Dvig temperature transformatorja: meje, izračun in vodnik za hlajenje

Dvig temperature transformatorjaje ena tistih tehničnih podrobnosti, ki so lahko na papirju videti preproste, a so v resničnem delovanju zelo pomembne. Vsak transformator proizvaja toploto, ko je pod napetostjo in prenaša obremenitev. Izziv je učinkovito spraviti to toploto ven in ohraniti jedro, navitja, izolacijo in olje znotraj predvidenega temperaturnega območja.

To postane še posebej pomembno pri anoljni{0}}transformator. Transformatorsko olje ne le zagotavlja električno izolacijo. Prav tako odvaja toploto iz aktivnih delov in jo prenaša na rezervoar, radiatorje in okoliški zrak.

Torej, ko inženirji govorijo odvig temperature oljnih{0}}transformatorjev, resnično gledajo na celoten toplotni sistem - transformatorske izgube, kroženje olja, hladilno opremo, pogoje okolja, zasnovo rezervoarja in dejansko obremenitev.

Dvig temperature in temperatura transformatorjev

Najprej je vredno razčistiti eno skupno točko:temperaturo transformatorjaindvig temperature transformatorjanista ista stvar.

Temperatura transformatorja je dejanska temperatura komponente, kot je navitje, zgornje olje, jedro ali rezervoar. Dvig temperature jerazlika medto temperaturo in določeno temperaturo okolja ali referenčno temperaturo.

Preprosto povedano:

Temperatura transformatorja=Temperatura okolja + dvig temperature

Na primer, če je temperatura okolice 30 stopinj in je zvišanje zgornje-temperature olja 55 K, je približna zgornja-temperatura olja 85 stopinj.

Seveda pravi transformator ni tako preprost. Različni deli delujejo pri različnih temperaturah. Temperatura navitja je običajno višja od okoliškega olja in majhno območje navitja lahko postane veliko bolj vroče od povprečne temperature navitja. To območje z najvišjo-temperaturo je znano kotvijugasto vročo točko.

Zato toplotna zasnova transformatorja upošteva več kot le en odčitek temperature.

Standardi za dvig temperature transformatorja

Zahteve-za dvig temperature so odvisne od veljavnega standarda, zasnove transformatorja, izolacijskega sistema, metode hlajenja in pogojev delovanja.

IEC 60076-2podaja zahteve za-preskuse dviga temperature za-tekočinske potopljene transformatorje. TheIEEE C57serija se prav tako pogosto uporablja, zlasti za aplikacije transformatorjev v Severni Ameriki.

Za določen projekt je vedno bolje preveriti veljavni standard in specifikacijo projekta, namesto da preprosto kopirate vrednost temperature iz drugega transformatorja.

Tabela mejnih vrednosti dviga temperature transformatorja

Za običajne konstrukcije transformatorjev, potopljenih v tekočino, običajno navedene vrednosti iz standarda IEC 60076-2 vključujejo naslednje:

Te številke so koristne inženirske reference, vendar jih ne bi smeli obravnavati kot univerzalne omejitve za vsak transformator. Dejanske zahteve se lahko razlikujejo glede na izolacijsko tekočino, izolacijski sistem, hladilno ureditev, specifikacijo transformatorja in veljavni standard.

In obstaja še ena točka, ki jo je zlahka spregledati:dvig temperature ni absolutna temperatura.

Tabela je le preprosta ilustracija. Dejanska delovna temperatura transformatorja je odvisna od obremenitve, pogojev hlajenja, porazdelitve toplote in toplotne zasnove proizvajalca.

Prakse transformatorjev IEEE razlikujejo tudi med modeli z različnimi povprečnimi dvigi temperature navitja, vključno s pogosto uporabljenimi55 stopinjin65 stopinjnačrti za potopljene transformatorje-olja-. Torej bi morali ponovno zajamčeni tehnični podatki proizvajalca biti končna referenca za določen projekt.

Staranje izolacijskega materiala in dvig temperature

Temperatura neposredno vpliva na staranje izolacije transformatorja.

Ko izolacija dlje časa deluje pri povišanih temperaturah, se njen proces staranja praviloma pospeši. Tako na trdno izolacijo kot na izolacijsko olje lahko vpliva stalna toplotna obremenitev.

Thevijugasto vročo točkozasluži posebno pozornost. Transformator ima lahko sprejemljivo povprečno temperaturo navitja, medtem ko je lokalno območje bistveno bolj vroče.

Dobra zasnova transformatorja poskuša obdržati te vroče točke pod nadzorom. Ustrezna geometrija navitja, poti-pretoka olja, izbira prevodnika in hladilna zmogljivost igrajo pomembno vlogo.

Ponderirana povprečna temperatura okolja

Temperatura okoljaje še en dejavnik, ki ga ne smemo spregledati.

Transformator, ki deluje pri enakem dvigu temperature, bo očitno imel višjo absolutno temperaturo, če bo nameščen v vročem okolju.

To je še posebej pomembno v tropskih regijah, zaprtih transformatorskih postajah in industrijskih objektih, kjer lahko okoliške temperature ostanejo visoke dlje časa.

Inženirji bodo morda morali upoštevati sezonske temperature, nadmorsko višino namestitve, prezračevanje, sončno sevanje in bližnjo opremo.

Z drugimi besedami, isti transformator se lahko v dveh namestitvenih okoljih obnaša precej različno, tudi če je nazivni dvig temperature enak.

Ogrevanje in hlajenje transformatorja

Transformator proizvaja toploto predvsem skoziizguba jedra, izguba navitja in izguba potepuške obremenitve.

Izgube v jedru so povezane predvsem s histerezo in vrtinčnimi tokovi v magnetnem jedru. Izgube v navitjih so v glavnem povezane z uporom prevodnika, medtem ko lahko pride do dodatnih poraznih izgub v navitjih, stenah rezervoarja, objemkah in drugih kovinskih komponentah.

Za oljni-transformator je osnovna pot-prenosa toplote videti takole:

Jedro in navitja → transformatorsko olje → rezervoar/radiatorji → okoliški zrak

Ko transformator doseže toplotno ravnovesje, je toplota, ki nastane v njem, približno uravnotežena s toploto, ki se sprosti zunaj.

Metode odvajanja toplote transformatorja

V transformatorju deluje skupaj več mehanizmov-za prenos toplote.

Za majhen ali srednji transformator je lahko dovolj naravno hlajenje. Ko se zmogljivost transformatorja poveča, se poveča tudi količina toplote, ki jo je treba odstraniti. Tu nastopijo večje skupine radiatorjev, ventilatorji, črpalke ali usmerjeno kroženje olja.

Metode hlajenja transformatorjev

Za oljne{0}}transformatorje se običajno uporablja več hladilnih ureditev.

Hlajenje ONAN ostaja priljubljena izbira, ker je relativno preprosto in zanesljivo. Manj je pomožnih komponent za vzdrževanje, kar je resnična prednost pri mnogih namestitvah.

Pri večjih transformatorjih je mogoče dodati ventilatorje za povečanje hladilne zmogljivosti. Zelo veliki energetski transformatorji lahko uporabljajo prisilno-kroženje olja, da zagotovijo bolj nadzorovan prenos toplote.

Ogrevanje in hlajenje oljnih-transformatorjev

Transformatorsko oljeje v središču toplotnega sistema v-oljnem transformatorju.

Ker jedro in navitja proizvajajo toploto, se okoliško olje segreje. Toplo olje postane manj gosto in se naravno premika navzgor, medtem ko se hladnejše olje premika navzdol. To ustvari kroženje znotraj transformatorja.

V bistvu tako deluje ONAN hlajenje.

Segreto olje na koncu doseže rezervoar inradiatorji, kjer se njegova toplota prenaša na okoliški zrak.

Obremenitev transformatorja močno vpliva na ta proces. Izgube navitij so približno sorazmerne s kvadratom toka:

Pcu ∝ I²

To pomeni, da lahko relativno skromno povečanje toka povzroči veliko večje povečanje izgub v navitjih.

To je poenostavljena primerjava. Dejanske izgube transformatorja so bolj zapletene, ker se odpornost prevodnika spreminja s temperaturo in so prisotne dodatne blodeče izgube.

Kljub temu je sporočilo precej jasno: trajna preobremenitev lahko hitro postane toplotna težava.

Dvig temperature navitij-transformatorjev, potopljenih v olje

Thedvig temperature navitij-transformatorjev, potopljenih v oljeje eden ključnih parametrov pri toplotnem načrtovanju transformatorja.

Na temperaturo navitja vplivajo material prevodnika, upor navitja, gostota toka, geometrija navitja, kanali-pretoka olja, razporeditev izolacije, metoda hlajenja in obremenitev.

Temperatura tudi ni enakomerno porazdeljena po celotnem navitju. Nekatera območja bodo naravno bolj vroča kot druga in lokacija z najvišjo-temperaturo postane vijugasta vroča točka.

Poenostavljeno razmerje je:

Temperatura-vroče točke=Temperatura okolice + zgornji{3}}dvig olja + navijanje-na-gradient temperature olja

Dejanski izračun je bolj zapleten in je odvisen od zasnove transformatorja in veljavnega standarda.

Inženirske metode izračunavanja pretoka olja in dviga temperature v navitjih

Inženirji lahko ocenijo pretok transformatorskega olja in temperaturo navitja z analitičnimi izračuni, toplotnimi modeli in, za večje ali bolj zapletene transformatorje, z računalniško dinamiko tekočin (CFD).

Nekateri glavni parametri vključujejo:

Dober{0}}pretok olja je ključnega pomena. Če olje ne kroži pravilno skozi navitje, se lahko pojavijo lokalne vroče točke, tudi če je skupna temperatura transformatorja sprejemljiva.

Pri velikih energetskih transformatorjih lahko analiza CFD inženirjem pomaga prepoznati neenakomeren pretok olja, temperaturne gradiente in morebitne lokacije vročih-točk, preden je transformator izdelan.

Odvajanje toplote rezervoarjev za transformatorsko olje

Rezervoar za transformatorsko olje ni le posoda za olje. Je tudi del hladilnega sistema.

Potem ko olje absorbira toploto iz jedra in navitij, to toploto prenese na stene rezervoarja. Površina rezervoarja nato sprosti toploto v okolico.

Večji transformatorji običajno potrebujejo radiatorje, da zagotovijo dodatno območje-za prenos toplote.

Konvekcijsko odvajanje toplote

Konvekcija je eden od glavnih načinov, kako transformator sprosti toploto.

Ko postane površina rezervoarja toplejša od okoliškega zraka, se zrak v bližini segreje, postane manj gost in se dvigne. Hladnejši zrak se nato premika proti površini rezervoarja.

To ustvarja naravno kroženje zraka in odvaja toploto stran od transformatorja.

Pri prisilnem-zračnem hlajenju ventilatorji povečajo pretok zraka čez površine radiatorjev. To je še posebej uporabno, ko transformator deluje pri visoki obremenitvi.

sevanje

Rezervoar transformatorja in radiatorji prav tako oddajajo toploto s toplotnim sevanjem.

Količina oddane toplote je odvisna od površinske temperature, emisijske sposobnosti, izpostavljenega območja in okoliških pogojev.

Sevanje ne deluje samo. V praksi sevanje in konvekcija delujeta skupaj in oba prispevata k skupnemu odvajanju toplote transformatorja.

Dvig temperature cevnih rezervoarjev za transformatorsko olje

Cevni transformatorski rezervoarji za olje uporabljajo cevaste strukture za povečanje zunanje-površine prenosa toplote.

Osnovna toplotna pot ostaja:

Aktivni deli → olje → cevni rezervoar → okoliški zrak

Večja hladilna površina lahko izboljša odvajanje toplote, zlasti pri naravno hlajenih transformatorjih.

Povišanje temperature cevnega rezervoarja za olje transformatorja je odvisno od obremenitve transformatorja, kroženja olja, dimenzij cevi, razmika med cevmi, temperature okolja in pretoka zraka okoli rezervoarja.

Zato je treba rezervoar oblikovati kot del celotnega toplotnega sistema, skupaj z jedrom, navitji, oljnimi kanali, radiatorji in okoliškim zrakom.

Zakaj je dvig temperature transformatorja pomemben

Zakaj bi porabili toliko časa za razpravljanje o dvigu temperature? Ker ima neposredno povezavo zživljenjska doba izolacije, zmogljivost obremenitve transformatorja, zmogljivost hlajenja, zanesljivost in življenjska doba.

Dolgotrajno-delovanje pri previsokih temperaturah lahko pospeši staranje izolacije in poveča tveganje toplotnega poslabšanja. Po drugi strani pa lahko prevelik hladilni sistem poveča nepotrebne stroške opreme in porabo pomožne energije.

Cilj ni preprosto narediti transformator čim bolj hladen. Pri dobrem inženiringu gre za iskanje pravega ravnovesja med proizvodnjo toplote, odvajanjem toplote, učinkovitostjo, stroški, zanesljivostjo in dejanskim profilom obremenitve.

Posebno pozornost si zaslužijo tudi sodobne električne inštalacije. Podatkovni centri, pogoni-s spremenljivo frekvenco, pretvorniki-obnovljive energije, sistemi za polnjenje električnih vozil in druge moč-elektronske obremenitve lahko povzročijo harmonične tokove. Ti tokovi lahko povečajo dodatne izgube transformatorja in prispevajo k segrevanju.

Ključni dejavniki, ki vplivajo na dvig temperature transformatorja

Ko izbirate ali določate oljni{0}}transformator, je vredno pogledati celotno delovno okolje, namesto da se osredotočite na eno temperaturno število.

Zaključek

Dvig temperature transformatorjaje temeljni del načrtovanja, testiranja in delovanja transformatorja. Opisuje, koliko bolj se segreje komponenta transformatorja v primerjavi z referenčno temperaturo okolja, in zagotavlja uporaben pokazatelj učinkovitosti toplotnega sistema transformatorja.

Za anoljni{0}}transformator, se toplota, ki jo ustvarijo jedro in navitja, prenese na izolacijsko olje, prenese skozi hladilni sistem, preide v rezervoar in radiatorje ter se končno sprosti s konvekcijo in sevanjem.

Thedvig temperature oljnih{0}}transformatorjevodvisno od številnih dejavnikov, vključno z obremenitvijo transformatorja, temperaturo okolice, zasnovo navitja, kroženjem olja, načinom hlajenja, zgradbo rezervoarja in razpoložljivim-območjem za prenos toplote.

Posebno pozornost si zasluži vijugasta vroča točka, saj lahko lokalno pregrevanje pospeši staranje izolacije, tudi če povprečna temperatura ostane v sprejemljivih mejah.

Za proizvajalce transformatorjev kot nprTransformator Yawei, je toplotna zasnova zato bistveni del proizvodnega inženiringa. Konfiguracija navitja, poti-pretoka olja, porazdelitev izgub, zasnova radiatorjev, oprema za hlajenje in-preskušanje dviga temperature morajo delovati skupaj.

Pri določanju transformatorja vedno preverite ustreznegaStandardi IEC 60076 ali IEEE C57, projektne zahteve, izolacijski sistem, hladilna ureditev, okoljski pogoji in tehnični podatki, ki jih zagotavlja proizvajalec. Vrednote kot npr60 K, 65 K, 70 K in 78 Kso referenčne-vrednosti porasta temperature pod določenimi pogoji, ne univerzalne delovne{1}}mejne temperature za vsak transformator.

Na koncu je dobra toplotna zasnova načeloma dokaj preprosta: ustvarite manj nepotrebne toplote, učinkovito prenašajte toploto, obdržite vroče točke pod nadzorom in zagotovite, da transformator prenese obremenitev-resničnega sveta, ki jo bo dejansko občutil.

Kontaktirajte zdaj