هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 بررسی تجربی و عددي تاثیر تابش خورشید بر گرمایش ترانسفورماتورهاي توزیع 3 ابراهیم حاجی دولو محمد محمدیان فرد امین رضا نقرهآبادي دانشیار - دانشگاه شهید چمران اهواز ajidae_999@yahoo.com کارشناس ارشد دانشگاه شهید چمران اهواز M.Mohamadianfard@yahoo.com 3 استادیار دانشگاه شهید چمران اهواز A.R.Noghrehabadi@Scu.ac.ir ١ چکیده عمر ترانسفورماتور به شدت تابع دماي روغن و عایقهاي درون آن است. یکی از مشکلات مهم شبکه توزیع برق گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورهاي توزیع در هنگام تابستان و خراب شدن آنها بهنظر میرسد تابش خورشیدي بر روي ترانسفورماتورها سبب گرمایش و افزایش دماي آن میشود. به همین علت یکی از مباحث مورد نیاز بررسی اثر تابش خورشید بر گرمایش ترانسفورماتور مقاله این در تا ثیر تابش خورشید بر گرمایش ترانسفورماتورهاي توزیع بهصورت تجربی و تحلیلی مورد بررسی قرار میگیرد. براي این کار دماي روغن ترانسفورماتور در دو حالت یکی وقتی که ترانسفورماتور تحت تابش خورشید است و دیگري وقتی که سایبان بر روي ترانسفورماتور قرار دارد اندازهگیري شده است. همچنین مدلسازي حرارتی ترانسفورماتور انجام و معادلات حاکم بر آن استخراج شده و نتایج حل عددي با تجربی مقایسه گردیده است. نتایج تجربی و تحلیلی نشان میدهند که در شرایط تابستان اهواز درجه 8 میتواند تا خورشید تابش دماي روغن بر افزایش درون ترانسفورماتور تا ثیر بگذارد و نصب سایبان میتواند تا %4 در افزایش عمر ترانس موثر باشد. کلمات کلیدي: مقدمه تابش ترانسفورماتورهاي توزیع خورشید ترانسفورماتور سایبان خورشیدي براي کار در یک محدوده درجه حرارت روغن طراحی میشوند که محدوده مجاز نامیده میشود. این محدوده به عوامل مختلفی نظیر کلاس عایقی سیمپیچها سیال خنککن نحوه خنککاري و دماي محیط بستگی دارد. اگر یک ترانسفورماتور در دماي پایین کار کند عمر عایقی آن افزایش مییابد بر این اساس میتوان گفت که درجه حرارت یک عامل مهم در بهینهسازي ترانسفورماتور یکی از مشکلات مهم شبکه توزیع برق گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورهاي توزیع در هنگام تابستان و خراب شدن آنها بهنظر میرسد افزایش بار مصرفی ناشی از کاربرد دستگاههاي خنککننده و تابش خورشیدي بر روي ترانسها سبب گرمایش آنها شده و به افزایش دماي آن کمک میکند. براساس رابطه مونت سینگر به ازاي هر 8 C افزایش دما طول عمر عایق نصف میشود[ ]. در فرمول فوق t 0 عمر ترانسفورماتور در شرایط نرمال بوده که براي عایقهاي کلاس A ده سال محاسبه میشود. θ 0 همچنین نشان دهنده درجه حرارت نرمال میباشد و مقدار آن براي عایقهاي کلاس 05 C A است. با با توجه به تا ثیر دما بر عمر ترانس لازم است با انجام تحقیقات مناسب عوامل موثر بر گرمایش ترانس مشخص شده و راههاي کاهش آن مورد بررسی قرار گیرد. در تحقیق گودك و ساروناك بر روي ترانسفورماتورهایی با توان نامی 40 MVA مشخص گردیده است که نصب یک پمپ در بین پوسته و تانک رادیاتورهاي سیستم خنککن بازدهی ترانسفورماتور بهبود مییابد[ ]. حسینی ابرده و قرهپتیان تلفات حرارتی (اهمی و فوکو و وابستگی دمایی آنها را در ترانسهاي قدرت بررسی کرده و با کمک نرمافزار 3 فلوي نت پارامترهاي سرعت جریان روغن داخل کانالها افت فشار در کانالها و گرادیان دما در روغن و عایق را بهدست آوردهاند[ 3 ]. علاوه بر مقالات فوق که مربوط به تعیین نقاط داغ ترانس میباشند 4 شلاباخ تا ثیر سایبان بر بهبود بار ترانسفورماتورهاي قدرت را مورد بررسی قرار داد و نتیجه گرفت در کشورهاي با دماي بالا و تشعشع خورشید سایبان بسیار مهم میباشد[ 4 ]. ( θ θ / θ ( شدید تا ثیر علیرغم اهمیت بسیار زیاد افزایش دما در ترانس تا کنون تحقیقی در رابطه با میزان گرمایش ترانسهاي توزیع در اثر تابش خورشید در داخل و خارج اراي ه نشده است. در این مقاله تا ثیر تابش خورشید بر گرمایش ترانسهاي توزیع در شرایط آب و هوایی اهواز بهطور تجربی و تحلیلی بررسی شده است. براي اینکار دماي روغن ترانس در دو حالت یکی وقتی که ترانس تحت تابش خورشید است و دیگري وقتی که سایبان بر روي ترانس قرار دارد اندازهگیري میگردد. همچنین مدلسازي حرارتی ترانس و معادلات حاکم بر آن استخراج شده و نتایج حل عددي با تجربی مقایسه میشود. t = t 0 0 Godec ٢ Sarunac ٣ Fluent ٤ Schlabbach
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 ترانسفورماتور مورد آزمایش ترانسفورماتور مورد آزمایش و سایبان بهکار رفته در آن در شکل نشان داده شده است. ترانسفورماتور داراي قدرت نامی 500 KVA و ساخت کارخانه ایران ترانسفو آزمایشات تجربی بر روي این ترانس در دو حالت با سایبان و بدون سایبان در طول تابستان و در اهواز انجام گردید. براي اینکار دما سنج دیجیتالی (3-75 (eto که داراي دو ترموکوپل نوع K میباشد استفاده گردید. ترموکوپلها در تانک انبساط روغن و دیگري در یکی از 5 محل دماسنج موجود بر روي ترانس که براي همین کار تعبیه شده است نصب گردید. دماي ترانس در حالت بدون سایبان براي مدت 6 روز متوالی و در حالت با سایبان براي 7 روز متوالی به فاصله زمانی هر 5 دقیقه اندازهگیري شده است. مقایسه بین تغییرات دماي روغن در دو حالت با سایبان و بدون آن صرفا براي روزهایی که از نظر دما و صافی هوا مشابه بودند صورت گرفت. نصب سایبان چوبی بهگونهاي بوده است که جریان خنککاري هواي طبیعی به سمت بالا مسدود نگردد. توزیع خنککاري تنها توسط جابجایی آزاد روغن بر روي سطح سیمپیچها صورت میپذیرد. میزان تلفات آهنی ترانسفورماتور که از آزمایش مدار باز بدست میآید در زمان ساخت محاسبه میشود. از آنجا که در زمان بارگیري ترانسفورماتور به شبکه وصل است فرکانس و ولتاژ اولیه ثابت میماند. بارگیري ثابت میآید. این موضوع سبب میشود تا مقدار تلفات آهنی در زمان بماند. تلفات مسی از آزمایش اتصال کوتاه بدست در این آزمایش خروجی ترانسفورماتور را اتصال کوتاه میکنند و مقاومت سیمپیچ آن را محاسبه میکنند. با مشخص شدن مقاومت سیمپیچها میتوان میزان انرژي تلف شده در شرایط مختلف کاري را براي ترانسفورماتور بصورت زیر حساب کرد[ 5 ]: Cu, nom = Rt In P ( در این رابطه P Cu, nom نامی عبوري از سیمپیچها و در نظر گرفتن تلفات مسی در شرایط نامی و I n R t P Cu,Pr جریان مقاومت کلی سیمپیچها با به عنوان تلفات مسی در شرایط کار کرد و k به عنوان درصد بار ترانسفورماتور رابطه ( بصورت زیر خواهد شد: P Cu, nom = Rt ( k I n (3 ٢ شکل : نماي سه بعدي ترانسفورماتور در حالت وجود سایبان گرمایش الکتریکی ترانس ترانسفورماتور یک دستگاه ساکن بوده و تلفات اصطکاکی در آن وجود نداشته و فقط تلفات آهنی و مسی در آن ایجاد میگردد. تلفات ترانسفورماتور عبارتند از تلفات آهنی که شامل تلفات هیسترزیس و فوکو میباشد و تلفات مسی یا ژولی که به سبب عبور جریان از سیمپیچهاي اولیه و ثانویه بوجود میآید. این تلفات باعث بالا رفتن دماي سیمپیچهاي ترانسفورماتور میشود. براي خنککاري سیمپیچ و هسته را در تانک پر از روغن قرار میدهند تا در تبادل حرارتی با روغن گرماي آنها گرفته شده و توسط دیوارههاي تانک به بیرون از ترانسفورماتور هدایت شود. در ترانسفورماتورهاي با ظرفیت بالا براي خنککاري از پمپ روغن جهت به چرخش در آوردن روغن استفاده میشود و هرگاه نیز دماي روغن از حدي تجاوز کرد فنهاي نصب شده در کنار ترانسفورماتور روشن میشوند. اما در ترانسفورماتورهاي این رابطه نشان میدهد که با تغییر درصد بار ترانسفورماتور میزان تلفات با توان دوم این درصد تغییر میکند. این مطلب در رابطه (4 نشان داده شده است[ 5 ]. PCu, pr R t k P Cu, nom = R t (4 در صورتی که شرایط دمایی کار ترانسفورماتور در هر دو حالت R t یکی باشد نیز ثابت میماند و از صورت و مخرج حذف میشود. میزان تلفات مسی براي درصد بار %70 توسط کارخانه سازنده اراي ه میشود با داشتن این مقدار و به کمک رابطه (4 میتوان تلفات مسی را در دیگر درصد بارها بدست آورد. با ثابت در نظر گرفتن مقاومت سیمپیچها با تغییر دما میزان کل تلفات ترانسفورماتور از رابطه زیر محاسبه میشود[ 4 ]: P = P + k * P lo Fe cu (5 مدلسازي گرماي ناشی از تابش خورشیدي براي محاسبه تابش خورشیدي ( olar صافی هوا استفاده میشود. ضریب صافی ماهیانه در هر ساعت از ضرایب ( K که میزان تابش بر صفحه افقی در زمین به مقدار آن در خارج از جو است براي شهر اهواز در مرداد ماه برابر با 0/63 میباشد این مقدار براي دیگر ماههاي سال در مرجع [6] آمده است. براي بدست آوردن ضریب صافی ساعتی از رابطه آن با ضریب صافی ماهیانه استفاده میشود. این رابطه بصورت زیر بیان میشود: 5 hermo-well
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 π k = [ a + bco ( t ] 4 K a= 0.409 + 0.506 Sin(ω -60 b= 0.6607-0.4767 Sin(ω -60 ω در این رابطه k ضریب صافی ساعتی t زمان و زاویه ω (6 مربوط به طلوع و غروب خورشید مقدار به زوایاي φ (عرض جغرافیایی و δ (زاویه انحراف وابسته بوده و از رابطه (7 بدست میآید. وجود پرهها تا ثیر زیادي در میزان تشعشع وارد شده به بدنه ترانسفورماتور دارد. هر پره بر روي پره مجاور خود سایه میاندازد و مانع از رسیدن تابش خورشید به بدنه آن میشود. شکل دو پره و مقدار سایه ایجاد شده در اثر پره اول بر روي پره کناري خود را نشان میدهد. coω = tanδ tanϕ 84 + n δ = 3.45in(360 365 (7 (8 در رابطه (8 n شماره روز با شروع شمارش از اول ژانویه است. مقدار h میشود در این رابطه تابش ساعتی بر صفحه افقی از رابطه (9 محاسبه زاویه عزیمت خورشید و G Sc ثابت شکل : مدلسازي سایه ایجاد شده بر روي پرههاي ترانسفورماتور ( به ارتفاع پره ( از رابطه (3 β شیب پره زاویه عزیمت خورشید γ α زاویه بلندي آفتاب میباشد[ 8 ]. نسبت ارتفاع سایه بدست میآید در این رابطه نسبت به صفحه و h خورشیدي و برابر با 367 W/m میباشد[ 7 ]: 360n GSck = + 0.033co coθ z 365 (9 θ z h = d in β + co β = co β + in β coγ / tanα (3 با توجه به ضریب صافی هوا روابط زیر براي تشعشع پراکنده ( ind بیان شده است: (4 ( L ( L ind h.0 0.49k =.55.84k 0.77 ( dir از رابطه dir = h for for for k 0.35 0.35 k k 0.75 0.75 تشعشع مستقیم ساعتی وارده بر صفحه افقی ind (0 ( محاسبه میشود: براي محاسبه olar از رابطه ( استفاده میشود که رابطه ( بین میزان تابش خورشید به یک سطح شیبدار با تشعشع مستقیم و olar + ρ gr = ( dir dir b + پراکنده وارد شده به همان سطح را نشان میدهد[ 7 ]. R + 0.5 ind ind ( + co β 0.5( co β ( در این رابطه olar کل تشعشع وارده به یک صفحه شیبدار با زاویه شیب β dir و ind به ترتیب تشعشع مستقیم و پراکنده هستند و نسبت تشعشع روي صفحه شیبدار به صفحه ρ gr R b افقی ضریب انعکاس زمین نیز با نشان داده شده است. نسبت طول سایه محاسبه میگردد: به طول پره نیز از رابطه L l = = L in γ d in β + co β l tanα co β + in β coγ d = l = c D L c c = in β / tan α در این روابط d و l عبارتند از: در نهایت نسبت مساحت سطح هاشورخورده بر روي پره شکل (4 (5 به مساحت کل پره برابر خواهد شد با[ 8 ]: L r = (6 L در واقع میزان سایه ایجاد شده بر روي سطح پره بر میزان تابش مستقیم خورشید که به سطح پره میرسد تا ثیر میگذارد در این ٣
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 حالت مقدار تشعشع مستقیم که به یک پره میرسد میشود با: ( diri برابر diri = dir r ( (7 در این روابط هرگاه یکی از مقادیر h و l یا هر دوي آنها منفی باشد r برابر با صفر قرار داده میشود 0 = r به عبارت دیگر در صورت صفر بودن کل سطح پره تحت تابش خورشید قرار دارد[ 8 ]. r مدلسازي و استخراج معادلات حاکم در شکل 3 نماي فوقانی ترانسفورماتور نمایش داده شده است. بر روي عرض و طول ترانسفورماتور به ترتیب 0 و 4 عدد پره قرار دارد که باعث افزایش سطح تماس و خنککاري ترانسفورماتور میشود. سیمپیچهاي ترانسفوماتور در وسط آن قرار دارند و جنس آنها از مس شکل 4: نمایش گرههاي در نظر گرفته شده براي ترانسفورماتور معادله انتقال حرارت براي گرههاي داخلی دیواره بصورت معادله یک بعدي انتقال حرارت هدایت میباشد زیرا نسبت ضخامت ترانس به طول و ارتفاع آن بسیار کوچک میباشد که یک معادله دیفرانسیل جزي ی خطی از نوع سهموي است: = x α t (9 در این رابطه α ضریب نفوذ حرارتی و محور x در جهت ضخامت بدنه ترانس در نظر گرفته شده است. براي گرههاي مرزي هر سه عامل هدایت جابجایی و تشعشع در معادله انرژي وجود دارند. معادله انرژي براي گره روي سطح داخلی بصورت رابطه (0 میشود: h ( oil i i k x ε σ w 4 i dx = ρc t i (0 شکل 3: نماي فوقانی ترانسفورماتور (کلیه اندازهها به میلیمتر میباشند روغن درون ترانسفورماتور بهصورت حجم کنترل در نظر گرفته شده که از درون توسط منبع حرارتی گرم میشود و از سطوح بیرونی تحت تابش و جابجایی قرار دارد. در حالت کلی با برابر قرار دادن گرماي حاصله از جذب تشعشع خورشید olar و گرماي حاصل از تلفات مسی و آهنی & Q با گرماي تلف شده بوسیله تشعشع و جابجایی معادله (8 بدست میآید[ 4 ]. emit olar oil + Q& = emit + hi Ai + ρcv t (8 تشعشع خورشید olar شامل دو قسمت مستقیم ( dir و غیر مستقیم ind ( با نصب سایبان بر روي ترانسفورماتور حرارت جذب شده dir ( بوسیله تشعشع مستقیم به صفر میرسد. براي هر سمت دیوار 4 گره در نظر گرفته شده که در شکل 4 نشان داده شده است. در این رابطه عبارت اول انتقال حرارت جابجایی درون ترانسفورماتور عبارت دوم انتقال حرارت هدایت در جهت بیرون دیواره ترانسفورماتور در عبارت سوم فرض شده است انرژي تشعشعی که از سطح دیواره ساطع میگردد با توجه به کدورت روغن توسط آن جذب گردد. عبارت چهارم نیز نشان دهنده تغییرات انرژي داخلی گره مذکور نسبت به زمان میباشد که در آن ρ و c جرم مخصوص و حرارت مخصوص بدنه ترانس و t مشخصه زمان معادله انرژي براي سطح خارجی دیوار بهشکل رابطه ( در میآید: h ( a + h a gr ( gr o k x o o + ( + h olar k α ( k o dx = ρc t o ( عبارت اول انتقال حرارت جابجایی بر روي سطح بیرونی عبارت دوم انتقال حرارت هدایت به سمت داخل دیواره و عبارات سوم و چهارم به ترتیب انتقال حرارت تشعشعی با آسمان و زمین را شامل میشوند. عبارت پنچم مربوط به مقدار تابش خورشیدي جذب شده ۴
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 توسط بدنه ترانس و سمت راست معادله تغییرات انرژي داخلی سطح نسبت به زمان ضرایب انتقال حرارت جابجایی در مدلسازي حرارتی ترانس ضرایب انتقال حرارت جابجایی به دو دسته تقسیم میشوند یکی ضرایب جابجایی که مربوط به سطوح داخلی است و توسط حرکت آزاد روغن بر روي بدنه داخلی ترانسفورماتور ایجاد میشود و دیگري ضرایب جابجایی که مربوط به سطوح خارجی بوده و ناشی از جریان هوا اطراف ترانسفورماتور الف-ضرایب انتقال حرارت جابجایی سطوح داخلی ضریب انتقال حرارت جابجایی در داخل ترانسفورماتور باید براي دو نوع سطح محاسبه گردد یکی سطوح بدنه اصلی ترانس با روغن و دیگري سطوح پرهها با روغن. ضریب انتقال حرارت جابجایی داخل بین بدنه اصلی ترانس و روغن با توجه به شکل جریان چرخشی روغن در داخل محفظه از معادلات موجود براي محفظه مستطیلی که داراي یک دیوار سرد و یک دیوار گرم میباشد بدست میآید. جداره گرم در حقیقت بدنه هسته درون ترانس و جداره سرد بدنه داخلی ترانس معادلات مربوطه عبارتند از[ 9 ]: Nu for Pr = 0. Ra 0. + Pr 0.8 L e 5 0, Pr 0, Ra Le 0.09 0 3 ( در این روابط 0= cm ارتفاع محفظه (تانک ترانسفورماتور L e و = 4 cm فاصله معادل بدنه ترانس تا بدنه هسته آن است. دماي بدنه ترانس نیز در این حالت بطور تقریبی 0 درجه از دماي روغن بیشتر در محاسبه ضریب انتقال حرارت جابجایی طبیعی بین روغن و پرهها از روابط مربوط به کانالها استفاده شده زیرا فاصله پرهها بسیار نزدیک میباشد.(D= cm محاسبه با طول ورودي گرمایی مشخص میگردد که جریان روغن از ابتداي پرهها بصورت توسعه یافته میباشد لذا میزان انتقال حرارت بین روغن و بدنه ترانسفورماتور در بین پرهها از رابطه (3 بدست میآید[ 9 ]. با مشخص شدن فلاکس حرارتی متوسط میتوان ضریب جابجایی متوسط را نیز بدست آورد. h 0 0 = ( (5 ب- ضرایب انتقال حرارت جابجایی سطوح خارجی بدنه خارجی ترانسفورماتور میتواند در حال تبادل حرارت با هواي محیط بصورت طبیعی و اجباري به علت وزش باد بر روي بدنه ترانسفورماتور جابجایی بر روي سطحی که باد به آن میوزد بصورت اجباري و طبیعی بوده ولی براي سایر سطوح فقط بصورت طبیعی در نظر گرفته میشود. با توجه به اینکه جهت باد غالب در منطقه به سمت غرب میباشد لذا در محاسبات فرض میشود که بر روي دیواره غربی سقف و کف ترانسفورماتور باد با سرعت 6 متر بر ساعت میوزد. انتقال حرارت بر روي دیگر سطوح بصورت جابجایی آزاد در نظر گرفته میشود. براي محاسبه ضرایب انتقال حرارت جابجایی بین پرهها نیز از معادلات مربوط به جریان درون کانالها (معادله (3 استفاده میشود زیرا در این حالت نیز جریان هوا به سرعت در ابتداي پرهها بصورت توسعه یافته در میآید. در این حالت 3/5=D cm (فاصله دو پره در سمت بیرون خواهد بود. دارد براي سطح خارجی بدنه اصلی که در بین پرههاي خارجی قرار ضریب انتقال حرارت جابجایی طبیعی بر روي صفحه عمودي استفاده شده است. بررسی نتایج تجربی از روابط مربوط به جابجایی آزمایشهاي تجربی بر روي ترانس در حال کار در دو حالت صورت گرفت. از تاریخ 7 خرداد الی تیر ترانس تحت تابش خورشید بوده و از تاریخ 0 تیر الی 6 مرداد ترانس مجهز به سایبان گردید و دماي روغن ترانس بهصورت پیوسته اندازهگیري شد. براي مقایسه عملکرد حرارتی ترانس تحت تابش خورشید وبدون تابش خورشید فقط روزهایی مورد مقایسه قرار گرفتند که شرایط آب و هوایی از نظر دما وصافی هوا یکسان بودند. براي مثال دو روز 6 و خرداد تیر که شرایط محیط تقریبا یکسان بود جهت مقایسه رفتار حرارتی ترانس در نظر گرفته شد. شکل 5 دماي هواي محیط را براي این دو روز نشان میدهد که تقریبا مشابه ρgc pβd ( Q = ν 3 (3 است: فلاکس حرارتی متوسط از نرخ کلی انتقال حرارت قابل محاسبه شکل 5: نمودار دماي هوا در روزهاي خرداد و 6 تیر 387 0 = Q /( (4 ۵
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 در جدول وضعیت هوایی خرداد و 6 تیر با هم مقایسه شده است. جدول : مقایسه وضعیت هواي روزهاي خرداد و 6 تیر 387 ماکزیمم دما C ( مینیمم دما C ( میانگین دما C ( 37/7 37/8 8/0 8/0 46/0 45/0 387/3/ 387/4/6 شکل میدهد. 6 ضریب دید افق( m حداقل 3800 متر اکثر ساعات 6000 متر حداقل 3000 متر اکثر ساعات نامحدود حالت ترانس درون آفتاب درون سایه دماي روغن ترانس را براي دو حالت تجربی نشان همانطور که در شکل مشاهده میشود نصب سایبان در ماکزیمم حالت 7 درجه دما را کاهش میدهد. در شکل 8 اختلاف دماي ماکزیمم ایجاد شده در اثر نصب سایبان براي روزهاي مختلف رسم شده است. همانطور که در این شکل نیز معلوم میشود در حالت بدون بار (بطور مثال روزهاي 6 و 8 اردیبهشت اختلاف دما در اثر نصب سایبان زیاد میباشد به عبارتی دیگر با بالا رفتن حرارت تولیدي درون ترانسفورماتور متوسط اختلاف دما در اثر نصب سایبان کاهش مییابد. در حالت بدون بارگیري شکل 8: ماکزیمم اختلاف دما در اثر نصب سایبان براي دادههاي تجربی شکل 6: دماي تجربی روغن ترانسفورماتور در حال کار در دو حالت با و بدون تابش مستقیم خورشید براي سایر روزهاي مشابه نیز مقایسه بین دماي روغن ترانس در دو حالت تحت تابش خورشید و بدون تابش خورشید انجام گرفت که اختلاف دماي آنها در شکل 8 نشان داده شده است. همچنین آزمایشهایی براي تعیین تاثیر تابش خورشید بر روي ترانس بدون بار انجام گرفت که شکل 7 نتایج آن را نشان میدهد. در این حالت نصب سایبان در ماکزیمم حالت 0/8 درجه دما را کاهش داده است. بر اساس مشاهده نمودارهاي توزیع دما حداکثر درجه حرارت بهطور معمول در ساعت 6-5 بعد از ظهر اتفاق میافتد و منحنیهاي توزیع دما در هر روز بین مقادیر حداکثر و حداقل خود بصورت سینوسی تغییر میکنند. در شرایطی که تشعشع مستقیم خورشید با نصب سایبان حذف میشود اختلاف بین حداکثر و حداقل دما در طول شبانهروز کاهش مییابد. بررسی نتایج عددي و مقایسه آن با نتایج تجربی شکل 9 نتایج پیشبینی مدل براي ترانس تحت بار قبل از نصب سایبان را نشان داده و آن را با دادههاي تجربی مقایسه مینماید. همچنین شکل 0 نتایج پیشبینی مدل را براي دماي روغن ترانس تحت بار بعد از نصب سایبان نشان داده و آن را با نتایج تجربی مقایسه میکند. همانطور که از شکلها مشخص میباشد نتایج از دقت قابل قبولی برخوردار شکل 7: دماي تجربی روغن ترانسفورماتور بدون بارگیري در دو حالت با و بدون تابش مستقیم خورشید شکل 9: مقایسه تجربی و عددي دماي روغن ترانسفورماتور در حال کار و تحت تابش خورشید در نیمه خرداد 387 ۶
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 پیشبینی رفتار ترانس در شکل 3 پیشبینی دماي روغن ترانسفورماتور در بار نامی %5 %50 %70 و %00 نشان داده شده است. شکل 0: مقایسه تجربی و عددي دماي روغن ترانسفورماتور در حال کار و درون سایه در نیمه تیر 387 در شکلهاي و ماکزیمم و متوسط درصد خطاي نتایج عددي نسبت به دادههاي تجربی نشان داده شده است. همانطور که در این نمودارهاي مشخص شده است درصد خطا با معیار قرار دادن نتایج تجربی و تقسیم اختلاف دماي بین نتایج تجربی و عددي بر نتایج تجربی محاسبه شدهاند. ماکزیمم مطلق خطا برابر با %9/4 و ماکزیمم نسبی خطا برابر %3/6 با توجه به پایین بودن میزان خطا میتوان نتیجه گرفت که فرضیات انجام شده از دقت قابل قبولی برخوردار بوده و مدل موجود میتواند براي پیشبینی رفتار ترانسفورماتور در سایر شرایط مورد استفاده قرار گیرد. شکل 3: پیشبینی دماي روغن ترانسفورماتور در بارهاي مختلف همانطور که انتظار میرود با افزایش بار ترانسفورماتور دماي روغن افزایش مییابد. با بررسی اختلاف ایجاد شده در اثر نصب سایبان براي بارهاي مختلف مشاهده میشود که اختلاف دما با افزایش بار کاهش مییابد که این موضوع در شکل 4 قابل مشاهده شکل : ماکزیمم درصد خطا بین نتایج تجربی و عددي شکل 4: اختلاف دماي ایجاد شده در اثر نصب سایبان در بارهاي مختلف ٧ شکل : متوسط درصد خطا بین نتایج تجربی و عددي پیشبینی افزایش عمر ترانس با استفاده از رابطه مونت سینگر (رابطه میتوان طول عمر ترانس را در شرایط مختلف بدست آورد. براي اینکار میانگین دماي روغن درون ترانسفورماتور در دو بازه محاسبه شده و در دو حالت با سایبان و بدون سایبان طول عمر ترانس تعیین گردیده است. بطور مثال براي بار %00 در حالت قبل از نصب سایبان عمر ترانس حدود 6 سال است که با نصب سایبان عمر آن به 9 سال افزایش مییابد. در شکل 5 درصد افزایش عمر ترانس در اثر نصب سایبان در بارهاي مختلف نشان داده شده است. نصب سایبان بطور متوسط %4 عمر ترانس را افزایش میدهد. هزینه نصب سایبان بسیار پایین بوده و در حدود % قیمت ترانس میباشد که از نظر اقتصادي بسیار با صرفه است.
هفدهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک ISME009 -[6] شکل 5: درصد افزایش عمر ترانس در اثر نصب سایبان بهادرينژاد م. میرحسینی س. "ضریب صافی هوا براي شهرهاي مختلف ایران" مجموعه مقالات سومین همایش مصرف سوخت در ساختمان ص 65-603 بهمن 38. [7]- Duffie, J. A., and Beckman, W. A., Solar Engineering of hermal Proce, John Wily&Son, New York. INC, 980. [8]- Joudi, K.A., and Dhaidan, N.S., Application of Solar Aited eating and Deiccant Cooling Sytem for a Dometic Building, Energy Converion and management 4, P.995-0, 00. [9]- Bejan, A., Convection eat ranfer, nd Edition, John Wily&Son, New York. INC, 995. نتیجهگیري و جمعبندي مدلسازي رفتار حرارتی ترانس با در نظر گرفتن تابش خورشید در شرایط دمایی مختلف انجام گرفت و دماي ترانس در دو حالت وجود تابش خورشید و حذف تابش مستقیم خورشید با دقت قابل قبولی پیشبینی شده و با نتایج تجربی مقایسه گردید و مشخص شد که مدل اراي ه شده از دقت مناسبی برخوردار بررسی نتایج تجربی و عددي نشان میدهد که نصب سایبان و حذف تشعشع مستقیم خورشید بر روي ترانسفورماتور باعث کاهش دماي روغن میشود. معمولا بیشترین کاهش دما در هنگام بعد از ظهر اتفاق میافتد که بیشترین مقدار جذب تابش خورشیدي وجود دارد. با کاهش دماي روغن انتظار میرود که دماي سیمپیچ و نقطه داغ کاهش یافته و عمر ترانس افزایش یابد. نتایج تجربی و شبیهسازي نشان میدهد که هر چه بار ترانس بیشتر باشد اختلاف دماي ترانس در دو حالت با سایبان و بدون سایبان کمتر میشود که این را میتوان به علت کاهش نقش تابش خورشید در گرمایش ترانس دانست. نتایج بدست آمده نشان میدهد که نصب سایبان بطور متوسط %4 عمر ترانس را افزایش میدهد. مراجع []- Agarwal, R.K., Principle of Electrical Machine Deign, hird edition, S.K. KAARIA & SONS, Delhi, 997. []- Godec, Z., and Sarunac, R., Steadt-State emperature Rie of ONAN/ONAF/OFAF ranformer, IEEE Proceeding-C, Vol.39, No.5, PP. 448-454, 99. [3]- حسینی ابرده. ر قره پتیان. گ نورالهی. م " تعیین پارامترهاي موثر بر خنککنندگی ترانسفورماتورهاي قدرت بر اساس مدلسازي حرارتی ترانسفورماتور" چهاردهمین کنفرانس سالانه (بین المللی مهندسی مکانیک-اردیبهشت 385- دانشگاه صنعتی اصفهان [4]- Schlabbach, J., Improvement of Permiible Loading of ranformer by Solar Shield, EUROCON 003 Ljubljana Slovenia, PP. 305-309. [5]- مطلبی ع. "ترانسفورماتور یکفاز و سهفاز تي وري و ساختمان" جلد اول چاپ سوم انتشارات دریا 369. ٨