शक्ति प्रणालियों के लिए तेल-निर्मग्न ट्रांसफॉर्मर की विशेषताएँ क्या हैं?

मुख्य निर्माण और विद्युत रोधन प्रणाली: विश्वसनीय शक्ति रूपांतरण के लिए तेल और सेल्यूलोज कैसे सक्षम बनाते हैं

प्रमुख संरचनात्मक घटक: कोर, वाइंडिंग, टैंक, संरक्षित्र, और बुखोल्ज रिले

तेल में डूबे ट्रांसफार्मर पाँच महत्वपूर्ण भागों के सामंजस्यपूर्ण कार्य पर निर्भर करते हैं। इन प्रणालियों के केंद्र में चुंबकीय कोर होता है, जो आमतौर पर सिलिकॉन स्टील की परतों से बना होता है। यह घटक प्राथमिक और माध्यमिक वाइंडिंग के बीच चुंबकीय फ्लक्स के लिए एक कुशल मार्ग प्रदान करता है। वाइंडिंग स्वयं आमतौर पर ताँबे या एल्युमीनियम से बनी होती हैं, और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से वोल्टेज रूपांतरण प्रक्रिया को संभव बनाती हैं। ये सभी घटक डाइलेक्ट्रिक तेल से भरे एक सीलबंद स्टील कंटेनर के अंदर स्थित होते हैं। इस मुख्य टैंक के ऊपर एक अन्य महत्वपूर्ण भाग होता है जिसे संरक्षक टैंक (कंजरवेटर टैंक) कहा जाता है। इसका कार्य काफी सीधा लेकिन महत्वपूर्ण होता है—यह तापमान में परिवर्तन के साथ तेल के प्रसार और संकुचन को संभालता है, दबाव को स्थिर रखता है और अवांछित वायु के अंदर आने से रोकता है। और फिर बुख़ोल्ज रिले होता है, जो संभावित समस्याओं के लिए एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली की तरह काम करता है। जब ट्रांसफार्मर के अंदर कुछ गलत होता है—शायद आंशिक डिस्चार्ज, आर्किंग या यहां तक कि तेल के अपघटन की स्थिति हो—तो यह सुरक्षा उपकरण उत्पादित गैसों का पता लगाता है और चेतावनी भेजता है या परिपथ को तोड़ देता है, ताकि स्थिति बिगड़ने से पहले ही नियंत्रण किया जा सके।

तेल-सेल्यूलोज सहयोग: ट्रांसफार्मर विश्वसनीयता में दोहरी परावैद्युत और तापीय भूमिकाएँ

तेल में डूबे ट्रांसफार्मर अपने कामकाज में अवरोधक तेल और सेल्यूलोज़ आधारित ठोस इन्सुलेशन सामग्री के बीच सहयोग पर भारी हद तक निर्भर करते हैं। कागज़ और प्रेसबोर्ड घटक कई उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं—वे सभी चीजों को यांत्रिक रूप से एक साथ बांधते हैं, चालकों को भौतिक रूप से अलग रखते हैं, और 105 डिग्री सेल्सियस के निरंतर ताप के संपर्क में आने पर भी विद्युत भंजन का प्राकृतिक रूप से विरोध करते हैं। खनिज तेल इन सामग्रियों में ऐसे घुल जाता है जैसे स्पंज में पानी, छोटे-छोटे अंतरालों को भर देता है और पूरी प्रणाली की विद्युत को सुरक्षित ढंग से संभालने की क्षमता को बढ़ा देता है। प्रयोगशाला के परीक्षण इसकी पुष्टि करते हैं, जो यह दर्शाते हैं कि सूखे सेल्यूलोज़ सामग्री की तुलना में वोल्टेज प्रतिरोध में लगभग दो तिहाई सुधार होता है। हालांकि, ट्रांसफार्मर तेल की वास्तविक मूल्यवत्ता इसकी शीतलन भूमिका में है। ट्रांसफार्मर के कोर और वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न कुल ऊष्मा का लगभग सात दसवां हिस्सा तेल द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है, जो फिर सरल संवहन धाराओं के माध्यम से उस ऊष्मा को रेडिएटर खंडों तक ले जाता है। यह ऊष्मा प्रबंधन क्षमता ही वह चीज है जो ट्रांसफार्मर को लंबे समय तक अति तापन के बिना विश्वसनीय ढंग से चलाए रखने में सक्षम बनाती है।

इस सहकार्य प्रणाली के कारण गतिशील भार स्थितियों के तहत स्थिर संचालन संभव होता है और सेवा आयु 30 वर्ष से अधिक होती है—जिसके कारण विश्व स्तर पर उपयोगिता-पैमाने के 85% शक्ति ट्रांसफार्मर में तेल-सेल्यूलोज इन्सुलेशन को मानक बना दिया गया है।

शीतलन वर्ग (ONAN से OFWF): ट्रांसफॉर्मर तापीय प्रदर्शन को ग्रिड की मांग के अनुरूप लाना

प्राकृतिक से बलपूर्वक शीतलन: संचालन सिद्धांत और भार-क्षमता निहितार्थ

विभिन्न ट्रांसफॉर्मर शीतलन श्रेणियाँ मूल रूप से हमें बताती हैं कि आंतरिक कोर और वाइंडिंग से ऊष्मा कैसे दूर की जाती है, जिसका प्रभाव उनके सुरक्षित भार क्षमता और संचालन में लचीलेपन पर पड़ता है। सबसे पहले ONAN (जिसका अर्थ है ऑयल नैचुरल एयर नैचुरल) लें। यह संवहन के माध्यम से निष्क्रिय रूप से काम करता है, जहाँ गर्म तेल डक्ट्स के माध्यम से रेडिएटर्स में ऊपर की ओर बढ़ता है और चारों ओर की वायु द्वारा स्वाभाविक रूप से ठंडा हो जाता है। जब भार लगभग 20 MVA से कम छोटे या मध्यम ट्रांसफॉर्मर में स्थिर रहता है, तो यह काफी अच्छा काम करता है, हालाँकि यह अतिभार को अच्छी तरह से संभाल नहीं पाता है और खतरे से पहले अधिकतम 30 मिनट के लिए लगभग 120% क्षमता तक ही सीमित रहता है। पैमाने पर आगे बढ़ने पर हमारे पास ONAF (ऑयल नैचुरल एयर फोर्स्ड) है, जो रेडिएटर्स पर वायु प्रवाह बढ़ाने के लिए प्रशंसकों (फैन्स) को शामिल करता है। इससे ऊष्मा स्थानांतरण काफी अधिक कुशल हो जाता है और इन ट्रांसफॉर्मर्स को लगभग 30% उच्च निरंतर रेटिंग पर चलाने की अनुमति मिलती है, इसलिए ये आमतौर पर मध्यम आकार की सबस्टेशन में देखी जाती हैं। शीर्ष पर OFWF (ऑयल फोर्स्ड वॉटर फोर्स्ड) प्रणाली है जो बाहरी जल-शीतलित ऊष्मा विनिमयकों के माध्यम से तेल को पंप करती है, जो 500 MVA तक विशाल क्षमताओं की अनुमति देती है। इनकी विशेषता यह है कि वे लगातार कई घंटों तक 150% अतिभार को सहन कर सकते हैं, जिसके कारण वे बिजली ग्रिड के महत्वपूर्ण हिस्सों में आवश्यक घटक बन जाते हैं। समग्र रूप से, इन सुधारित शीतलन तकनीकों से गर्म स्थानों के तापमान में लगभग 25% की कमी आती है, जिससे पुराने मॉडलों की तुलना में जो केवल मूल ONAN शीतलन पर निर्भर थे, ट्रांसफॉर्मर के जीवनकाल में 15 से 25% तक की वृद्धि होती है।

शीतलन विधियों में वातावरणीय अनुकूलनशीलता और अतिभार सहनशीलता

ठंडक प्रणालियों की प्रभावशीलता उनके स्थापना स्थान के आधार पर काफी हद तक बदल जाती है। उदाहरण के लिए, ONAN प्रणालियाँ बाहरी वायु पर अत्यधिक निर्भर करती हैं, जिससे वे वास्तव में गर्म क्षेत्रों के लिए कम उपयुक्त हो जाती हैं। जब तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से ऊपर चला जाता है, तो इन प्रणालियों को आमतौर पर अपनी सामान्य क्षमता के लगभग 80% पर संचालित करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, ONAF प्रणालियों के साथ स्थिति अलग दिखाई देती है। उनके चर गति वाले प्रशीतक अत्यधिक गर्म मरुस्थलीय परिस्थितियों में भी अपने नामित उत्पादन का लगभग 95% बनाए रखते हैं। इस बीच, OFWF प्रणालियों में एक बंद लूप जल प्रणाली होती है जो तटीय क्षेत्रों या औद्योगिक वातावरण में नमी, धूल या अन्य तैरते पदार्थों से प्रभावित नहीं होती। बिजली ग्रिड की समस्याओं के दौरान, प्रशंसकों को चरणबद्ध तरीके से सक्रिय करने पर ONAF इकाइयाँ लगभग दो घंटे के लिए सामान्य भार का 140% संभाल सकती हैं। OFWF प्रणालियाँ अल्पकालिक तनाव के तहत वास्तव में बेहतर प्रदर्शन करती हैं, ताप को तेजी से हटाने के कारण वे अपनी क्षमता को 160% तक पहुँचा सकती हैं। ठंडक अधिक आक्रामक होने पर रखरखाव वास्तव में जटिल हो जाता है। ONAF को प्रत्येक तीन महीने में प्रशीतकों की जाँच करने की आवश्यकता होती है, जबकि OFWF को पंपों और जल गुणवत्ता पर निरंतर ध्यान देने की आवश्यकता होती है। फिर भी, उद्योग आधारित IEEE अध्ययनों के आधार पर, बलपूर्वक ठंडक व्यवस्थाएँ अधिक तापमान के कारण होने वाली लगभग 70% विफलताओं को रोक देती हैं।

डिज़ाइन वेरिएंट और एप्लीकेशन फिट: कोर-टाइप बनाम शेल-टाइप ऑयल-इमर्स्ड ट्रांसफॉर्मर

कोर-टाइप और शेल-टाइप ऑयल इमर्स्ड ट्रांसफॉर्मर में जो अंतर है, वह मूल रूप से उनके चुंबकीय परिपथों के आकार और उसके प्रदर्शन समझौतों के अर्थ पर निर्भर करता है। कोर-टाइप मॉडल में, घुमावदार तार (वाइंडिंग) ऊर्ध्वाधर स्टील लैमिनेशन के चारों ओर लपेटे जाते हैं, जिससे एक खुला चुंबकीय पथ बनता है। इस व्यवस्था के कारण तेल के प्रवाह में सुगमता रहती है और उत्पादन भी आसान हो जाता है, जिसके कारण इन्हें 220 से 400 kV सबस्टेशन जैसी उच्च वोल्टेज स्थितियों में अधिक देखा जाता है, जहाँ ठंडक बनाए रखना और लागत का प्रबंधन करना सबसे महत्वपूर्ण होता है। ये कोर-टाइप ट्रांसफॉर्मर 500 MVA से अधिक की बड़ी पावर सिस्टम के साथ काम करने में प्रभुत्व दर्शाते हैं क्योंकि ये आसानी से बड़े पैमाने पर उपयोग में लाए जा सकते हैं और आज उपलब्ध विभिन्न तरल शीतलन विधियों के साथ अच्छी तरह काम करते हैं।

शेल प्रकार के ट्रांसफॉर्मर में, वाइंडिंग्स को वास्तव में इस बहु-लिम्ब इस्पात आवरण के अंदर लपेटा जाता है, जिससे चुंबकीय शील्डिंग के साथ एक अधिक कसा हुआ पैकेज बनता है। इन डिज़ाइन को इतना अच्छा बनाने वाली बात यह है कि वे लीकेज फ्लक्स को कम करने में कितने प्रभावी होते हैं और खराबी के दौरान उनके माध्यम से धारा के भारी उछाल के समय बेहतर ढंग से सामना करते हैं। इस तरह की मजबूती आर्क फर्नेस या रेल प्रणालियों के आसपास देखे जाने वाले ट्रैक्शन सबस्टेशन जैसे स्थानों में बहुत महत्व रखती है। निश्चित रूप से, शेल प्रकार के ट्रांसफॉर्मर की प्रारंभिक लागत अधिक होती है और उन्हें ठंडा रखना ठीक से मुश्किल हो सकता है, लेकिन वे अन्य विकल्पों की तुलना में लघु परिपथ को बहुत बेहतर ढंग से संभालते हैं और कम विद्युत चुंबकीय शोर भी उत्पन्न करते हैं। कई औद्योगिक संचालनों के लिए, इस अतिरिक्त स्थायित्व के कारण अंतर पड़ता है, भले ही इसका अर्थ है प्रारंभ में थोड़ा अधिक भुगतान करना और मार्ग में ठंडक की कुछ चुनौतियों का सामना करना पड़े।

संचालन समझौते: उच्च-वोल्टेज ग्रिड में तेल-निर्मग्न ट्रांसफॉर्मर क्यों उत्कृष्ट हैं—और जहां उन्हें शमन की आवश्यकता होती है

सिद्ध लाभ: दक्षता, लंबी सेवा आयु और लागत प्रभावी एचवी रूपांतरण

उच्च वोल्टेज संचरण के मामले में, तेल में डूबे ट्रांसफार्मर अभी भी मानक स्थापित करते हैं क्योंकि वे संयुक्त दक्षता, उनके आयुष्य और समय के साथ समग्र लागत प्रभावशीलता के संदर्भ में कुछ विशेष प्रदान करते हैं। उचित ढंग से लोड किए जाने पर, इन नवीनतम मॉडल में वास्तव में पूर्ण भार हानि लगभग 0.3 प्रतिशत तक कम हो सकती है, जो 100 किलोवोल्ट से ऊपर के हर स्तर पर शुष्क प्रकार के विकल्पों से बेहतर है। इन्हें इतना कुशल बनाने वाली बात उनकी तेल-सेल्यूलोज़ इन्सुलेशन प्रणाली है। यह व्यवस्था तनाव के तहत भी चीजों को ठंडा रखती है और विद्युत तनाव को काफी अच्छी तरह से संभालती है। अधिकांश निर्माता अब 40 वर्ष से अधिक के सेवा जीवन का दावा करते हैं, जो बड़े ग्रिड पर तैनात समान शुष्क प्रकार की इकाइयों की तुलना में लगभग दोगुना है। उपयोगिता के दृष्टिकोण से, इस तरह की दीर्घकालिक शक्ति का अर्थ जीवनकाल के दौरान प्रति मेगावोल्ट ऐम्पियर कुल लागत में लगभग 30 प्रतिशत की बचत है। यही कारण है कि अधिकांश बिजली कंपनियां उन महत्वपूर्ण दूरी के संचरण लाइनों के लिए तेल में डूबे ट्रांसफार्मर के साथ रहती हैं जहां बिना रुकावट के सुसंगत बिजली की आपूर्ति वास्तव में महत्वपूर्ण होती है।

महत्वपूर्ण विचार: आग का जोखिम, नमी संवेदनशीलता और पर्यावरणीय अनुपालन

तेल में डूबे ट्रांसफार्मर कई लाभ प्रदान करते हैं, लेकिन उनमें सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता वाले जोखिम भी शामिल होते हैं। अंदर स्थित परावैद्युत तेल आग पकड़ सकता है यदि कुछ गलत हो जाए, जिसका अर्थ है NFPA 850 मानकों का पालन करना अत्यंत महत्वपूर्ण हो जाता है। स्थापनाकर्ताओं को उपकरण के चारों ओर अग्निरोधी दीवारें, उचित संधारण क्षेत्र और ऐसी गैस संसूचन प्रणाली शामिल करनी चाहिए जो समस्याओं के विकसित होने पर अलार्म ट्रिगर करती है। तकनीशियनों द्वारा नियमित रूप से देखी जाने वाली एक बड़ी समस्या सिस्टम में नमी का प्रवेश है। इस नमी को अनियंत्रित छोड़ देने पर प्रत्येक वर्ष लगभग 15 से 20 प्रतिशत तक तेल की उचित रूप से विद्युत रोधन करने की क्षमता कम हो सकती है, जिससे सेल्यूलोज सामग्री सामान्य से तेज गति से विघटित हो जाती है। यही कारण है कि चीजों को सूखा रखने में सीलबंद संरक्षक और सिलिका जेल श्वासयंत्र वास्तव में महत्वपूर्ण होते हैं। EPA जैसी एजेंसियों द्वारा निर्धारित पर्यावरणीय नियम भी यहां भूमिका निभाते हैं, विशेष रूप से इस बात के संबंध में कि किस प्रकार के तरल पदार्थों का उपयोग किया जाना चाहिए और रखरखाव कार्य के दौरान छलकाव को कैसे संधारित किया जाना चाहिए। नियमित तेल जांच, घुलित गैस विश्लेषण परीक्षण और उचित ढंग से सेट दबाव राहत वाल्व के साथ इन सभी सावधानियों को एक साथ लागू करने से बहुत अंतर पड़ता है। अध्ययनों से पता चलता है कि ऐसे व्यापक दृष्टिकोण से अप्रत्याशित बंदी को लगभग दो तिहाई तक कम किया जा सकता है, जिससे संचालन सुचारू रूप से चलता रहता है और कर्मचारियों की सुरक्षा की रक्षा की जाती है।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

बुख़होल्ज रिले ट्रांसफॉर्मर विफलता को रोकने में कैसे सहायता करता है?

बुख़होल्ज रिले आंशिक डिस्चार्ज या ट्रांसफॉर्मर के आंतरिक तेल के अपघटन जैसी समस्याओं से उत्पन्न गैसों का पता लगाकर एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली के रूप में कार्य करता है। यह बड़ी विफलताओं को रोकने के लिए चेतावनी भेजता है या सर्किट को ट्रिप कर देता है।

ट्रांसफॉर्मर में सेल्यूलोज का महत्व क्यों है?

सेल्यूलोज कई उद्देश्यों की सेवा करता है, जिसमें घटकों को यांत्रिक रूप से एक साथ रखना, चालकों को भौतिक रूप से अलग करना और विशेष रूप से ऊष्मा के संपर्क में आने पर विद्युत भंग का प्रतिरोध करना शामिल है।

कोर-प्रकार और शेल-प्रकार ट्रांसफॉर्मर में क्या अंतर है?

कोर-प्रकार ट्रांसफॉर्मर में ऊर्ध्वाधर इस्पात लैमिनेशन के चारों ओर लपेटे गए वाइंडिंग होते हैं, जो खुले चुंबकीय पथ और कुशल शीतलन प्रदान करते हैं। शेल-प्रकार ट्रांसफॉर्मर में इस्पात के आवरण के अंदर वाइंडिंग होते हैं, जो बेहतर लीकेज फ्लक्स नियंत्रण और लघु परिपथ प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

ट्रांसफॉर्मर के लिए कौन सी शीतलन श्रेणियाँ उपयोग की जाती हैं, और उनका महत्व क्यों है?

ट्रांसफॉर्मर में ऊष्मा अपव्यय को प्रबंधित करने के लिए ONAN, ONAF और OFWF जैसी कूलिंग कक्षाओं का उपयोग किया जाता है। ये लोड क्षमता, संचालन लचीलापन और आयु को प्रभावित करते हैं क्योंकि ये गर्म स्थानों के तापमान को कम करके और ठंडक दक्षता में सुधार करके काम करते हैं।

तेल-परिवेशित ट्रांसफॉर्मर में आग और नमी के जोखिम को कम करने के लिए क्या सावधानियां बरती जानी चाहिए?

सावधानियों में आग सुरक्षा मानकों का पालन करना, संधारण क्षेत्रों का उपयोग करना, गैस संसूचन प्रणालियों को स्थापित करना, संरक्षकों को सील करना, सिलिका जेल ब्रीदर का उपयोग करना और नमी और आग से संबंधित जोखिमों को रोकने के लिए नियमित रखरखाव जांच करना शामिल है।