מהי מערכת קירור השנאים?

מערכת הקירור של שנאי היא מרכיב מפתח כדי להבטיח את פעולתו הבטוחה, האמינה וארוכת הטווח-. המשימה העיקרית שלו היא לפזר ביעילות את החום שנוצר במהלך פעולת השנאי (איבוד נחושת ואיבוד ברזל) אל הסביבה הסובבת, ובכך לשמור על הטמפרטורה של רכיבי השנאי בגבולות המותרים ולמנוע מחומרי הבידוד הזדקנות מהירה או נזק עקב התחממות יתר.

1. מדוע יש צורך בקירור?
במהלך פעולתו של שנאי, הפיתולים והליבה מייצרים כמות גדולה של חום עקב הפסדים (אובדן התנגדות, אובדן זרם מערבולת וכו'), הגורם לעליית הטמפרטורה. חומרי בידוד (כגון שמן ונייר) רגישים ביותר לטמפרטורה. על פי "כלל 6 מעלות" או "כלל 8 מעלות" הקלאסי, תוחלת החיים של חומרי בידוד פוחתת בערך בחצי על כל עלייה של 6-8 מעלות בטמפרטורה. לכן, קירור יעיל הוא המפתח להארכת חייו של שנאי.

2. סיווג וקודים של שיטות קירור
שיטת הקירור של שנאי מיוצגת בדרך כלל על ידי קודי אותיות, בהתאם לתקנים בינלאומיים (למשל, IEC 60076), המורכבת מ-2-4 אותיות, המייצגות:

מצע קירור: האות הראשונה מציינת את אמצעי הקירור הפנימי במגע עם הפיתולים.
O: שמן מינרלי או נוזל בידוד סינטטי עם נקודת הבזק של פחות או שווה ל-300 מעלות.
K: Insulating liquid with a flash point >300 מעלות.
L: נוזל מבודד עם נקודת הבזק בלתי ניתנת למדידה (כגון אסטרים סינתטיים מסוימים).
G: גז (כגון אוויר).
W: מים.

שיטת מחזור: האות השנייה מייצגת את שיטת המחזור של מצע הקירור הפנימי.
N: הסעה טבעית (שמן חם עולה, שמן קר יורד, מונע מהפרש טמפרטורה).
F: מחזור מאולץ (לא-מכוון), שמן מופץ על ידי משאבה.
D: מחזור מאולץ מכוון, שבו המשאבה מפנה שמן ישירות לתעלות ספציפיות בתוך הפיתולים, ומספקת יעילות קירור גבוהה יותר.

מצע קירור חיצוני: האות השלישית מציינת את מצע הקירור החיצוני.
ת: אוויר.
W: מים.

שיטת סירקולציה של מצע הקירור החיצוני: האות הרביעית מציינת את שיטת המחזור של מצע הקירור החיצוני.
N: הסעה טבעית (כגון זרימת אוויר טבעית).
F: מחזור מאולץ (כגון מאוורר-אוויר מאולץ).

3. הסבר מפורט על שיטות קירור נפוצות

1. רובוטריקים טבולים בשמן-
זוהי שיטת הקירור המרכזית ביותר עבור שנאי כוח. השנאי ממולא בשמן שנאי, המשמש הן כתווך מבודד והן כתווך הקירור העיקרי.

ONAN (Oil Natural Air Natural)

• עיקרון: מסתמך על הסעה טבעית של השמן. חום שנוצר מהפיתולים והליבה מחמם את שמן השנאי. השמן החם עולה לראש מיכל השמן ומשחרר חום לאוויר דרך רדיאטורים (סנפירי קירור או צינורות), בעוד שמן מקורר יורד לתחתית המיכל ויוצר מחזור טבעי.
• מאפיינים: מבנה פשוט, אמין, ללא רעש-, ללא תחזוקה-.
• יישום: שנאי הפצה קטנים (למשל, אלה המשמשים באזורי מגורים או בניינים).

ONAF (Oil Natural Air Forced)

• עיקרון: נוסף מאוורר לרדיאטור של שנאי ONAN. כאשר עומס השנאי גדל והטמפרטורה עולה, בקר הטמפרטורה מפעיל את המאוורר באופן אוטומטי, ומאלץ את זרימת האוויר להאיץ את קירור הרדיאטור.
• מאפיינים: יכולת קירור משופרת משמעותית, עם מאווררים שיכולים להתחיל ולעצור באופן אוטומטי בהתבסס על עומס/טמפרטורה,- יעילים באנרגיה.
• יישום: שנאי כוח בינוניים עד גדולים, בשימוש נרחב.

OFAF/ODAF (Oil Forced Air Force / Oil Directed Air Forced)

• עיקרון: בנוסף להוספת מאוורר, מתווספת גם משאבת שמן. המשאבה מאלצת את שמן השנאים להסתובב מהר יותר דרך הרדיאטורים. טכנולוגיית ODAF (מכוון) לוקחת זאת הלאה על ידי הפניית שמן מדויקת לתעלות הנימים בתוך הפיתולים, ומשפרת מאוד את יעילות הקירור בנקודות החמות ביותר (בתוך הפיתולים).
• מאפיינים: יכולת קירור חזקה במיוחד, מבנה מורכב יחסית.
• יישום: שנאי מתח גבוה במיוחד-, שנאים ראשיים בתחנות כוח בעלות קיבולת- גדולה.

OFWF/ODWF (Oil Forced Water Forced)

• עקרון: משתמש במחליף חום-ל-שמן (מצנן) במקום ברדיאטור מקורר באוויר. שמן השנאי החם נשאב לתוך הצידנית שם מועבר החום למי קירור זורמים. לאחר מכן, השמן המקורר חוזר לשנאי.
• מאפיינים: יעילות קירור גבוהה מאוד, לא מושפעת מטמפרטורת הסביבה. עם זאת, הוא דורש מערכת זרימת מים אמינה (משאבות, צינורות, שסתומים וכו'), יש לו דרישות עלות ותחזוקה גבוהות, והוא טומן בחובו סיכון של ערבוב מים-שמן ודליפה.
• יישום: שנאים- גדולים במיוחד הממוקמים באזורים עם מים בשפע (כגון תחנות כוח הידרו) או אזורים שבהם אילוצי מקום מונעים קירור אוויר (כגון תחנות משנה תת קרקעיות).

2. רובוטריקים יבשים-
שנאים -יבשים משתמשים באוויר (או בידוד מוצק כגון שרף אפוקסי) כאמצעי הקירור הפנימי, ושיטת הקירור שלהם פשוטה יחסית.
AN (קירור טבעי באוויר)

• עיקרון: מסתמך על הסעה טבעית של אוויר וקירור קרינה ממעטפת השנאי.
• יישום: שנאים -מיובשים-קטנים.

AF (קירור אוויר מאולץ)

• עיקרון: התקן מאווררים מתחת או סביב גוף השנאי כדי לאלץ אוויר קריר דרך המעברים בין הפיתולים, לסחוב חום.
• מאפיינים: מצויד בדרך כלל עם שליטה חכמה; מאווררים מתחילים אוטומטית כאשר קצב העומס גבוה, מה שמאפשר לקיבולת הפלט של השנאי לגדול ב-40%-50%.
• יישום: שנאים מסוג -יבש-בינוני עד גדול, בשימוש נפוץ בתחנות משנה מקורה, בניינים, רכבות תחתיות ומקומות אחרים עם דרישות בטיחות אש גבוהות.

מערכת הקירור של שנאי היא חלק קריטי בתכנון שלו, המשפיעה ישירות על יכולת התפוקה של השנאי, היעילות התפעולית וחיי השירות. בחירת שיטת הקירור המתאימה היא תוצאה של איזון עלות, אמינות, מורכבות תחזוקה וסביבת התקנה.