נושא :הפסדי אנרגיה בשנאי

בס"ד , יום רביעי 08 יוני 2022

השבוע התבקשתי לבדוק האם יוחלף שנאי אטום שמן ישן לשנאי אטום שמן חדש כמה כסף יחסך בחישוב ל 10 שנים החישוב אומנם טכנו כלכלי אך זה רעיון מעולה להסביר על סוגי הפסדים!

בשל העובדה כי השנאי מחובר קבוע לרשת הפסדי השנאי בדרך כלל "מתחבאים" ולא באים לידי ביטוי בחישוב ההפסדים הכולל של המפעל .

כאשר אנו מחשבים את ההספק שנצרך על ידי השנאי חלקו של ההספק אובד בשל

1. הפסדי נחושת וזרמי מערבולת.
2. הפסדי ברזל המתחלקים ל 2 סוגים עיקריים
3. הפסדי חשל או היסטרזיס (Ph)
4. הפסדי זרמי מערבולת
5. זרמים טועים בליבה
6. הפסדים דיאלקטריים
7. זרם מיגנוט

סכום ההפסדים יקבעו בסופו של דבר את יעילותו של השנאי

הפסדי נחושת

הפסדי הנחושת הינם הפסדים הנובעים מהתנגדות ליפופי השנאי והם משתנים בהתאם לעומס הצרכן והוא יתבטא במשוואה הבאה – I²R יש לשים לב כי ישנם 2 סוגים של הפסדי נחושת כלומר גם בצידו הראשוני וגם בצידו המשני והם באים ליידי ביטוי בנוסחה הבאה

הפסדי נחושת,(Pc)= (הפסדים צד ראשוני + הפסדים צד משני)= [(I₁2R₁)+( I₂²R₂)]

איך ניתן להפחית את הפסדי הנחושת

הסיבה להפסד מגיעה מליפופי השנאי והזרם הזורם דרך ליפופי השנאי ולכן יש 2 אפשרויות להקטנה.

1. לשנות את עובי מולכי השנאי ובכך ההתנגדות הסליל תרד אך החיסרון יהיה משקל עודף לשנאי ואם השנאי יהיה על עמוד או גג מבנה נזדקק לביסוס חזק יותר.
2. טבילת השנאי באפוקסי תחת וואקום במערכת VPI.

הפסדי ברזל

הפסדי ברזל נקראים לעיתים הפסדי הליבה והם הפסדים הקבועים של השנאי הנגרמים על ידי השטף המתחלף הנוצר בליבת השנאי.

הפסדים אלו תלויים במבנה הליבה ובתכונות המגנטיות של החומרים שממנה יוצרים את הליבה.

להפסדי המתכת 2 משתנים אשר משפיעים על ההפסדים אשר מושפעים מעוצמת השטף המגנטי והם

      1. הפסדי זרמי מערבולת Pe (eddy current) –

לשנאי מסופק מתח חילופין בצידו הראשוני והאנרגיה בצד הראשוני גורמת להתפתחות שטף מגנטי בליבת השנאי וכתוצאה מהשטף המושרה לצד המשני נוצר מתח מושרה כתוצאה מכך נוכל לייצר זרם דרך מעגל העומס .

חלק מהשטף הנוצר פוגש בחלקים מוליכים אחרים כמו ליבת פלדה או גוף ברזל של שנאי ועוד חלקים מוליכים של השנאי, גם בחלקים אלו ייווצר כא"מ מושרה מקומי והם יגרמו לזרמים שיסתובבו מקומית בחלקים האלה של השנאי. זרם אלו לא יתרמו בכלום לתפוקתו של השנאי ויגרמו לחום, סוג זה של הפסדים נקרא הפסדי מערבולת של השנאי. (זה היה הסבר מופשט להפסדי מערבולת אולי נדבר עליו בפרק נפרד).

      2. הפסדי חשל או היסטרזיס (Ph)

כאשר מופעל שטף מגנטי על חומר פרומגנטי, אז המולקולות בתוך החומר מתיישרות בכיוון מסוים, אך הקשר בין ווקטור השדה הממגנט (H) לבין השדה המגנטי (B) אינו לינארי והוא תלוי במבנה החומר וכיוונו של ווקטור השדה ביחס למבנה החומר (שתלוי בתהליך היצור, תרכובת החומר ) וכולל את מצבו הקודם של החומר לאחר המיגנוט.

לכן פותחו מודלים מתמטיים פיזיקאליים והקשר בין ווקטור השדה הממגנט לבין השדה המגנטי הינו ייחודי לכול חומר וחומר בשל צורת עקומת המיגנוט בה נוכל לראות את מצב הרוויה של החומר ואת המצב המגנטי של החומר .

החומר מגיע לרוויה בשדה המגנטי לפי העקומה ואם ווקטור השדה הממגנט גדול יותר הפרמביליות (היא מדד לתגובה של חומר לשדה מגנטי המופעל עליו) יורדת והשדה המגנטי נשאר קבוע באופן יחסי, אך אם מפסיקים ברגע את השדה הממגנט נשאר מיגנוט בחומר ואם נרצה לבטלו נצטרך להפעיל ווקטור שדה ממגנט בכיוון ההופכי ,אך כאשר נפעיל על החומר שדה ממגנט שיגרום לווקטור השדה הממגנט ולשדה המגנטי לנוע בין ערכי הרוויה (החיובי או השלילי) נוצר לנו מרחב עבודה הנקרא עניבת היסטרזיס והיא מראה את גודל ההפסדים המתבזבזים בחום על פני חומר של ליבת השנאי בכל מחזור הגל.

הפסדים דיאלקטריים

הגורם המרכזי להפסדים הינם חומרי הבידוד שמהם מורכב השנאי ערכם של הפסדים אלו גודל עם הזמן בהתאם למצבו ומשטר העבודה של השנאי ככל שהשנאי יתחמם יותר הבידוד יפגע יותר ובכך נגדיל את ההפסדים דיאלקטריים שהם יופיעו כחום ובכך בהדרגה יגדילו את ההפסדים דיאלקטריים עד להרס מוחלט של השנאי .

• באמצעות דגימת שמן ובדיקת DGA וכן מתחי פריצה ובדיקות נוספות ניתן לנתר את מצב הבידוד של השנאי ואת איכות השמן ולפעול בהתאם .
• בידוד שנפגע לא ניתן לתיקון ללא התערבות חיצונית כדוגמת שיפוץ שנאי אך ניתן לשמר מצב קיים לאורך תקופה אם מתייחסים אליו נכון .

זרם תועה
זרם תועה נגרם כתוצאה מבניית מסלול חילופי של השטף שאינו נסגר דרך ליפופי השנאי המוגדר כזרם תועה של ליפופי השנאי , בהשוואה לשאר ההפסדים זרם טועה הוא הקטן ביותר ,אך החום הנוצר באזורים נקודתיים בשל הפסד זה עלולים לגרום לבעיה אקוטית בפעולת השנאי. הפסדים האלו עלולים לבוא ליידי ביטוי בכל חלק מוליך של השנאי ולגרום לפירוק שמן הבידוד עקב החום הנקודתי המתפתח בשל הזרם הטועה.

זרם מיגנוט

איבוד הספק נוסף שיכול שיחשב כאיבודי הכשל ואנחנו נתייחס אליו בנפרד כאשר השנאי מחובר לצורך הפעולה הטבעית של השנאי גם אם לא מחובר כל עומס נצרך זרם המשמש ליצירת שטף בליבת השנאי. זרם זה ידוע בשם זרם המיגנוט של השנאי המסומן בדרך כלל באותיות Im .

• כתוצאה מזרמי היסטרזיס זרם המיגנוט אינו סינוסואידלי.
• זרם המיגנוט הינו וקבוע ואינו תלוי בעומס

בהצלחה