أقصى درجة حرارة محيطة للمحولات المغمورة بالزيت: دليل الحدود والمراقبة لعام 2027

• درجة الحرارة المحيطة هي درجة حرارة الهواء المحيط بالمحول. وهي ليست درجة حرارة الزيت أو درجة حرارة اللفات، ويمكن أن تكون درجة حرارة الزيت أعلى بكثير من درجة الحرارة المحيطة أثناء التشغيل العادي. ويجب تقييم القراءة في ضوء حمل المحول وظروف التبريد والحدود الحرارية التي حددتها الشركة المصنعة.
• لا توجد إجابة واحدة بشأن درجة الحرارة المحيطة القصوى للمحولات المغمورة بالزيت. فهي تعتمد على المعيار، والتصميم، وفئة التبريد، وأساس التحميل، والارتفاع عن سطح البحر، وطريقة التركيب (في الهواء الطلق، أو في الأماكن المغلقة، أو داخل حاوية).
• تحدد المواصفة القياسية IEC 60076-1 درجات الحرارة 40 درجة مئوية و30 درجة مئوية و20 درجة مئوية كظروف تشغيل عادية. وهذه القيم تمثل ثلاث قيم إحصائية مختلفة، ولا تعتبر أي منها حدًا أقصى للتشغيل.
• يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى انخفاض الهامش الحراري. وفي حالة الاستقرار، تميل درجات حرارة الزيت والملفات إلى الارتفاع بشكل متناسب تقريبًا مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة عند نفس الحمل، مع وجود انحرافات ناتجة عن لزوجة الزيت، والتغيرات في الخسائر، والتحكم في التبريد.
• تعد درجات حرارة الزيت العلوي، واللف، والنقاط الساخنة قيمًا مختلفة تُقاس بطرق قياس مختلفة.
• قم بتحليل اتجاهات درجة الحرارة جنبًا إلى جنب مع الحمل ودرجة الحرارة المحيطة وحالة التبريد. فقراءة مؤشر OTI الواحدة لا تعني الكثير بحد ذاتها.

جدول المحتويات

• 1. ما المقصود بـ«أقصى درجة حرارة محيطة»؟
• 2. درجة الحرارة المحيطة مقابل ارتفاع درجة حرارة المحول
• 3. كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة المرتفعة على حمل المحولات
• 4. درجة حرارة الزيت العلوي، ودرجة حرارة اللف، ودرجة حرارة النقاط الساخنة
• 5. أداء التبريد في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة
• 6. كيفية مراقبة درجة الحرارة في المحولات المغمورة بالزيت
• 7. طرق ومنتجات مراقبة درجة الحرارة
• 8. قائمة مراجعة التشغيل في ظروف درجات الحرارة المحيطة المرتفعة
• 9. الأسئلة الشائعة

1. ما المقصود بـ«أقصى درجة حرارة محيطة»؟

درجة الحرارة المحيطة هي درجة حرارة الهواء أو وسيط التبريد في موقع التركيب. ترتبط القيم التصنيفية للمحولات بشروط التشغيل المحددة، وغالبًا ما يُستخدم مصطلح "الحد الأقصى لدرجة الحرارة المحيطة" بشكل عام في عدة إحصائيات مختلفة.

تصف المواصفة القياسية IEC 60076-1 ظروف التشغيل العادية بثلاث قيم:

• 40 درجة مئوية هي أعلى درجة حرارة للهواء المبرد في أي وقت. وهي القيمة القصوى التي يُتوقع أن يتحملها تصميم نظام التبريد.
• 30 درجة مئوية هو المتوسط الشهري لأكثر الشهور حرارةً، ويُحسب من متوسط درجات الحرارة القصوى اليومية ومتوسط درجات الحرارة الدنيا اليومية. وهو يصف الظروف المستمرة خلال موسم الحرارة، وليس ذروة الحرارة.
• 20 درجة مئوية هو المتوسط السنوي. وتستخدمه المواصفة القياسية IEC 60076-2 كأساس لوسيلة التبريد في تحديد حدود ارتفاع درجة الحرارة.

تستخدم معيار IEEE C57.12.00 أساسًا مختلفًا: متوسط درجة حرارة محيطة يبلغ 30 درجة مئوية على مدار أي فترة متواصلة مدتها 24 ساعة، مع حد أقصى يبلغ 40 درجة مئوية. ويُعد المتوسط على مدار 24 ساعة والمتوسط الشهري وفقًا لمعيار IEC إحصائيات مختلفة ولا يمكن استبدال إحداهما بالأخرى.

لا يمثل أي من هذه الأرقام الحد الأقصى المطلق للتشغيل لكل محول مغمور بالزيت. فهي مجرد شروط مرجعية تستند إليها القيم التصنيفية. فقد تتحمل الوحدة المصممة للاستخدام في موقع شديد الحرارة درجة حرارة محيطة أعلى، في حين أن الوحدة الموجودة في غرفة سيئة التهوية قد تتعرض لدرجة حرارة محيطة فعلية أعلى مما تشير إليه بيانات الطقس. وتحدد اللوحة التعريفية وشروط الخدمة التي يحددها المصنع المعايير التي ينطبق العمل بها.

2. درجة الحرارة المحيطة مقابل ارتفاع درجة حرارة المحول

في التقدير الأولي وفي حالة الاستقرار، تكون درجة الحرارة عند نقطة معينة هي درجة الحرارة المحيطة مضافًا إليها الارتفاع في تلك النقطة. ويتم تحديد هذا الارتفاع من خلال اختبار التشغيل الحراري عند القدرة المقدرة، ولهذا السبب حدود ارتفاع درجة حرارة المحولات يتم تحديدها استنادًا إلى درجة حرارة مرجعية لوسط التبريد، وليس استنادًا إلى موقع معين.

القيم المذكورة عادةً في المعيار IEC 60076-2 هي 60 كلفن لارتفاع درجة حرارة الزيت الأقصى و65 كلفن لارتفاع درجة حرارة الملفات المتوسط. وهي تنطبق على المحولات ذات العزل الصلب من الفئة 105 (IEC 60085)، المغمورة في زيت معدني أو سائل اصطناعي لا تتجاوز درجة اشتعاله 300 درجة مئوية، في ظل أوضاع التبريد المدرجة في جدول ارتفاع درجة الحرارة بالمعيار. وهي حدود في حالة الاستقرار عند الطاقة المقدرة المستمرة، مع الأخذ في الاعتبار متوسط درجة حرارة وسيط التبريد السنوي البالغ 20 درجة مئوية. أما التبريد بالزيت الموجه، وأنظمة العزل المقاومة لدرجات الحرارة العالية، وتصميمات IEEE التي تسمح بارتفاع درجة الحرارة بمقدار 65 درجة مئوية، فتتبع حدودًا أخرى؛ لذا يجب مراجعة إصدار المعيار المعمول به والبيانات الخاصة بالمحول نفسه قبل إعادة استخدام هذه الأرقام.

يختلف التشغيل الفعلي عن نموذج "درجة الحرارة المحيطة زائد الارتفاع". فالتغيرات في الحمل، ودوران الزيت، والقصور الحراري، والتدرج الحراري بين اللفات والزيت، كلها عوامل تؤثر على النتيجة. يستجيب الزيت على مدار ساعات، بينما تستجيب اللفات على مدار دقائق، لذا فإن القراءات المسجلة أثناء خطوة الحمل لا تتطابق مع قيم الحالة المستقرة.

3. كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة المرتفعة على حمل المحولات

كلما ارتفعت درجة الحرارة المحيطة، قل الهامش بين درجة حرارة الهواء المحيط ودرجات الحرارة التي صُمم نظام العزل من أجلها. وعند نفس الحمل ومرحلة التبريد، عادةً ما ترتفع درجات حرارة الزيت والملفات. وللحفاظ على درجة حرارة النقاط الساخنة ضمن المعايير التصميمية، يتطلب الأمر إما خفض الحمل أو زيادة التبريد.

يبدأ كل من المعيار IEC 60076-7 ودليل التحميل IEEE C57.91 من درجة الحرارة المحيطة والحمل، ويحسبان درجات حرارة سطح الزيت ونقاط السخونة، ويربطانها بتقادم العزل. بالنسبة لأنظمة العزل التي ترتفع درجة حرارتها بمقدار 65 درجة مئوية، يستخدم دليل IEEE نقطة ساخنة مرجعية تبلغ 110 درجات مئوية عند متوسط درجة حرارة محيطة يبلغ 30 درجة مئوية للحمل العادي. وتخص هذه القيمة نظام العزل المذكور ودرجة الحرارة المحيطة المذكورة، ولا تنطبق على التصميمات الأخرى.

يجب أن تستند عملية تخفيض السعة في حالة ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى بيانات التحميل الصادرة عن الشركة المصنعة أو الدليل المعمول به. وتفترض قواعد «النسبة المئوية لكل درجة» المتوفرة على الإنترنت وجود أنماط تبريد وأنظمة عزل معينة، ولا ينبغي تطبيقها على محول غير محدد. كما يستخدم حساب التحميل الإحصائية الخاصة بدرجة الحرارة المحيطة التي يحددها الأساس الذي يستند إليه، وهي ليست دائمًا ذروة درجة الحرارة اليومية.

4. درجة حرارة الزيت العلوي، ودرجة حرارة اللف، ودرجة حرارة النقاط الساخنة

تُشير درجة حرارة الزيت العلوي إلى درجة حرارة الزيت الموجود في الجزء العلوي من الخزان. ونظرًا لأن الزيت يتحرك ببطء، فإنه يعكس بشكل جيد عملية التبريد الإجمالية، بينما لا يعكس بشكل جيد التسخين الموضعي السريع.

تعتمد درجة حرارة الملف على الطريقة التي تم الحصول عليها بها. فالمؤشر التقليدي يعطي قيمة محسوبة من درجة حرارة الزيت السطحي مضافًا إليها معامل تيار الحمل، بينما يعطي اختبار التشغيل الحراري متوسطًا مشتقًا من مقاومة الملف.

درجة حرارة النقاط الساخنة في لفات المحول هي درجة الحرارة عند النقطة الأكثر سخونة داخل الملف. وفي أدلة التحميل، تساوي درجة الحرارة المحيطة مضافًا إليها ارتفاع درجة حرارة الزيت في الجزء العلوي مضافًا إليها تدرج درجة الحرارة في النقطة الساخنة فوق مستوى الزيت العلوي، وهي التي تحدد حساب شيخوخة العزل. ولا يمكن رصدها من خلال قياس درجة حرارة الزيت الخارجية، ولا ينبغي اعتبار قراءة WTI قياسًا مباشرًا لدرجة حرارة النقطة الساخنة.

5. أداء التبريد في درجات الحرارة المحيطة المرتفعة

تقوم المبردات بتفريغ الحرارة إلى الهواء المحيط، وتتمثل القوة الدافعة في الفرق بين درجة حرارة الزيت ودرجة حرارة الهواء. ويؤدي ارتفاع درجة حرارة الهواء إلى تقليص هذا الفرق، لذا فإن المبردات نفسها تنقل كمية أقل من الحرارة ما لم تعوض المراوح أو المضخات هذا النقص. وتبدأ مراحل التبريد في وقت أبكر وتستمر لفترة أطول، ويصبح الهامش المتبقي أصغر.

ارتفاع درجة الحرارة المحيطة ليس عيبًا في حد ذاته. لكنه يؤدي إلى ظهور مشاكل التبريد في وقت أبكر: فقد تظل أعطال المروحة، أو انخفاض تدفق الهواء، أو ضعف دوران الزيت، أو اتساخ المبردات، خفية عند درجة حرارة 15 درجة مئوية، بينما تظهر على شكل ارتفاع واضح في درجة الحرارة عند 38 درجة مئوية. التقييم أداء تبريد المحولات وهذا يعني مقارنة اتجاهات مستوى الزيت العلوي واللفات مع الحمل ودرجة الحرارة المحيطة وحالة المروحة أو المضخة على مدار الوقت. فإذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع بعد بدء مرحلة التبريد، فإن ذلك يستدعي فحص مسار التبريد؛ لكن يجب أولاً تأكيد أو استبعاد تأثير كل من الحمل ودرجة الحرارة المحيطة وحالة المستشعر قبل الاستنتاج بأن الأمر يتعلق بخلل في نظام التبريد.

6. كيفية مراقبة درجة الحرارة في المحولات المغمورة بالزيت

إن قراءة درجة حرارة الزيت القصوى عند 80 درجة مئوية تعني شيئًا واحدًا عند الحمل الخفيف في صباح بارد، وتعني شيئًا آخر عند الحمل الكامل في موجة حر مع بقاء مرحلة المروحة في وضع الإيقاف. ويتطلب التقييم أخذ جميع هذه العوامل في الاعتبار معًا:

درجة الحرارة المحيطة + حمل المحول + درجة حرارة الزيت العلوي + درجة حرارة اللفات/النقاط الساخنة + حالة التبريد → تقييم الحالة الحرارية

من السهل تجاهل درجة الحرارة المحيطة في هذا السياق، لكنها تفسر العديد من التغيرات في درجات الحرارة التي تبدو غير مبررة في اللجنة. مراقبة درجة حرارة المحولات إن تسجيل حالة البيئة المحيطة، والحمل، والزيت، والملفات، والتبريد معًا يجعل من الممكن مقارنة اتجاهات الأداء وسجلات الإنذارات على مدار الوقت. وتمتد مراقبة المحولات المغمورة بالزيت لتشمل نفس النهج فيما يتعلق بحالة الزيت ومعدات التبريد.

7. طرق ومنتجات مراقبة درجة الحرارة

تجيب كل طريقة على سؤال مختلف، ولا تحل أي منها محل الأخرى.

أما بالنسبة للنفط، فإن مؤشر درجة حرارة زيت المحولات BWY2 وهو جهاز OTI ميكانيكي مزود بنقاط تلامس قابلة للضبط لبدء التبريد وإنذار ارتفاع درجة الحرارة، بالإضافة إلى مخرجات Pt100 ومخرجات اختيارية من 4 إلى 20 مللي أمبير. ويُشير الجهاز إلى درجة حرارة الزيت العلوية ولا يقدم أي معلومات مباشرة عن الملف.

بالنسبة للملف، فإن مؤشر درجة حرارة لفات محول BWR2 يضيف معيار تيار الحمل إلى درجة حرارة الزيت، ويعرض قيمة محاكاة للملف من أجل الإشارة المحلية، والتحكم في التبريد، والإنذار، والقطع.

يجب توخي الحذر عند استخدام أجهزة القياس في المواقع ذات درجات الحرارة المرتفعة. تذكر صفحات المنتجات أن نطاق درجة الحرارة المحيطة للتشغيل يتراوح بين −40 درجة مئوية و+80 درجة مئوية بالنسبة لطراز BWY2، وبين −40 درجة مئوية و+65 درجة مئوية بالنسبة لطراز BWR2. وتشير هذه الأرقام إلى النطاق الذي يمكن للجهاز نفسه أن يعمل فيه، ولا تحدد درجة الحرارة المحيطة القصوى المسموح بها لتشغيل المحول.

للقياس المباشر، أ مستشعر درجة الحرارة الملفوف بألياف البولي إيميد الضوئية يتم وضع طرف استشعار فلوري في موقع اللف المركب. ويتميز الطرف بأنه عازل كهربائيًا ومحصن ضد التداخل الكهرومغناطيسي. وعادةً ما يتم تركيبه أثناء التصنيع أو عمليات التجديد الكبرى، ويقيس كل مسبار نقطة واحدة، لذا يجب أن يتوافق وضعه مع التصميم الحراري. وتظل الطرق التقليدية WTI وPt100 سارية المفعول لأغراض التحكم والحماية، وغالبًا ما يتم استخدام هذين النهجين معًا.

عندما يتعين تغطية عدة لفات أو مراحل، يدعم نظام الألياف الضوئية متعدد القنوات ما بين 1 إلى 64 قناة مع اتصال RS485/Modbus. وينبغي أن يعتمد عدد القنوات على النقاط ذات الأهمية من الناحية الحرارية، وليس على الحد الأقصى الذي يمكن للمضيف استيعابه.

8. قائمة مراجعة التشغيل في ظروف درجات الحرارة المحيطة المرتفعة

• تأكد من البيانات الواردة على اللوحة التعريفية وشروط الخدمة التي حددها المصنع، بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة وفئة التبريد والارتفاع عن سطح البحر.
• قارن الظروف المحيطة بالموقع مع أساس التحميل، باستخدام الإحصائية التي يحددها هذا الأساس.
• يجب مراعاة تأثيرات الغلاف أو الغرفة إذا كان المحول موجودًا في الداخل.
• راجع اتجاه درجة حرارة الزيت العلوية في ظل أحمال ودرجات حرارة محيطة مماثلة.
• تحقق من درجة حرارة الملف أو درجة حرارة النقطة الساخنة في الأماكن التي تتوفر فيها قياسات، ولاحظ ما إذا كانت القراءة محسوبة أم مباشرة.
• قارن درجات الحرارة مع الحمل بدلاً من قياسها بمفردها.
• تأكد من أن المراوح والمضخات تعمل عند إعطاء الأمر، وأن درجة الحرارة تستجيب لذلك.
• انتبه إلى أي اختلال مستمر في درجة حرارة المرحلة أو اللفات.
• راجع سجل الإنذارات بحثًا عن الأحداث المتكررة بدلاً من الاستجابة لذروة واحدة.
• حدد ما إذا كان من الضروري تخفيض الحمولة وفقًا لإرشادات الشركة المصنعة أو دليل التحميل المعمول به.

تختلف قيم الإنذار والقيم التي تؤدي إلى قطع التيار باختلاف المحولات، وترد في وثائق الشركة المصنعة ودراسة الحماية.

9. الأسئلة الشائعة

ما هي درجة الحرارة المحيطة القصوى للمحول المغمور بالزيت؟

لا يوجد رقم مطلق ينطبق على كل وحدة. تذكر المواصفة القياسية IEC 60076-1 درجة حرارة 40 درجة مئوية في أي وقت، و30 درجة مئوية كمتوسط شهري لأشد الشهور حرارة، و20 درجة مئوية كمتوسط سنوي كظروف تشغيل عادية. تستخدم المواصفة IEEE C57.12.00 متوسطًا يبلغ 30 درجة مئوية على مدار أي 24 ساعة متواصلة، ودرجة حرارة قصوى تبلغ 40 درجة مئوية. وهذه شروط مرجعية للتصنيف، وليست حدودًا عامة. تحدد اللوحة التعريفية وبيانات الشركة المصنعة الحد الأقصى لمحول معين، ويمكن تحديد تصميمات مخصصة للمناخ الحار لدرجات حرارة محيطة أعلى.

كيف تؤثر درجة الحرارة المحيطة على حمل المحول؟

تؤدي ارتفاع درجة الحرارة المحيطة إلى تقليل الفارق بين درجة حرارة الهواء المحيط ودرجات الحرارة التي يمكن للعزل تحملها. في حالة الاستقرار، تميل درجات حرارة الزيت والملفات إلى الاستقرار عند مستويات أعلى عند نفس الحمل، وبالتالي ينخفض الحمل الذي يحافظ على درجة حرارة النقطة الساخنة ضمن المعايير التصميمية. ويعتمد مقدار هذا الانخفاض على وضع التبريد ونظام العزل ودليل التحميل المستخدم، مثل المواصفة القياسية IEC 60076-7 أو IEEE C57.91.

ما الفرق بين درجة الحرارة المحيطة ودرجة حرارة الزيت السطحي ودرجة حرارة اللف؟

درجة الحرارة المحيطة هي درجة حرارة الهواء المحيط بالمحول. ودرجة حرارة الزيت في الجزء العلوي هي درجة حرارة الزيت في المنطقة العليا، أما درجة حرارة الملف فهي قيمة متوسطة، إما مقاسة أو محسوبة، حسب الطريقة المتبعة. ودرجة حرارة النقطة الساخنة هي درجة حرارة أشد نقاط الملف سخونة. وترتفع كل درجة من هذه الدرجات تدريجيًا عن درجة الحرارة المحيطة، ويتم قياسها بطرق مختلفة.

هل ينبغي تخفيض الحمل على المحول في حالة ارتفاع درجات الحرارة المحيطة؟

يعتمد ذلك على مدى تجاوز ظروف الموقع لمعايير التصنيف وعلى التبريد المتاح. وفي حالة تجاوزها لهذه المعايير، يتم تحديد التعديل وفقًا لبيانات الأحمال الصادرة عن الشركة المصنعة أو الدليل المعمول به. أما إذا ظلت درجة الحرارة المحيطة ضمن نطاق المعايير وكانت التبريد كافيًا، فقد لا تكون هناك حاجة لإجراء أي تغيير. وينبغي أن يستند القرار إلى الأحمال واتجاهات درجات الحرارة وحالة التبريد، إلى جانب درجة الحرارة المحيطة.