مرحبًا جميعًا، نشكرك على زيارتك للدردشة حول أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا التي نتلقاها هنا في معمل اختبار محولات التيار المتردد DC من النوع الجاف - ما هو الحد الفعلي لارتفاع درجة الحرارة لهذه الوحدات؟ إذا كنت قد عملت من قبل مع معدات اختبار الجهد العالي، فأنت تعلم أن ارتفاع درجات الحرارة ليس مجرد إزعاج بسيط؛ يمكنهم العبث بالأداء، وتقصير عمر المكونات، وحتى التسبب في مشكلات تتعلق بالسلامة. باعتباري شخصًا يبيع ويدعم هذه المحولات منذ سنوات، فقد رأيت بنفسي مدى إرباك هذا الحد بالنسبة للأشخاص الذين اعتادوا على البدائل من النوع الزيتي. دعونا نحلل هذا دون كل المصطلحات، الوعد.
أولاً، دعونا نوضح ما هو محول الاختبار من النوع الجاف، حيث أن هذا هو الأساس هنا. على عكس الوحدات المملوءة بالزيت (ربما تكون قد رأيت روابط لأشياء مثل جهاز اختبار hipot من نوع محول الزيت AC DC، والذي يعد رائعًا لتطبيقات محددة ولكن ليس من النوع الجاف)، فإن هذه تستخدم الهواء أو العزل الصلب بدلاً من الزيت المعدني للتبريد وقوة العزل الكهربائي. وهذا يعني أن حدود درجة حرارتها مرتبطة مباشرة بالمواد العازلة التي تم تصنيعها بها، حيث لا يوجد زيت يعمل كمنطقة عازلة ضد الحرارة.
تستخدم معظم المحولات من النوع الجاف لاختبارات التيار المتردد والتيار المستمر العزل من الفئة F أو الفئة H، أليس كذلك؟ انتظر، تلخيصًا سريعًا لفصول العزل لأن هذا أمر حاسم أو فاصل: الفئة أ هي المدرسة القديمة (الورق والقطن)، أقصى ارتفاع لدرجة الحرارة هو 60 درجة مئوية فوق البيئة المحيطة؛ الفئة F هي مواد اصطناعية مثل راتنجات الايبوكسي والميكا، بحد أقصى 105 درجة مئوية. الفئة H هي أعلى من ذلك - مطاط السيليكون أو الإيبوكسي المتقدم، بحد أقصى 125 درجة مئوية. بالمناسبة، درجة الحرارة المحيطة عادة ما تكون 40 درجة مئوية القياسية التي نستخدمها لاختبار المعدات الكهربائية، لذا فإن إضافة الارتفاع يمنحك إجمالي درجة حرارة التشغيل. ولكن هنا يصبح الأمر صعبًا بالنسبة لمحولات الاختبار على وجه التحديد: هذه الوحدات لا تعمل في حالة مستقرة مثل محولات الطاقة. نحن نتحدث عن اختبارات قصيرة وعالية الجهد، من دقائق إلى ساعات، وليس على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. فهل هذا يغير الحد؟
من خلال اختباراتنا المعملية ومعايير الصناعة (سأتطرق إليها لاحقًا)، فإن الإجابة هي "نعم، ولكن ليس بالقدر الذي قد تعتقده". يمكن لمحولات الطاقة التعامل مع درجات الحرارة الإضافية لفترات قصيرة لأنها مصممة للاستخدام المستمر، ولكن محولات الاختبار يتم دفعها بقوة في النوافذ القصيرة، لذا فإن الطبقة الحرارية العازلة لا تزال تتحكم في الحد الآمن. على سبيل المثال، محول اختبار النوع الجاف من الفئة F: إذا كانت درجة الحرارة المحيطة 40 درجة مئوية، فإن الحد الأقصى لدرجة الحرارة الإجمالية هو 155 درجة مئوية، لذا لا يمكن أن يتجاوز الارتفاع 115 درجة مئوية؟ انتظر، لا - انتظر، لا، أنا أخلط بين درجة الحرارة الإجمالية والارتفاع. اسمحوا لي أن أصحح ما يلي: يحدد المعيار IEC 60076-12 (لمحولات الطاقة من النوع الجاف) والمعيار IEC 60450 (لمحولات الاختبار) أن قياس ارتفاع درجة الحرارة يتم عن طريق المقاومة (لللفات) أو المستشعر (للقلب). بالنسبة لعزل الفئة F، فإن حد ارتفاع درجة حرارة الملف لمحولات الاختبار هو 80 درجة مئوية فوق 40 درجة مئوية. وهذا يعطي إجمالي 120 درجة مئوية، وهو أقل بكثير من إجمالي الفئة F بحد أقصى 155 درجة مئوية - لذلك يوجد حاجز أمان مدمج. الفئة H هي 105 درجة مئوية ترتفع عن 40 درجة مئوية، إجمالي 145 درجة مئوية، والتي لا تزال أقل من 180 درجة مئوية فئة H كحد أقصى.
والآن، لماذا يهم هذا الأمر بالنسبة لشخص ما في السوق؟ إذا كنت تشتري محول اختبار من النوع الجاف، فإن التقليل من فئة العزل لتوفير المال سيؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة أثناء الاختبارات. لقد كان لدي عميل منذ عامين ذهب مع عزل من الدرجة المنخفضة من الفئة B (وهو ارتفاع إجمالي قدره 80 درجة مئوية، وليس 80 درجة مئوية فوق البيئة المحيطة) في وحدة اختبار لاختبارات hipot ذات التيار المتردد بقدرة 100 كيلو فولت. بعد 15 دقيقة من الاختبار المستمر، وصلت درجة حرارة الملف إلى 170 درجة مئوية، وهي درجة أعلى بكثير من إجمالي درجة حرارة الفئة F، ناهيك عن الفئة B الرخيصة. تصدع العزل، واضطروا إلى استبدال المحول بأكمله، وفاتوا الموعد النهائي للمشروع. هذا هو نوع الصداع الذي نريد مساعدتك على تجنبه.
نقطة أخرى: المحولات من النوع الجاف لا تتمتع بالتبريد الطبيعي الناتج عن الحمل الحراري للزيت، لذلك نعتمد على الهواء القسري أو حتى الحمل الحراري الطبيعي. إذا كان إعداد الاختبار الخاص بك في مساحة صغيرة مغلقة بدون تدفق هواء، فسيكون ارتفاع درجة الحرارة أعلى من الحد المقدر. ننصح العملاء دائمًا بالتحقق من بيئة الاختبار الخاصة بهم، حيث تعد التهوية أمرًا أساسيًا. قارن ذلك مع الوحدات من النوع الزيتي، حيث قد يكون من المناسب وجود مساحة خانقة قليلاً لأن الزيت يبدد الحرارة بشكل أفضل، مثل خيارات محولات اختبار التيار المتردد للأسطوانة العازلة المغمورة بالزيت التي نعمل معها. لكن النوع الجاف مختلف، لذا تلعب البيئة دورًا أكبر هنا.
انتظر، دعنا نتحدث عن مدة الاختبار لأن هذا خاص بمحولات اختبار التيار المتردد والتيار المستمر، وليس محولات الطاقة العادية. عند إجراء اختبار الهيبوت، عادةً ما يستغرق دقيقة واحدة للمعدات ذات الجهد المنخفض، و5 دقائق للمعدات ذات الجهد العالي، وربما أطول لشيء مثل الكابلات أو المحولات قيد الاختبار. تم تصنيف وحداتنا من النوع الجاف على هذا النحو، لذلك خلال هذا الاختبار القصير، يكون ارتفاع درجة الحرارة عابرًا، وليس حالة ثابتة. هل هذا يسمح لنا بثني الحد؟ تقول هيئات الصناعة مثل IEEE (معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات) أنه بالنسبة للأحمال الزائدة العابرة (وهو ما يعنيه تشغيل الاختبار)، يمكنك تجاوز الارتفاع المقدر لفترة قصيرة، ولكن فقط إذا لم يدفع إجمالي درجة الحرارة إلى ما بعد الحد الأقصى للعزل. على سبيل المثال، وحدة من الفئة F ذات ارتفاع مقدر بـ 80 درجة مئوية: إذا وصل الارتفاع خلال اختبار مدته 10 دقائق إلى 90 درجة مئوية، فهذا يعني أن إجمالي 130 درجة مئوية - لا يزال أقل من 155 درجة مئوية، لذا فهو آمن تمامًا. ولكن إذا وصل إجمالي درجة الحرارة إلى 110 درجة مئوية، فهذه علامة حمراء، حتى لو استمر الاختبار لمدة 10 دقائق فقط.
لقد أجرينا الكثير من الاختبارات في متجرنا الخاص لدعم هذا الأمر. في العام الماضي، كان لدينا عميل يحتاج إلى محول اختبار تيار مستمر بقدرة 150 كيلو فولت لمعدات المحطات الفرعية الخاصة به. لقد كانوا قلقين بشأن الحرارة لأنهم كانوا يختبرون البطانات الكبيرة التي تسحب تيارًا عاليًا. نوصي بوحدة النوع الجاف القياسية من الفئة H، والتي لديها حد ارتفاع يبلغ 105 درجة مئوية. أجرينا عدة اختبارات عند 150 كيلو فولت تيار مستمر لمدة 20 دقيقة لكل منها، وقمنا بمراقبة درجة حرارة الملف باستخدام مستشعرات المقاومة - كان ارتفاع الذروة 98 درجة مئوية، ودرجة الحرارة الإجمالية 138 درجة مئوية، والتي كانت ضمن الحد الأقصى للعزل. لا توجد مشاكل، لقد استخدموه كل شهر منذ ذلك الحين.
الآن، ماذا عن الأنواع الأخرى من محولات اختبار الجهد العالي فقط لإعطاء السياق؟ ربما تكون قد شاهدت وصلة محولات اختبار الجهد العالي الخالية من SF6 PD بقدرة 150 كيلو فولت التي نقدمها - تلك المحولات تستخدم غاز سداسي فلوريد الكبريت للعزل، لذا فإن حدود درجة حرارتها مختلفة أيضًا، نظرًا لأن تبريد الغاز أكثر اتساقًا من الهواء. لكن النوع الجاف لا يزال هو الخيار الأمثل للتطبيقات التي قد يشكل فيها النفط أو الغاز خطرًا، مثل مختبرات الاختبار الداخلية حيث يمكن أن يمثل التسرب مشكلة، أو المناطق ذات اللوائح البيئية الصارمة بشأن التخلص من النفط.
سؤال شائع آخر: هل يمكنك الحصول على حد مخصص لارتفاع درجة الحرارة؟ مثلًا، إذا كنت بحاجة إلى وحدة لاختبارات قصيرة جدًا (30 ثانية)، فهل يمكننا زيادة الارتفاع؟ من الناحية الفنية، نعم، ولكن علينا التأكد من أن ذلك لا يؤثر على عمر العزل. حتى لو كان الاختبار مدته 30 ثانية فقط، ففي كل مرة تقوم فيها بتسخين المادة العازلة بشكل زائد، فإنك تسرع من تقادمها. يرتبط عمر العزل عكسيًا بدرجة الحرارة، فكل 10 درجات مئوية فوق الإجمالي المقدر، ينخفض عمر العزل إلى النصف. لذلك، حتى إجراء اختبار قصير لدرجة الحرارة الزائدة بمقدار 20 درجة مئوية من شأنه أن يقلل من عمر العزل بنسبة 50% بمرور الوقت. ولهذا السبب نلتزم بالحدود القياسية ما لم تكن حالة طوارئ حقيقية، وحتى في هذه الحالة، ننصح بعدم القيام بذلك.
دعونا نذكر أيضًا سبب كون النوع الجاف أفضل من نوع الزيت بالنسبة لبعض المستخدمين، وهو ما يرتبط بمحادثة الحد من درجة الحرارة. تتمتع المحولات من النوع الزيتي (مثل محول الزيت AC DC hipot الذي يتحمل اختبار الجهد) بارتفاع أقل في درجة الحرارة القصوى عادةً - حوالي 55 درجة مئوية فوق البيئة المحيطة لعزل الزيت من الفئة A. لكنهم يحتاجون إلى اختبار وصيانة منتظمة للزيت ويمكن أن يتسربوا. النوع الجاف لا يحتاج إلى زيت، لذا فهو يتطلب صيانة منخفضة، وأكثر أمانًا في الداخل، ويسهل تحريكه. تتمثل المقايضة في أن حد ارتفاع درجة الحرارة أعلى قليلاً، لكن تقنية العزل الحديثة (الفئة H، الإيبوكسي المتقدم) أغلقت هذه الفجوة كثيرًا.
الآن، لا أريد أن ألقي عليك الكثير من المعايير، ولكن إذا كنت تجري بحثًا خاصًا بك، فإن المعايير الرئيسية هي: IEC 60076-12 (محولات الطاقة من النوع الجاف)، IEC 60450 (قياس ارتفاع درجة الحرارة في المحولات)، IEEE C57.12.90 (رمز الاختبار للمحولات من النوع الجاف). توضح هذه المعايير بالضبط كيفية قياس ارتفاع درجة الحرارة (طريقة المقاومة للملفات، والمزدوجات الحرارية للقلوب والملفات) والحدود القائمة على فئة العزل.
انتظر، دعونا نصبح عمليين لثانية واحدة. عندما تتلقى منا محول اختبار من النوع الجاف، فإن ورقة البيانات سوف تدرج ارتفاع درجة الحرارة المقدرة لفئة العزل الخاصة بها. على سبيل المثال، وحدات الفئة F لديها ارتفاع 80 درجة مئوية، والفئة H لديها 105 درجة مئوية. للتحقق مما إذا كنت ضمن الحدود، ما عليك سوى قياس درجة الحرارة المحيطة في المكان الذي تختبره، وإضافة الارتفاع، والتأكد من أنها تحت الحد الأقصى لدرجة الحرارة الإجمالية للعزل. إذا كنت تستخدمه لاختبارات التيار المتردد والتيار المستمر، فيمكنك استخدام مقياس متعدد لقياس مقاومة الملف قبل وبعد الاختبار - يتم حساب ارتفاع درجة الحرارة من تغير المقاومة (نظرًا لأن المقاومة تزيد مع درجة الحرارة). هذه طريقة بسيطة وبدون ضجة للتحقق.
الأخطاء الشائعة التي يرتكبها الأشخاص: 1) استخدام درجة الحرارة المحيطة في الوقت الخطأ - مثل قياسها في الصباح قبل الاختبار، ولكن ترتفع درجة حرارة المختبر أثناء النهار، لذلك عليك أن تأخذها أثناء تشغيل الاختبار. 2) تجاهل الهواء القسري - إذا كان المحول الخاص بك يحتوي على مروحة للتبريد، فتأكد من تشغيله أثناء الاختبار، بدون استثناءات. 3) استخدام طبقة عزل أقل مما يتطلبه اختبارك. لقد حاول بعض العملاء توفير 10% من تكلفة المحول عن طريق الانتقال إلى الفئة B، لكنهم فشلوا في أول اختبار للجهد العالي. وهذا ليس توفيرًا، بل إنه خطأ مكلف.
دعونا نتحدث عن مثال حديث يوضح سبب أهمية ذلك. تواصل أحد عملاء التصنيع الشهر الماضي في حاجة إلى محول من النوع الجاف لاختبار أسلاك الطاقة الجديدة الخاصة به. كانت ميزانيتهم محدودة، لذلك بحثوا في وحدة بدون اسم عبر الإنترنت تحتوي على إعلانات "ارتفاع درجة الحرارة المنخفضة". عندما أجروا أول اختبار لتيار متردد لمدة 5 دقائق، ارتفعت درجة حرارة الملف إلى 160 درجة مئوية، وهي أعلى بكثير من درجة حرارة الفئة F البالغة 155 درجة مئوية كحد أقصى. بدأ العزل في الذوبان قليلاً، وعندما فحصوه في اليوم التالي، كانت هناك علامة تفريغ صغيرة على الملف. وانتهى بهم الأمر بشراء وحدتنا من النوع الجاف من الفئة F متوسطة المستوى، والتي كان معدل ارتفاعها 80 درجة مئوية. أظهرت اختباراتنا أنه عند جهد اختبار 50 كيلو فولت، كان ارتفاع درجة الحرارة 72 درجة مئوية، بإجمالي 112 درجة مئوية - لا توجد مشاكل، وكان يعمل بسلاسة لمدة شهر.
الآن، إذا كنت في السوق للحصول على محول اختبار AC DC من النوع الجاف، فإليك ما يجب البحث عنه فيما يتعلق بحدود درجة الحرارة: أولاً، تأكد من فئة العزل (F أو H هي المعيار الآن، وتجنب أي شيء أقل). ثانيًا، تحقق من ارتفاع درجة الحرارة المقدر من الشركة المصنعة، وتأكد من توافقه مع معايير الصناعة. ثالثًا، اسأل عن تصميم التبريد الخاص بهم (الهواء القسري مقابل الهواء الطبيعي) وما إذا كانت لديهم ميزات مراقبة درجة الحرارة (مثل أجهزة الاستشعار المدمجة التي يتم إيقاف تشغيلها إذا ارتفعت درجة الحرارة جدًا). نقوم بتضمين أجهزة استشعار حرارية في جميع وحداتنا كميزة أمان - ستطلق إنذارًا إذا تجاوز الارتفاع 90% من الحد، وتغلق عند 105%، لذلك لا داعي للقلق بشأن ارتفاع درجة الحرارة حتى لو حدث خطأ ما.
مهلا، هل يجب أن نتطرق إلى التكنولوجيا القديمة مقابل التكنولوجيا الجديدة؟ قبل عقد من الزمن، كانت الفئة F هي الأعلى في محولات الاختبار من النوع الجاف، لكن الفئة H أصبحت أكثر شيوعًا الآن لأنها أكثر متانة، وتتحمل درجة حرارة أعلى، ولا تكلف أكثر من ذلك بكثير. الحد الأقصى لارتفاع درجة الحرارة للفئة H هو 105 درجة مئوية، مما يمنحك مساحة أكبر أثناء الاختبارات الطويلة أو الحالية العالية. لذا، إذا كنت تجري اختبارات بانتظام لمدة تزيد عن ساعة واحدة، فإن الفئة H تستحق الاستثمار الإضافي في المخزن المؤقت لدرجة الحرارة.
نقطة أخرى: أنواع الاختبار المختلفة تؤثر على ارتفاع درجة الحرارة. عادةً ما تسحب اختبارات hipot للتيار المستمر تيارًا أقل من التيار المتردد، وبالتالي يكون ارتفاع درجة الحرارة أقل. اختبارات الرنين (باستخدام أنظمة مثل نظام اختبار رنين أسطوانة عزل التيار المتردد) قد يكون لها تيار أعلى، لذلك يمكن أن يكون ارتفاع درجة الحرارة أعلى. إذا كنت تستخدم محولك مع نظام رنين، فستحتاج إلى وحدة من الفئة H للتعامل مع تلك الحرارة الزائدة.
أعلم أن هذا كان كثيرًا، لكن النقطة الأساسية هي: حد ارتفاع درجة الحرارة لمحول اختبار AC DC من النوع الجاف ليس رقمًا عشوائيًا - فهو مرتبط مباشرة بفئة العزل الخاصة به، ويتبع معايير الصناعة الصارمة، ويعتمد على بيئة الاختبار والإعداد. لا يوجد مقاس واحد يناسب الجميع، ولكن الالتزام بالعزل من الفئة F أو H، بعد الارتفاع المقدر، والتأكد من أن لديك تهوية مناسبة سوف يحافظ على تشغيل المحول الخاص بك بأمان ولسنوات.
إذا كنت لا تزال غير متأكد من الوحدة المناسبة لاحتياجاتك، أو كنت تريد المزيد من التفاصيل حول اختبار درجة الحرارة، فلا تتردد في التواصل معنا. لقد ساعدنا مئات العملاء في اختيار المحول المناسب لإعداد الاختبار الخاص بهم، ويمكننا إرشادك خلال كل شيء بدءًا من فئة العزل وحتى التبريد وحدود ارتفاع درجة الحرارة. لا تدع الاختيار السيئ يؤدي إلى انهيار مكلف، فلنتحدث ونعثر على الخيار المثالي المناسب لك.
مراجع:
- IEC 60076-12: محولات الطاقة - الجزء 12: محولات الطاقة من النوع الجاف
- IEC 60450: قياس ارتفاع درجة الحرارة في المحولات
- IEEE C57.12.90: رمز الاختبار القياسي لتوزيع النوع الجاف ومحولات الطاقة
- NEMA SG-4: إرشادات لتطبيق المحولات من النوع الجاف في المنشآت التجارية والصناعية
