ट्रांसफार्मर कोर डिज़ाइन परिचालन क्षमता और सेवा जीवन को कैसे प्रभावित करता है

जब इंजीनियर ट्रांसफार्मर विनिर्देश की समीक्षा करते हैं, तो आमतौर पर ध्यान सबसे पहले वाइंडिंग के तापमान में वृद्धि, प्रतिबाधा, इन्सुलेशन स्तर, शीतलन विधि और लोड हानि पर जाता है। हालाँकि, में ज़िशेंग इलेक्ट्रिक , विद्युत चुम्बकीय डिज़ाइन में जिन क्षेत्रों की हम बहुत पहले जाँच करते हैं उनमें से एक ट्रांसफार्मर कोर है.

इसका एक व्यावहारिक कारण है.

लोड के साथ तांबे की हानि बदलती रहती है। जब फैक्ट्री रात में उत्पादन बंद कर देती है या जब वितरण ट्रांसफार्मर केवल 20% लोड ले रहा होता है तो कोर लॉस गायब नहीं होता है। जब तक ट्रांसफार्मर सक्रिय रहता है, कोर कार्य करता रहता है।

यह ट्रांसफार्मर कोर डिज़ाइन को  न केवल दक्षता से, बल्कि ऑपरेटिंग तापमान, शोर, उत्तेजना वर्तमान और दीर्घकालिक इन्सुलेशन स्थिति से भी निकटता से संबंधित बनाता है।

मध्य पूर्व और अफ़्रीका में काम कर रहे ट्रांसफार्मरों के लिए, ये विवरण अधिक ध्यान देने योग्य हैं। उच्च परिवेश तापमान, वोल्टेज में उतार-चढ़ाव, लंबे वितरण फीडर और विभिन्न 50 हर्ट्ज/60 हर्ट्ज सिस्टम आवश्यकताएं एक ट्रांसफार्मर के डिजाइन मार्जिन को कम कर सकती हैं जो कागज पर पूरी तरह से स्वीकार्य दिखता है।

ट्रांसफार्मर कोर का दक्षता पर निरंतर प्रभाव क्यों पड़ता है?

एक ट्रांसफार्मर कोर चुंबकीय पथ प्रदान करता है जो प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग को जोड़ता है। प्रत्येक एसी चक्र के लिए चुंबकीय सामग्री को एक दिशा में चुंबकित करने और फिर उलटने की आवश्यकता होती है।

इस प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा नष्ट हो जाती है।

व्यावहारिक ट्रांसफार्मर इंजीनियरिंग में, कोर हानि को मुख्य रूप से हिस्टैरिसीस हानि  और एड़ी-वर्तमान हानि में विभाजित किया गया है.

हिस्टैरिसीस हानि विद्युत स्टील के चुंबकीय गुणों और ऑपरेटिंग फ्लक्स घनत्व पर दृढ़ता से निर्भर करती है। एड़ी-करंट हानि स्टील के अंदर प्रेरित धाराओं से उत्पन्न होती है। यह एक कारण है कि ट्रांसफार्मर कोर का निर्माण ठोस स्टील ब्लॉक के बजाय पतले इंसुलेटेड लेमिनेशन से किया जाता है।

अनाज-उन्मुख विद्युत स्टील के निर्माता भी ट्रांसफार्मर के नुकसान को कम करने में महत्वपूर्ण कारकों के रूप में पतले लेमिनेशन, सामग्री ग्रेड और चुंबकीय अभिविन्यास की पहचान करते हैं।

एक वितरण ट्रांसफार्मर के लिए जो पूरे वर्ष सक्रिय रहता है, नो-लोड हानि में अपेक्षाकृत छोटा अंतर भी लगातार जमा होता रहता है। यही कारण है कि केवल रेटेड लोड पर ट्रांसफार्मर दक्षता की तुलना करने से वास्तविक परिचालन लागत का कुछ हिस्सा छूट सकता है।

मुख्य सामग्री: सीआरजीओ ग्रेड डेटाशीट पर नाम से अधिक मायने रखता है

अधिकांश पारंपरिक बिजली और वितरण ट्रांसफार्मर कोल्ड-रोल्ड अनाज-उन्मुख विद्युत स्टील का उपयोग करते हैं , जिसे आम तौर पर सीआरजीओ सिलिकॉन स्टील कहा जाता है।

लेकिन तकनीकी विनिर्देश में केवल 'सीआरजीओ कोर' लिखना एक इंजीनियर को बहुत कम बताता है।

विभिन्न स्टील ग्रेडों में अलग-अलग विशिष्ट नुकसान, पारगम्यता विशेषताएँ, कोटिंग गुण और संतृप्ति व्यवहार होते हैं। शीट की मोटाई भी भिन्न होती है।

उच्च-प्रदर्शन विद्युत स्टील चुंबकत्व के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम कर सकता है। पतले लेमिनेशन प्रत्येक शीट के अंदर भंवर धाराओं को प्रसारित करने से रोकने में मदद करते हैं। चुंबकीय-डोमेन-परिष्कृत ग्रेड उपयुक्त परिचालन स्थितियों के तहत घाटे को और कम कर सकते हैं।

कम हानि वाला ट्रांसफार्मर कोर  निरंतर ऊर्जा के दौरान कम आंतरिक गर्मी पैदा करता है, जिससे तेल, वाइंडिंग्स और शीतलन प्रणाली पर थर्मल बोझ कम हो जाता है।

कम हानि वाला ट्रांसफार्मर कोर  निरंतर ऊर्जा के दौरान कम आंतरिक गर्मी पैदा करता है। इसलिए ट्रांसफार्मर शीतलन प्रणाली में लोड हानि पर विचार करने से पहले हटाने के लिए कम गर्मी होती है।

हल्की जलवायु में इससे कार्यक्षमता में आसानी से सुधार हो सकता है। 45-50°C आउटडोर इंस्टालेशन में, वह अतिरिक्त थर्मल मार्जिन अधिक मूल्यवान हो जाता है।

शीटों के बीच लेमिनेशन की मोटाई और इन्सुलेशन

जब परिसंचारी धाराओं को बड़े प्रवाहकीय क्षेत्रों में विकसित होने की अनुमति दी जाती है तो एड़ी-धारा हानि बढ़ जाती है।

ट्रांसफार्मर निर्माता कोर को कई पतली शीटों में विभाजित करके और एक लेमिनेशन को दूसरे से विद्युत रूप से इन्सुलेट करके इसका समाधान करते हैं।

इसलिए शीट की मोटाई मायने रखती है।

इलेक्ट्रिकल-स्टील अनुसंधान और निर्माता डेटा से पता चलता है कि लेमिनेशन की मोटाई कम करना एड़ी-करंट हानि को कम करने का एक स्थापित तरीका है। आवृत्ति और फ्लक्स घनत्व बढ़ने पर संबंध विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है।

एक और विनिर्माण मुद्दा है जिसे इंजीनियर कभी-कभी नजरअंदाज कर देते हैं: काटने, स्टैकिंग या क्लैंपिंग के दौरान इन्सुलेशन कोटिंग को नुकसान पहुंचाना।

यदि आसन्न लेमिनेशन को भारी गड़गड़ाहट, क्षतिग्रस्त कोटिंग या प्रवाहकीय संदूषण द्वारा विद्युत रूप से पाट दिया जाता है, तो स्थानीयकृत परिसंचारी धाराएं विकसित हो सकती हैं। ड्राइंग अभी भी एक अच्छा कोर डिज़ाइन दिखा सकती है, लेकिन निर्मित कोर अब बिल्कुल गणना के अनुसार प्रदर्शन नहीं करता है।

इसीलिए सामग्री चयन और विनिर्माण गुणवत्ता को अलग नहीं किया जा सकता।

चुंबकीय प्रवाह घनत्व: उच्चतर हमेशा बेहतर नहीं होता है

में सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक ट्रांसफार्मर कोर डिजाइन  ऑपरेटिंग ट्रांसफार्मर कोर फ्लक्स घनत्व है , क्योंकि यह सीधे नो-लोड हानि, उत्तेजना वर्तमान और चुंबकीय मार्जिन को प्रभावित करता है। एक सरलीकृत ट्रांसफार्मर संबंध को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

बी ≈ वी / (4.44 × एफ × एन × ए)

जहां बी चुंबकीय प्रवाह घनत्व है, वी लागू वोल्टेज है, एफ आवृत्ति है, एन घुमावदार मोड़ है और ए प्रभावी कोर क्षेत्र है।

यह समीकरण कई व्यावहारिक डिज़ाइन समस्याओं की व्याख्या करता है।

फ्लक्स घनत्व बढ़ने से आवश्यक कोर क्रॉस-सेक्शन कम हो सकता है और ट्रांसफार्मर अधिक कॉम्पैक्ट हो सकता है। हालाँकि, इसे बहुत दूर तक धकेलें, और जैसे-जैसे सामग्री संतृप्ति के करीब आती है, कोर हानि, उत्तेजना धारा और ध्वनिक शोर तेजी से बढ़ते हैं।

अनावश्यक रूप से कम फ्लक्स घनत्व का उपयोग करना भी स्वचालित रूप से एक अच्छा डिज़ाइन नहीं है। कोर बड़ा और भारी हो जाता है, सामग्री की खपत बढ़ जाती है, और घुमावदार आयाम भी प्रभावित हो सकते हैं।

इसलिए इंजीनियरिंग लक्ष्य न्यूनतम या उच्चतम संभव मूल्य नहीं है। यह एक ऑपरेटिंग बिंदु है जो वास्तविक परियोजना स्थितियों के लिए हानि, आकार, लागत, शोर और चुंबकीय मार्जिन को संतुलित करता है।

50 हर्ट्ज़ और 60 हर्ट्ज़ परियोजनाओं को अलग-अलग जांच की आवश्यकता है

यह तब मायने रखता है जब विभिन्न देशों में ट्रांसफार्मर की आपूर्ति की जाती है।

अधिकांश अफ्रीकी बिजली प्रणालियाँ 50 हर्ट्ज़ पर काम करती हैं , जबकि मध्य पूर्व के कुछ हिस्सों में परियोजना विनिर्देशों को उपयोगिता और अनुप्रयोग के आधार पर 50 हर्ट्ज़ या 60 हर्ट्ज़ की आवश्यकता हो सकती है। ट्रांसफार्मर की गणना परियोजना विनिर्देश में बताई गई आवृत्ति के लिए की जानी चाहिए।

मुख्य मुद्दा वी/एफ अनुपात है.

समान वोल्टेज पर 50 हर्ट्ज आपूर्ति पर 60 हर्ट्ज चुंबकीय स्थिति के आसपास डिज़ाइन किए गए उपकरण चलाने से फ्लक्स घनत्व बढ़ जाता है जब तक कि डिज़ाइन पर्याप्त मार्जिन प्रदान नहीं करता है। इससे उत्तेजना धारा, कोर हानि, कंपन और ताप बढ़ सकता है।

इसलिए हम 50 हर्ट्ज़ और 60 हर्ट्ज़ को डिज़ाइन के अंत में जोड़े गए नेमप्लेट विवरण के रूप में नहीं मानते हैं। यह प्रारंभ से ही चुंबकीय गणना में शामिल है।

स्टेप-लैप जोड़ और कोर गैप क्यों मायने रखते हैं

एक ट्रांसफार्मर कोर विद्युत स्टील के एक सतत टुकड़े से नहीं बनाया जा सकता है। अलग-अलग लेमिनेशन को अंग और योक जोड़ों पर मिलना होता है।

ख़राब संयुक्त डिज़ाइन चुंबकीय असंतुलन पैदा करता है।

फिर चुंबकीय प्रवाह को बड़े प्रभावी अंतराल को पार करना पड़ता है या स्टील की पसंदीदा रोलिंग दिशा से विचलित होना पड़ता है। स्थानीय प्रवाह सांद्रता बढ़ जाती है, जो उत्तेजना धारा, नो-लोड हानि और शोर को बढ़ा सकती है।

आधुनिक कोर आमतौर पर पूरी तरह से मिटर्ड स्टेप-लैप जोड़ों का उपयोग करते हैं । जोड़ को एक स्थान पर केंद्रित करने के बजाय, क्रमिक लेमिनेशन चरणों में ओवरलैप होते हैं।

इसका उद्देश्य संयुक्त क्षेत्र के माध्यम से सहज प्रवाह स्थानांतरण है।

यहां काटने की सटीकता और स्टैकिंग संरेखण महत्वपूर्ण हो जाता है। एक अच्छी विद्युत चुम्बकीय गणना अनियमित अंतराल के साथ बुरी तरह से स्टैक्ड कोर की भरपाई नहीं कर सकती है।

यह एक कारण है कि हम ट्रांसफार्मर कोर स्टैकिंग प्रक्रिया  को साधारण शीट असेंबली के बजाय नियंत्रित विनिर्माण ऑपरेशन के रूप में मानते हैं।

कटिंग, स्टैकिंग और सक्रिय-भाग निर्माण पर अधिक विस्तृत जानकारी के लिए, हमारी आईईसी ट्रांसफार्मर विनिर्माण प्रक्रिया  मार्गदर्शिका देखें। आईईसी ट्रांसफार्मर विनिर्माण प्रक्रिया

कोर असेंबली के दौरान हम क्या जाँचते हैं

ज़िशेंग इलेक्ट्रिक में, हम मुख्य प्रदर्शन को केवल सामग्री विनिर्देश के रूप में नहीं मानते हैं। ट्रांसफार्मर कोर असेंबली के दौरान, हमारे इंजीनियर लेमिनेशन एलाइनमेंट, कटिंग बर्र्स, स्टेप-लैप ज्वाइंट स्थिरता, इन्सुलेशन कोटिंग की स्थिति और क्लैंपिंग एकरूपता की जांच करते हैं। यहां तक ​​कि उच्च ग्रेड सीआरजीओ स्टील भी उच्च नो-लोड हानि दिखा सकता है यदि लेमिनेशन क्षतिग्रस्त हो या खराब तरीके से स्टैक किया गया हो। ये जाँचें निर्मित कोर को मूल विद्युत चुम्बकीय डिज़ाइन के करीब रखने में मदद करती हैं।

क्लैंपिंग दबाव चुंबकीय प्रदर्शन को बदल सकता है

एक बार जब कोर को ढेर कर दिया जाता है, तो इसे वाइंडिंग असेंबली, परिवहन और संचालन के दौरान स्थिर रहने के लिए पर्याप्त यांत्रिक समर्थन की आवश्यकता होती है।

अधिक क्लैम्पिंग बल आवश्यक रूप से बेहतर नहीं है।

विद्युत इस्पात यांत्रिक तनाव के प्रति संवेदनशील है। अत्यधिक स्थानीय दबाव, विरूपण या ख़राब क्लैम्पिंग व्यवस्था चुंबकीय प्रदर्शन को ख़राब कर सकती है। अपर्याप्त क्लैम्पिंग एक अलग समस्या पैदा करती है: लेमिनेशन अधिक आसानी से कंपन कर सकता है, जिससे ऑपरेटिंग शोर और यांत्रिक गति बढ़ जाती है।

इसलिए कोर क्लैम्पिंग संरचना में एक ही समय में दो कार्य होते हैं।

इसे विद्युत स्टील में अनावश्यक तनाव पैदा किए बिना चुंबकीय सर्किट को यांत्रिक रूप से स्थिर रखना होता है।

यह विशेष रूप से मध्य पूर्व या अफ्रीकी परियोजना स्थलों पर लंबी दूरी से ले जाए जाने वाले बड़े ट्रांसफार्मरों के लिए प्रासंगिक है, जहां सड़क की स्थिति और हैंडलिंग कारखाने के अंदर की तुलना में बहुत भिन्न हो सकती है।

कोर ग्राउंडिंग गंभीर परिणामों वाला एक छोटा विवरण है

ट्रांसफार्मर कोर को सामान्यतः नियंत्रित ग्राउंडिंग व्यवस्था की आवश्यकता होती है।

कई डिज़ाइनों में, कोर को जानबूझकर एक बिंदु पर ग्राउंड किया जाता है.

एकाधिक अनपेक्षित ग्राउंडिंग बिंदु बंद प्रवाहकीय लूप बना सकते हैं। भटका हुआ चुंबकीय प्रवाह तब कोर संरचना, क्लैंप या ग्राउंडिंग पथ के माध्यम से परिसंचारी धाराओं को प्रेरित कर सकता है।

परिणाम स्थानीयकृत ताप हो सकता है जिसे बाहरी निरीक्षण से पहचानना मुश्किल है।

असेंबली और निरीक्षण के दौरान, इंजीनियरों को कोर-टू-ग्राउंड इन्सुलेशन को सत्यापित करने और यह पुष्टि करने की आवश्यकता होती है कि ग्राउंडिंग व्यवस्था अनुमोदित डिज़ाइन से मेल खाती है।

जरूरी नहीं कि कमीशनिंग के दौरान कोर ग्राउंडिंग समस्या तुरंत सामने आए। यही वह चीज़ है जो इसे दीर्घकालिक विश्वसनीयता की चिंता बनाती है।

कैसे कोर लॉस अप्रत्यक्ष रूप से ट्रांसफार्मर के जीवन को छोटा कर सकता है

इलेक्ट्रिकल स्टील आमतौर पर वह घटक नहीं होता है जो ट्रांसफार्मर के थर्मल जीवन को निर्धारित करता है।

अधिक महत्वपूर्ण लिंक यह है:

उच्च कोर हानि ट्रांसफार्मर के कुल तापीय भार को बढ़ा देती है। यदि शीतलन डिजाइन और परिवेश मार्जिन सीमित है, तो तेल और घुमावदार तापमान में परिणामी वृद्धि इन्सुलेशन उम्र बढ़ने में तेजी ला सकती है।

IEC 60076-2 तरल-डूबे ट्रांसफार्मर के लिए तापमान वृद्धि आवश्यकताओं और तापमान-वृद्धि परीक्षण को संबोधित करता है, जिसमें वाइंडिंग हॉट-स्पॉट विचार भी शामिल हैं।

गर्म जलवायु में यह संबंध विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है।

मान लीजिए कि दो ट्रांसफार्मर की क्षमता और लोड हानि समान है, लेकिन एक में नो-लोड हानि काफी अधिक है। समान बाहरी परिस्थितियों में, वह अतिरिक्त कोर हानि लगातार ट्रांसफार्मर के अंदर गर्मी बन जाती है।

मध्यम जलवायु में शीतलन प्रणाली उस अंतर को आराम से अवशोषित कर सकती है।

उच्च ग्रीष्म परिवेश तापमान वाले मध्य पूर्व औद्योगिक स्थल पर, उपलब्ध थर्मल मार्जिन छोटा होता है। शीतलन प्रणाली को एक ही समय में परिवेशीय गर्मी, भार हानि और कोर हानि से निपटना पड़ता है।

पर हमारा लेख 50°C वातावरण के लिए सऊदी अरब ट्रांसफार्मर चयन  इस थर्मल-मार्जिन मुद्दे पर अधिक विस्तार से चर्चा करता है। 50°C ताप के लिए सऊदी अरब ट्रांसफार्मर चयन गाइड

इंजीनियरों को क्या जांचना चाहिए

यही कारण है कि ट्रांसफार्मर कोटेशन का मूल्यांकन करने वाले इंजीनियरों को केवल क्षमता, प्रतिबाधा और कीमत की तुलना नहीं करनी चाहिए।

तकनीकी रूप से मजबूत उद्धरण में मुख्य सामग्री, नो-लोड लॉस गारंटी, आवृत्ति, चुंबकीय डिजाइन आधार और प्रासंगिक फैक्ट्री परीक्षणों को भी परिभाषित किया जाना चाहिए।

मध्य पूर्व और अफ़्रीकी परियोजनाओं को अतिरिक्त डिज़ाइन मार्जिन की आवश्यकता क्यों है?

एक ही ट्रांसफार्मर कोर अलग-अलग व्यवहार कर सकता है। प्रोजेक्ट की स्थितियाँ बदलने पर

उच्च तापमान वाले मध्य पूर्व प्रतिष्ठानों के लिए, कम आंतरिक नुकसान कूलिंग मार्जिन को संरक्षित करने में मदद करता है। कोर हानि को रेडिएटर डिज़ाइन और वाइंडिंग तापमान वृद्धि से अलग नहीं माना जा सकता है।

अफ्रीकी वितरण नेटवर्क में, एक और स्थिति अक्सर दिखाई देती है: लंबे फीडर और ध्यान देने योग्य वोल्टेज भिन्नता।

जब आवृत्ति स्थिर रहती है तो लागू वोल्टेज में वृद्धि से कोर फ्लक्स घनत्व बढ़ जाता है। बहुत कम चुंबकीय मार्जिन के साथ डिज़ाइन किया गया ट्रांसफार्मर निरंतर ओवरवॉल्टेज के दौरान उत्तेजना धारा और नो-लोड हानि में तेज वृद्धि दिखा सकता है।

वोल्टेज तरंगरूप गुणवत्ता भी मायने रखती है। हार्मोनिक वोल्टेज घटक उच्च-आवृत्ति चुंबकीय घटकों का परिचय देते हैं, और आवृत्ति बढ़ने पर कोर हानि आम तौर पर अधिक संवेदनशील हो जाती है।

सही प्रतिक्रिया केवल 'बेहतर सिलिकॉन स्टील का उपयोग करना' नहीं है। इंजीनियरों को संपूर्ण परिचालन स्थिति की समीक्षा करने की आवश्यकता है: सिस्टम वोल्टेज रेंज, आवृत्ति, हार्मोनिक वातावरण, परिवेश का तापमान और अपेक्षित लोडिंग पैटर्न।

FAT के दौरान क्या जाँच की जानी चाहिए?

कोर डिज़ाइन को मुख्य रूप से विनिर्माण नियंत्रण और विद्युत परीक्षण दोनों के माध्यम से सत्यापित किया जाता है।

तैयार ट्रांसफार्मर के लिए, नो-लोड हानि और नो-लोड वर्तमान माप  विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। ये मान इस बात की सीधी जांच प्रदान करते हैं कि निर्मित चुंबकीय सर्किट डिजाइन गणना के करीब व्यवहार करता है या नहीं।

अप्रत्याशित रूप से उच्च नो-लोड करंट अत्यधिक फ्लक्स घनत्व, कोर-संयुक्त समस्याओं, सामग्री अंतर या विनिर्माण विचलन का संकेत दे सकता है।

अप्रत्याशित रूप से उच्च नो-लोड हानि को स्वीकार किए जाने के बजाय जांच की आवश्यकता है क्योंकि ट्रांसफार्मर अभी भी सामान्य रूप से सक्रिय हो सकता है।

परियोजना आवश्यकताओं के आधार पर, इंजीनियर ध्वनि स्तर, कोर इन्सुलेशन, उत्तेजना व्यवहार और संबंधित विशेष परीक्षणों की भी समीक्षा कर सकते हैं।

आईईसी 60076-1 बिजली ट्रांसफार्मर के लिए सामान्य आईईसी मानक बना हुआ है, जो रेटिंग, सामान्य आवश्यकताओं और परीक्षण ढांचे को कवर करता है।

एक कम नुकसान वाला ट्रांसफार्मर टैंक के अंदर शुरू होता है

नेमप्लेट द्वारा ट्रांसफार्मर की दक्षता नहीं बनाई जा सकती।

एफएटी से बहुत पहले, ट्रांसफार्मर का प्रदर्शन पहले से ही इलेक्ट्रिकल-स्टील चयन, फ्लक्स-घनत्व गणना, लेमिनेशन कटिंग, स्टेप-लैप डिज़ाइन, स्टैकिंग सटीकता, क्लैंपिंग और ग्राउंडिंग से प्रभावित हो चुका है।

मध्य पूर्व और अफ्रीकी परियोजनाओं पर काम करने वाले इंजीनियरों के लिए, हम ट्रांसफार्मर कोर को  एक अलग घटक के रूप में मूल्यांकन करने के बजाय तापमान वृद्धि, शीतलन और वास्तविक नेटवर्क स्थितियों के साथ देखने की सलाह देते हैं।

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