمل الحراري الطبيعي للزيت العازل داخل الخزان والتدوير الطبيعي للهواء المحيط على أسطح المبرد الخارجية. لا يتطلب هذا النظام أي طاقة خارجية للمراوح أو المضخات، مما يجعله حل التبريد القياسي لمحول التوزيع المغمور بالزيت الذي يعمل تحت ظروف الحمل المعتدلة.
يعد فهم الفروق الدقيقة في تبريد ONAN أمرًا ضروريًا لمهندسي المرافق والمتخصصين في المشتريات الصناعية. في حين أنه أبسط شكل من أشكال الإدارة الحرارية، إلا أن تصميمه يتضمن ديناميكا حرارية معقدة لضمان بقاء المحول الكبير المغمور بالزيت ثلاثي الطور ضمن درجات حرارة التشغيل الآمنة. سوف يستكشف هذا الدليل الآليات والفوائد والمواصفات الفنية لأنظمة ONAN مقارنة بالطرق الأكثر كثافة مثل تلك الموجودة في محول الهواء القسري بالزيت الطبيعي.
مصدر الحرارة: لماذا تحتاج المحولات إلى التبريد؟
فك رموز أونان: ماذا يعني 'النفط الطبيعي والهواء الطبيعي' حقًا
فيزياء أونان: دورة الحمل الحراري الطبيعي على مرحلتين
المكونات الرئيسية لنظام التبريد ONAN
ONAN في السياق: المقارنة مع طرق التبريد القسرية
تطبيقات وقيود تبريد ONAN
خاتمة
تتطلب المحولات التبريد لأن الفقد الكهربائي والمغناطيسي يولد طاقة حرارية يمكن أن تلحق الضرر بالعزل الداخلي، ويضمن نظام التبريد الفعال أن يعمل المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور ضمن حدود الطبقة الحرارية الخاصة به لزيادة عمره الافتراضي إلى أقصى حد.
ينبع توليد الحرارة في المحولات المغمورة بالزيت ثلاثي الطور في المقام الأول من مصدرين: فقد النحاس وخسائر الحديد. تحدث خسائر النحاس، والمعروفة أيضًا باسم خسائر $I^2R$، عندما يتدفق التيار عبر اللفات، مما يولد حرارة تتناسب مع مربع التيار. بالنسبة لمحول التوزيع المغمور بالزيت ، تتقلب هذه الخسائر مع الحمل الكهربائي. تنتج خسائر الحديد، أو خسائر النواة، من التباطؤ والتيارات الدوامة في القلب المغناطيسي وتكون ثابتة نسبيًا بغض النظر عن الحمل.
إذا لم تتم إزالة هذه الحرارة، سترتفع درجة حرارة العزل الورقي والزيت العازل. تم تصميم عزل المحولات القياسي للعمل في درجات حرارة محددة؛ إن تجاوز هذه الحدود ولو ببضع درجات يمكن أن يؤدي إلى خفض متوسط العمر المتوقع للعزل إلى النصف. في المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور ، يعمل نظام التبريد بمثابة الدفاع الأساسي ضد هذا الشيخوخة الحرارية، مما يحافظ على درجة حرارة 'النقطة الساخنة' عند مستوى آمن.
علاوة على ذلك، فإن الإدارة الحرارية هي مسألة تتعلق بالسلامة. الحرارة المفرطة يمكن أن تسبب الزيت في محول توزيع مغمور بالزيت لتكسيره وتوليد غازات قابلة للاشتعال. يضمن التبريد الفعال بقاء الضغط الداخلي مستقرًا وعدم المساس بالسلامة المادية للخزان بسبب التمدد الحراري. وهذا يجعل طريقة التبريد معلمة تصميم أساسية لأي محول مغمور بالزيت ثلاثي الطور.
يرمز ONAN إلى 'Oil Natural Air Natural'، وهو تصنيف حيث يدور كل من وسط التبريد الداخلي (الزيت) ووسط التبريد الخارجي (الهواء) عبر الحمل الحراري الطبيعي دون مساعدة الأجهزة الميكانيكية مثل المضخات أو المراوح.
يشير 'O' في ONAN إلى الزيت المعدني أو الإستر الاصطناعي المستخدم داخل المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور . في هذا التكوين، يكون الزيت 'طبيعيًا'، مما يعني أنه يتحرك بناءً على الطفو - حيث يرتفع الزيت الساخن نحو أعلى الخزان بينما يغوص الزيت البارد. تعد هذه الحركة الداخلية أمرًا بالغ الأهمية لمحول التوزيع المغمور بالزيت لأنها تحمل الحرارة بعيدًا عن القلب والملفات باتجاه جدران الخزان والمشعات.
يشير 'A' إلى الهواء المحيط المحيط بالوحدة. ويعني تبريد الهواء 'الطبيعي' أن الحرارة تنتقل من أسطح الرادياتير إلى الغلاف الجوي فقط من خلال الحركة الطبيعية للهواء. عندما يسخن الهواء الموجود بالقرب من زعانف الرادياتير، فإنه يصبح أقل كثافة ويرتفع، مما يسمح للهواء البارد بالتدفق من الأسفل. تعتبر هذه العملية موثوقة للغاية بالنسبة للمحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور لأنها لا تعتمد على الطاقة الكهربائية للتبريد.
في حين يضيف محول الهواء القسري بالزيت الطبيعي (ONAF) مراوح لزيادة حركة الهواء، فإن نظام ONAN يتميز ببساطته وتبريده الذي لا يحتاج إلى صيانة. بالنسبة للعديد من تطبيقات المحطات الفرعية، يمكن لمحول التوزيع المغمور بالزيت الذي يصل تصنيفه إلى 30 ميجا فولت أمبير أن يعمل بكفاءة باستخدام تبريد ONAN فقط، بشرط حساب مساحة سطح الرادياتير بشكل صحيح أثناء المرحلة الهندسية.
تعتمد عملية التبريد ONAN على دورة ديناميكية حرارية ذات مرحلتين تتضمن تأثير السيفون الحراري داخل المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور والحمل الحراري الخارجي للهواء فوق زعانف المبرد.
في المرحلة الأولى، يتم نقل الحرارة الناتجة عن اللفات إلى الزيت. مع زيادة درجة حرارة الزيت، تقل كثافته. يؤدي هذا إلى إنشاء فرق ضغط يدفع الزيت الساخن إلى الأعلى. في المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور ، يؤدي تأثير 'السيفون الحراري' إلى إنشاء حلقة مستمرة. ويدخل الزيت الساخن إلى أعلى المشعاعات، ويفقد الحرارة إلى الغلاف الجوي، ويصبح أكثر كثافة، ويعود إلى أسفل خزان المحولات لتبدأ الدورة مرة أخرى.
المرحلة الثانية تحدث عند السطح البيني بين المشعاعات المعدنية والجو. تعتمد كفاءة محول التوزيع المغمور بالزيت في هذه المرحلة على إجمالي مساحة السطح المعرضة للهواء. يجب على المهندسين تصميم زعانف الرادياتير للسماح بأقصى تدفق للهواء. ونظرًا لأن هذه عملية 'طبيعية'، فإن معدل تبديد الحرارة يتأثر بشكل مباشر بدرجة الحرارة المحيطة والوضع المادي للمحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور.
بالمقارنة مع محول الهواء القسري الذي يعمل بالزيت الطبيعي ، فإن الدورة الطبيعية تكون أبطأ. ومع ذلك، فهي ذاتية التنظيم بطبيعتها. مع زيادة الحمل على المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور وتوليد المزيد من الحرارة، يزداد التدرج في درجة الحرارة بين الزيت والهواء، مما يؤدي بشكل طبيعي إلى تسريع تيارات الحمل الحراري. يعد هذا القصور الحراري من الخصائص الرئيسية لمحول التوزيع المغمور بالزيت.
يتكون نظام التبريد ONAN من مكونات متخصصة بما في ذلك ضفاف الرادياتير، وزعانف التبريد، وخزان حفظ التمدد، وكلها مصممة لتسهيل الحركة الطبيعية للزيت والهواء في محول مغمور بالزيت ثلاثي الطور.
المكونات الأكثر وضوحًا لمحول التوزيع المغمور بالزيت هي المشعاعات. غالبًا ما تكون هذه بنوكًا كبيرة من زعانف أو أنابيب فولاذية مضغوطة. والغرض منها هو توفير أقصى مساحة ممكنة للتبادل الحراري. في السعة العالية المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور ذات ، تكون هذه المشعات قابلة للفصل لتسهيل النقل ويمكن توسيعها إذا تغيرت المتطلبات الحرارية.
داخل الخزان، يتم وضع الحواجز وقنوات التبريد بشكل استراتيجي داخل ملفات المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور . تضمن هذه القنوات تدفق الزيت مباشرة فوق الأجزاء الأكثر سخونة في ملفات النحاس. بدون هذه المسارات المصممة بدقة، قد يقوم محول التوزيع المغمور بالزيت بتطوير 'نقاط ساخنة' موضعية لا يمكن لتدوير الزيت الطبيعي الوصول إليها، مما يؤدي إلى فشل العزل المبكر.
يعد خزان الحفظ عنصرًا حيويًا آخر. عندما الزيت الموجود في المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور أثناء عملية ONAN، فإنه يتوسع. يسخن يوفر الحافظ مساحة لهذا التوسع مع الحفاظ على الخزان الرئيسي مملوءًا بالكامل بالزيت. وهذا يمنع تشكل جيوب هوائية، مما قد يتداخل مع دورة الحمل الحراري الطبيعية المطلوبة لمحول التوزيع المغمور بالزيت.
في حين أن ONAN هي طريقة التبريد الأساسية للمحولات المغمورة بالزيت ثلاثي الطور، إلا أنها غالبًا ما تتم مقارنتها بأنظمة ONAF وOFAF، التي تستخدم الهواء القسري أو الزيت القسري لزيادة كثافة الطاقة ومعدل التبريد.
| نوع التبريد | وسط داخلي | المتوسطة الخارجية | نوع الحركة | متطلبات الطاقة |
| أونان | زيت | هواء | طبيعي/طبيعي | صفر |
| ONAF | زيت | هواء | طبيعي/قسري | منخفض (المعجبون) |
| أوفاف | زيت | هواء | القسري / القسري | عالية (المضخات/المراوح) |
كما هو موضح في الجدول، يعمل محول الهواء القسري بالزيت الطبيعي (ONAF) كحل وسط. من خلال إضافة مراوح إلى مصنف حسب تصنيف ONAN محول مغمور بالزيت ثلاثي الطور ، غالبًا ما يمكن زيادة سعة الطاقة بنسبة 25% إلى 33%. وذلك لأن الهواء القسري يزيل الحرارة من المشعات بشكل أسرع بكثير من الحمل الحراري الطبيعي. ومع ذلك، يتطلب نظام ONAF طاقة كهربائية ودوائر تحكم، مما يجعله أكثر تعقيدًا من محول التوزيع المغمور بالزيت القياسي.
الاختيار بين ONAN ومحول الهواء القسري بالزيت الطبيعي إلى ملف تعريف الحمل. غالبًا ما يعود إذا كان المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور يعاني من أحمال ذروة عالية ولكن متوسط أحمال منخفض، فإن نظام ONAF المزود بمراوح تعمل فقط خلال فترات الذروة يعد مثاليًا. من أجل توزيع ثابت وموثوق، يظل محول التوزيع المغمور بالزيت البسيط ONAN هو المفضل في الصناعة نظرًا لانخفاض تكاليف التشغيل ونقص الأجزاء المتحركة.
بالنسبة لمحولات الطاقة الكبيرة جدًا، حتى ONAF قد لا يكون كافيًا. في هذه الحالات، يتم استخدام تداول الزيت القسري (OFAF). ولكن بالنسبة للغالبية العظمى من وحدات المحولات المغمورة بالزيت ثلاثية الطور المستخدمة في الشبكات الحضرية والصناعية، توفر طريقة ONAN التوازن المثالي بين الكفاءة والمتانة.
يعتبر تبريد ONAN مناسبًا بشكل مثالي لشبكات التوزيع متوسطة الحجم والمحطات الفرعية النائية حيث يكون الوصول إلى الصيانة محدودًا، على الرغم من أنه محدود بسبب انخفاض معدل تبديد الحرارة مقارنة بمحول الهواء القسري بالزيت الطبيعي.
يستخدم محول التوزيع المغمور بالزيت الموجود في الأحياء السكنية والمجمعات الصناعية الصغيرة تبريد ONAN بشكل حصري تقريبًا. يعد تشغيلها الصامت فائدة كبيرة في المناطق المأهولة بالسكان. علاوة على ذلك، في المواقع النائية حيث لا تتوفر الطاقة المساعدة للمراوح، يوفر المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور مع تبريد ONAN حل 'ضبطه ونسيانه' الذي يمكن أن يستمر لمدة 30 إلى 40 عامًا بأقل قدر من التدخل.
يعتبر أداء المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور والمبرد بواسطة ONAN حساسًا للغاية للبيئة. في المناخات شديدة الحرارة، تنخفض كفاءة التبريد لأن الفرق في درجة الحرارة بين الزيت والهواء المحيط يكون أصغر. في مثل هذه الحالات، يمكن ترقية المحول الذي عادة ما يكون وحدة ONAN إلى محول يعمل بالزيت الطبيعي ببساطة للتعامل مع الحرارة المحيطة، حتى لو كان الحمل الكهربائي قياسيًا.
أحد القيود الرئيسية لـ ONAN هو الحجم المادي. لتبديد كميات كبيرة من الحرارة بشكل طبيعي، يحتاج المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور إلى مشعات كبيرة جدًا. وهذا يزيد من وزن وبصمة محول التوزيع المغمور بالزيت . إذا كانت المساحة في محطة فرعية مرتفعة، فقد يختار المهندسون محول الهواء القسري بالزيت الطبيعي لأن المراوح تسمح للمشعات الأصغر حجمًا بالقيام بنفس القدر من أعمال التبريد.
يظل هو المحول المغمور بالزيت ثلاثي الطور العمود الفقري لتوزيع الطاقة الحديثة، ويعتبر نظام التبريد ONAN هو أسلوب الإدارة الحرارية الأكثر ثقة. من خلال الاستفادة من القوانين الأساسية للفيزياء - الطفو والحمل الحراري - يسمح نظام ONAN لمحول التوزيع المغمور بالزيت بتنظيم درجة حرارته دون الحاجة إلى طاقة خارجية أو أجزاء ميكانيكية معقدة. تُترجم هذه البساطة مباشرةً إلى الموثوقية التي تدوم لعقود من الزمن والتي تتطلبها صناعة الطاقة.
في حين أن الأنظمة الأكثر كثافة مثل محول الهواء القسري بالزيت الطبيعي لها مكانها في البيئات ذات السعة العالية أو ذات المساحة المحدودة، فإن طريقة ONAN لا تزال هي المعيار الذهبي لمعظم تطبيقات التوزيع. سواء كان محول توزيع صغير مغمور بالزيت يخدم مجتمعًا ريفيًا أو محولًا أكبر مغمورًا بالزيت ثلاثي الطور في منشأة صناعية، فإن النهج 'الطبيعي' للتبريد يوفر حلاً قويًا وهادئًا وخاليًا من الصيانة.
بينما نتحرك نحو مستقبل أكثر كهربة، فإن الهندسة وراء المحولات المغمورة بالزيت ثلاثي الطور سوف تستمر في التطور. ومع ذلك، ستظل المبادئ الأساسية لتبريد ONAN عنصرًا حيويًا لاستقرار الشبكة، مما يضمن بقاء البنية التحتية للطاقة لدينا باردة تحت الضغط.
