Porast temperature transformatora: ograničenja, proračun i vodič za hlađenje

Porast temperature transformatoraje jedan od onih tehničkih detalja koji mogu izgledati jednostavno na papiru, ali su jako važni u stvarnom radu. Svaki transformator proizvodi toplinu kada je pod naponom i nosi opterećenje. Izazov je učinkovito izvući tu toplinu i zadržati jezgru, namote, izolaciju i ulje unutar predviđenog raspona temperature.

Ovo postaje osobito važno s anuljni{0}}transformator. Transformatorsko ulje čini više od električne izolacije. Također odvodi toplinu od aktivnih dijelova i prenosi je u spremnik, radijatore i okolni zrak.

Dakle, kada inženjeri govore oporast temperature u-uljnih transformatora, oni stvarno promatraju cijeli toplinski sustav - gubitke transformatora, cirkulaciju ulja, opremu za hlađenje, uvjete okoline, dizajn spremnika i stvarno opterećenje.

Porast temperature i temperatura transformatora

Prvo, vrijedi razjasniti jednu zajedničku točku:temperatura transformatoraiporast temperature transformatoranisu ista stvar.

Temperatura transformatora je stvarna temperatura komponente, kao što je namot, gornje ulje, jezgra ili spremnik. Porast temperature jerazlika izmeđutu temperaturu i specificiranu temperaturu okoline ili referentnu temperaturu.

Jednostavno rečeno:

Temperatura transformatora=Temperatura okoline + porast temperature

Na primjer, ako je temperatura okoline 30 stupnjeva, a porast gornje-temperature ulja je 55 K, približna gornja-temperatura ulja je 85 stupnjeva.

Naravno, pravi transformator nije baš tako jednostavan. Različiti dijelovi rade na različitim temperaturama. Temperatura namota je obično viša od okolnog ulja, a malo područje namota može postati mnogo toplije od prosječne temperature namota. Ovo područje s najvišom-temperaturom poznato je kaovijugava vruća točka.

Zbog toga toplinski dizajn transformatora gleda na više od samo jednog očitanja temperature.

Standardi porasta temperature transformatora

Zahtjevi-za povećanjem temperature ovise o primjenjivom standardu, dizajnu transformatora, izolacijskom sustavu, načinu hlađenja i radnim uvjetima.

IEC 60076-2daje zahtjeve za-ispitivanja porasta temperature za-tekućinske uronjene transformatore. TheIEEE C57serija također se naširoko koristi, posebno za primjene transformatora u Sjevernoj Americi.

Za određeni projekt uvijek je bolje provjeriti primjenjivi standard i specifikaciju projekta umjesto jednostavnog kopiranja temperaturne brojke s drugog transformatora.

Tablica ograničenja porasta temperature transformatora

Za konvencionalne dizajne transformatora uronjenih-u tekućinu, uobičajeno navedene vrijednosti iz IEC 60076-2 uključuju sljedeće:

Ove brojke su korisne inženjerske reference, ali ih ne treba tretirati kao univerzalna ograničenja za svaki transformator. Stvarni zahtjevi mogu varirati ovisno o izolacijskoj tekućini, izolacijskom sustavu, rasporedu hlađenja, specifikaciji transformatora i primjenjivom standardu.

Postoji još jedna točka koju je lako propustiti:porast temperature nije apsolutna temperatura.

Tablica je samo jednostavna ilustracija. Stvarna radna temperatura transformatora ovisi o opterećenju, uvjetima hlađenja, raspodjeli topline i toplinskom dizajnu proizvođača.

Prakse IEEE transformatora također razlikuju dizajne s različitim prosječnim porastom temperature namota, uključujući one koji se obično koriste55 stupnjevai65 stupnjevadizajni za-ulje-uronjene transformatore. Dakle, opet, tehnički podaci zajamčeni proizvođačem trebali bi biti konačna referenca za određeni projekt.

Starenje izolacijskog materijala i porast temperature

Temperatura izravno utječe na starenje izolacije transformatora.

Kada izolacija dulje vrijeme radi na povišenim temperaturama, njezin proces starenja općenito se ubrzava. Stalno toplinsko naprezanje može utjecati i na čvrstu izolaciju i na izolacijsko ulje.

Thevijugava vruća točkazaslužuje posebnu pažnju. Transformator može imati prihvatljivu prosječnu temperaturu namota dok je lokalno područje znatno toplije.

Dobar dizajn transformatora pokušava držati te vruće točke pod kontrolom. Odgovarajuća geometrija namota, putevi-protoka ulja, odabir vodiča i kapacitet hlađenja igraju važnu ulogu.

Ponderirana prosječna temperatura okoline

Temperatura okolineje još jedan faktor koji se ne smije zanemariti.

Transformator koji radi na istom porastu temperature očito će imati višu apsolutnu temperaturu kada je instaliran u vrućem okruženju.

Ovo je posebno važno u tropskim regijama, zatvorenim podstanicama i industrijskim objektima gdje okolne temperature mogu ostati visoke dulje vrijeme.

Inženjeri će možda morati uzeti u obzir sezonske temperature, nadmorsku visinu instalacije, ventilaciju, sunčevo zračenje i opremu u blizini.

Drugim riječima, isti transformator može se ponašati sasvim drugačije u dva okruženja instalacije čak i kada je nazivni porast temperature identičan.

Grijanje i hlađenje transformatora

Transformator stvara toplinu uglavnom krozgubitak u jezgri, gubitak u namotu i gubitak od lutajućeg opterećenja.

Gubici u jezgri povezani su prvenstveno s histerezom i vrtložnim strujama u magnetskoj jezgri. Gubici u namotu uglavnom su povezani s otporom vodiča, dok se dodatni lutajući gubici mogu pojaviti u namotima, stijenkama spremnika, stezaljkama i drugim metalnim komponentama.

Za uljni-transformator, osnovni put-prijenosa topline izgleda ovako:

Jezgra i namoti → transformatorsko ulje → spremnik/radijatori → okolni zrak

Kada transformator postigne toplinsku ravnotežu, toplina koja se stvara unutar njega je otprilike uravnotežena toplinom koja se oslobađa izvana.

Metode odvođenja topline transformatora

Nekoliko mehanizama-za prijenos topline radi zajedno unutar transformatora.

Za mali ili srednji transformator prirodno hlađenje može biti dovoljno. Kako se kapacitet transformatora povećava, povećava se i količina topline koju je potrebno ukloniti. Tu stupaju na scenu veće grupe hladnjaka, ventilatori, pumpe ili usmjerena cirkulacija ulja.

Metode hlađenja transformatora

Za transformatore uronjene-u ulje obično se koristi nekoliko načina hlađenja.

ONAN hlađenje ostaje popularan izbor jer je relativno jednostavno i pouzdano. Manje je pomoćnih komponenti za održavanje, što je stvarna prednost u mnogim instalacijama.

Za veće transformatore mogu se dodati ventilatori za povećanje kapaciteta hlađenja. Vrlo veliki energetski transformatori mogu koristiti prisilnu-cirkulaciju ulja kako bi osigurali kontroliraniji prijenos topline.

Grijanje i hlađenje uljnih-transformatora

Transformatorsko uljeje u srcu toplinskog sustava u-uljnom transformatoru.

Kako jezgra i namoti stvaraju toplinu, okolno ulje postaje toplije. Toplo ulje postaje manje gusto i prirodno se pomiče prema gore, dok se hladnije ulje pomiče prema dolje. To stvara cirkulaciju unutar transformatora.

To je u biti način na koji ONAN hlađenje funkcionira.

Zagrijano ulje na kraju dospijeva u spremnik iradijatori, gdje se njegova toplina prenosi na okolni zrak.

Opterećenje transformatora ima veliki utjecaj na ovaj proces. Gubici namota približno su proporcionalni kvadratu struje:

Pcu ∝ I²

To znači da relativno skromno povećanje struje može rezultirati mnogo većim povećanjem gubitaka u namotu.

Ovo je pojednostavljena usporedba. Stvarni gubici transformatora su složeniji jer se otpor vodiča mijenja s temperaturom i prisutni su dodatni lutajući gubici.

Ipak, poruka je prilično jasna: dugotrajno preopterećenje može brzo postati toplinski problem.

Porast temperature namota-transformatora uronjenih u ulje

Theporast temperature namota-transformatora uronjenih u uljeje jedan od ključnih parametara u toplinskom dizajnu transformatora.

Na temperaturu namota utječu materijal vodiča, otpor namota, gustoća struje, geometrija namota, kanali-protoka ulja, raspored izolacije, metoda hlađenja i opterećenje.

Temperatura također nije ravnomjerno raspoređena po cijelom namotu. Neka će područja prirodno biti toplija od drugih, a lokacija s najvišom-temperaturom postaje vijugava vruća točka.

Pojednostavljeni odnos je:

Temperatura-vruće točke=Temperatura okoline + vrh-porast ulja + namota-na-gradijent temperature ulja

Stvarni izračun je složeniji i ovisi o dizajnu transformatora i primjenjivom standardu.

Inženjerske metode proračuna za protok ulja i porast temperature u namotima

Inženjeri mogu procijeniti protok transformatorskog ulja i temperaturu namota pomoću analitičkih proračuna, toplinskih modela i, za veće ili složenije transformatore, računalne dinamike fluida (CFD).

Neki od glavnih parametara uključuju:

Dobar{0}}projekt protoka ulja je ključan. Ako ulje ne cirkulira ispravno kroz namot, mogu se razviti lokalizirane vruće točke čak i kada ukupna temperatura transformatora izgleda prihvatljivo.

Za velike energetske transformatore, CFD analiza može pomoći inženjerima da identificiraju neravnomjeran protok ulja, temperaturne gradijente i potencijalne lokacije vrućih-točaka prije nego se transformator proizvede.

Rasipanje topline spremnika transformatorskog ulja

Spremnik transformatorskog ulja nije samo spremnik za ulje. Također je dio rashladnog sustava.

Nakon apsorbiranja topline iz jezgre i namota, ulje tu toplinu prenosi na stijenke spremnika. Površina spremnika zatim otpušta toplinu u okolinu.

Veći transformatori obično zahtijevaju radijatore za dodatno područje prijenosa-topline.

Konvekcijska disipacija topline

Konvekcija je jedan od glavnih načina na koji transformator oslobađa toplinu.

Kada površina spremnika postane toplija od okolnog zraka, obližnji zrak se zagrijava, postaje manje gust i diže se. Hladniji zrak tada se kreće prema površini spremnika.

To stvara prirodnu cirkulaciju zraka i odvodi toplinu od transformatora.

Uz prisilno-hlađenje zrakom, ventilatori povećavaju protok zraka preko površina radijatora. Ovo je posebno korisno kada transformator radi pod velikim opterećenjem.

Zračenje

Spremnik transformatora i radijatori također oslobađaju toplinu kroz toplinsko zračenje.

Količina zračene topline ovisi o površinskoj temperaturi, emisivnosti, izloženom području i okolnim uvjetima.

Zračenje ne djeluje samo. U praksi, zračenje i konvekcija djeluju zajedno i oboje doprinose ukupnom rasipanju topline transformatora.

Porast temperature cjevastih transformatorskih spremnika za ulje

Cjevasti spremnici transformatorskog ulja koriste cjevaste strukture za povećanje vanjskog područja prijenosa-topline.

Osnovni toplinski put ostaje:

Aktivni dijelovi → ulje → cjevasti spremnik → okolni zrak

Veća površina za hlađenje može poboljšati raspršivanje topline, posebno za transformatore s prirodnim hlađenjem.

Porast temperature cjevastog spremnika za ulje transformatora ovisi o opterećenju transformatora, cirkulaciji ulja, dimenzijama cijevi, razmaku cijevi, temperaturi okoline i protoku zraka oko spremnika.

Spremnik bi stoga trebao biti projektiran kao dio kompletnog toplinskog sustava, zajedno s jezgrom, namotima, uljnim prolazima, radijatorima i okolnim zrakom.

Zašto je bitan porast temperature transformatora

Zašto trošiti toliko vremena na raspravu o porastu temperature? Budući da ima izravnu vezu svijek trajanja izolacije, sposobnost opterećenja transformatora, učinak hlađenja, pouzdanost i radni vijek.

Dugotrajan- rad na previsokim temperaturama može ubrzati starenje izolacije i povećati rizik od toplinskog propadanja. S druge strane, predimenzioniran rashladni sustav može dodati nepotrebne troškove opreme i potrošnju pomoćne energije.

Cilj nije jednostavno učiniti transformator što hladnijim. Dobar inženjering je pronalaženje prave ravnoteže između proizvodnje topline, rasipanja topline, učinkovitosti, cijene, pouzdanosti i stvarnog profila opterećenja.

Moderne električne instalacije također zaslužuju dodatnu pozornost. Podatkovni centri, pogoni-varijabilne frekvencije, pretvarači-obnovljive energije, sustavi za punjenje električnih vozila i druga-elektronička opterećenja mogu uvesti harmonijske struje. Ove struje mogu povećati dodatne gubitke transformatora i pridonijeti zagrijavanju.

Ključni čimbenici koji utječu na porast temperature transformatora

Prilikom odabira ili specifikacije uljnog{0}}transformatora, vrijedi pogledati cjelokupno radno okruženje, a ne fokusirati se na jednu temperaturnu vrijednost.

Zaključak

Porast temperature transformatoraje temeljni dio projektiranja, ispitivanja i rada transformatora. Opisuje koliko komponenta transformatora postaje toplija u usporedbi s referentnom temperaturom okoline i daje korisnu indikaciju učinkovitosti toplinskog sustava transformatora.

zauljni{0}}transformator, toplina koju generiraju jezgra i namoti prenosi se na izolacijsko ulje, prenosi se kroz rashladni sustav, prolazi do spremnika i radijatora, te se konačno oslobađa konvekcijom i zračenjem.

Theporast temperature u-uljnih transformatoraovisi o mnogim čimbenicima, uključujući opterećenje transformatora, temperaturu okoline, dizajn namota, cirkulaciju ulja, način hlađenja, konstrukciju spremnika i dostupno područje-prijenosa topline.

Zavojita vruća točka zaslužuje posebnu pozornost jer lokalno pregrijavanje može ubrzati starenje izolacije čak i kada prosječna temperatura ostaje unutar prihvatljivih granica.

Za proizvođače transformatora kao što suYawei transformator, toplinski dizajn stoga je bitan dio proizvodnog inženjerstva. Konfiguracija namota, putevi-protoka ulja, distribucija gubitaka, dizajn radijatora, oprema za hlađenje i-testiranje porasta temperature, sve to treba raditi zajedno.

Kada specificirate transformator, uvijek provjerite primjenjiviIEC 60076 ili IEEE C57 standardi, projektnim zahtjevima, izolacijskom sustavu, rasporedu hlađenja, uvjetima okoline i tehničkim podacima zajamčenim od strane proizvođača. Vrijednosti kao što su60 K, 65 K, 70 K i 78 Ksu referentne vrijednosti porasta-temperature pod definiranim uvjetima, a ne univerzalne radne-granične temperature za svaki transformator.

Na kraju, dobar toplinski dizajn je u načelu prilično jednostavan: stvara manje nepotrebne topline, učinkovito prenosi toplinu, drži žarišta pod kontrolom i pobrinite se da transformator može podnijeti stvarno{0}}opterećenje koje će doživjeti.

Kontaktirajte odmah