Porast temperature transformatora: Granice, Vodič za izračunavanje i hlađenje

Porast temperature transformatoraje jedan od onih tehničkih detalja koji mogu izgledati jednostavno na papiru, ali su važni u stvarnom radu. Svaki transformator proizvodi toplinu kada je pod naponom i nosi opterećenje. Izazov je efikasno izbaciti tu toplotu i zadržati jezgro, namotaje, izolaciju i ulje unutar predviđenog temperaturnog raspona.

Ovo postaje posebno važno kod antransformator{0}}uronjen u ulje. Transformatorsko ulje čini više od pružanja električne izolacije. Takođe odvodi toplotu od aktivnih delova i prenosi je na rezervoar, radijatore i okolni vazduh.

Dakle, kada inženjeri govore oporast temperature uljnih{0}}transformatora, oni stvarno gledaju na gubitke transformatora - cijelog termalnog sistema, cirkulaciju ulja, opremu za hlađenje, ambijentalne uslove, dizajn rezervoara i stvarno opterećenje.

Porast temperature i temperatura transformatora

Prvo, vrijedi razjasniti jednu zajedničku tačku:temperaturu transformatoraiporast temperature transformatoranisu ista stvar.

Temperatura transformatora je stvarna temperatura komponente, kao što je namotaj, gornje ulje, jezgro ili rezervoar. Porast temperature jerazlika izmeđutu temperaturu i specificiranu ambijentalnu ili referentnu temperaturu.

Jednostavno rečeno:

Temperatura transformatora=Temperatura okoline + porast temperature

Na primjer, ako je temperatura okoline 30 stepeni i gornji-porast temperature ulja je 55 K, približna gornja-temperatura ulja je 85 stepeni.

Naravno, pravi transformator nije baš tako jednostavan. Različiti dijelovi rade na različitim temperaturama. Temperatura namotaja je obično viša od okolnog ulja, a mala površina namotaja može postati mnogo toplija od prosječne temperature namotaja. Ovo područje s najvišom{3}}temperaturom je poznato kaovijugava vruća tačka.

Zato termički dizajn transformatora gleda na više od samo jednog očitavanja temperature.

Standardi porasta temperature transformatora

Zahtjevi{0}}za povećanje temperature zavise od primjenjivog standarda, dizajna transformatora, izolacionog sistema, načina hlađenja i radnih uslova.

IEC 60076-2pruža zahtjeve za{0}}testove porasta temperature za transformatore uronjene u tekućinu{1}}. TheIEEE C57serija se također široko koristi, posebno za primjenu transformatora u Sjevernoj Americi.

Za određeni projekat, uvijek je bolje provjeriti primjenjivi standard i projektnu specifikaciju, umjesto da jednostavno kopirate temperaturnu cifru iz drugog transformatora.

Tablica ograničenja porasta temperature transformatora

Za konvencionalne dizajne transformatora{0}}uronjenih u tečnost, uobičajene vrijednosti iz IEC 60076-2 uključuju sljedeće:

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

I postoji još jedna stvar koju je lako propustiti:porast temperature nije apsolutna temperatura.

Tabela je samo jednostavna ilustracija. Stvarna radna temperatura transformatora zavisi od opterećenja, uslova hlađenja, raspodele toplote i toplotnog dizajna proizvođača.

Praksa IEEE transformatora također razlikuje dizajne s različitim prosječnim porastom temperature namotaja, uključujući i najčešće korištene55 stepenii65 stepenidizajn transformatora uronjenih u mineral-ulje-. Dakle, opet, proizvođačevi zagarantovani tehnički podaci bi trebali biti konačna referenca za određeni projekat.

Starenje izolacionog materijala i porast temperature

Temperatura ima direktan uticaj na starenje izolacije transformatora.

Kada izolacija radi na povišenim temperaturama tokom dugog perioda, proces njenog starenja se generalno ubrzava. I čvrsta izolacija i izolacijsko ulje mogu biti pod utjecajem kontinuiranog toplinskog naprezanja.

Thevijugava vruća tačkazaslužuje posebnu pažnju. Transformator može imati prihvatljivu prosječnu temperaturu namotaja dok je lokalizirano područje znatno toplije.

Dobar dizajn transformatora pokušava ove vruće tačke držati pod kontrolom. Odgovarajuća geometrija namotaja, putevi protoka-ulja, odabir provodnika i kapacitet hlađenja igraju važnu ulogu.

Ponderisana prosečna temperatura okoline

Temperatura okolineje još jedan faktor koji ne treba 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 trafostanicama i industrijskim objektima gdje okolne temperature mogu ostati visoke tokom dužeg perioda.

Inženjeri će možda morati da uzmu u obzir sezonske temperature, nadmorsku visinu instalacije, ventilaciju, sunčevo zračenje i obližnju opremu.

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

Grejanje i hlađenje transformatora

Transformator proizvodi toplotu uglavnom krozgubitak jezgre, gubitak namotaja i gubitak opterećenja.

Gubici u jezgru su prvenstveno povezani sa histerezom i vrtložnim strujama u magnetnom jezgru. Gubici u namotaju se uglavnom odnose na otpor provodnika, dok se dodatni gubici mogu pojaviti u namotajima, zidovima rezervoara, stezaljkama i drugim metalnim komponentama.

Za transformator{0}}uronjen u ulje, osnovni put{1}}prenosa topline izgleda ovako:

Jezgra i namotaji → transformatorsko ulje → rezervoar/radijatori → okolni vazduh

Kada transformator dostigne termičku ravnotežu, toplina koja se stvara unutar njega grubo je uravnotežena toplinom koja se oslobađa izvana.

Metode odvođenja toplote transformatora

Nekoliko mehanizama{0}}za prijenos topline radi zajedno unutar transformatora.

Za mali ili srednji transformator prirodno hlađenje može biti dovoljno. Kako se kapacitet transformatora povećava, međutim, povećava se i količina topline koju treba ukloniti. Tu dolaze veće grupe radijatora, ventilatori, pumpe ili usmjerena cirkulacija ulja.

Metode hlađenja transformatora

Nekoliko rashladnih uređaja se obično koristi za transformatore{0}}uronjene u ulje.

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

Za veće transformatore mogu se dodati ventilatori kako bi se povećao kapacitet hlađenja. Veoma veliki energetski transformatori mogu koristiti prisilnu{1}}cirkulaciju ulja kako bi osigurali kontroliraniji prijenos topline.

Grijanje i hlađenje uljnih-transformatora

Transformatorsko uljeje u srcu termalnog sistema u uljnom-uronjenom transformatoru.

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

Tako u suštini funkcioniše ONAN hlađenje.

Zagrijano ulje na kraju dospijeva u rezervoar iradijatori, gde se njegova toplota prenosi na okolni vazduh.

Opterećenje transformatora ima veliki uticaj na ovaj proces. Gubici namotaja su približno proporcionalni kvadratu struje:

Pcu ∝ I²

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

Ovo je pojednostavljeno poređenje. Stvarni gubici transformatora su složeniji jer se otpor provodnika mijenja s temperaturom i prisutni su dodatni gubici lutalice.

Ipak, poruka je prilično jasna: trajno preopterećenje može brzo postati termalni problem.

Porast temperature uljnih-namotaja transformatora

Theporast temperature uljnih-namotaja transformatorajedan je od ključnih parametara u termičkom dizajnu transformatora.

Na temperaturu namota utiču materijal provodnika, otpor namotaja, gustina struje, geometrija namotaja, kanali{0}}toka ulja, raspored izolacije, način hlađenja i opterećenje.

Temperatura također nije ravnomjerno raspoređena po cijelom namotaju. Neka područja će prirodno biti toplija od drugih, a lokacija s najvišom{1}temperaturom postaje vijugava vruća tačka.

Pojednostavljeni odnos je:

Temperatura vruće-točke=Temperatura okoline + gornji-porast ulja + namotavanje-do- gradijent temperature ulja

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

Inženjerske metode proračuna protoka ulja i porasta temperature u namotajima

Inženjeri mogu procijeniti protok ulja u transformatoru i temperaturu namotaja koristeći analitičke proračune, termalne modele i, za veće ili složenije transformatore, računsku dinamiku fluida (CFD).

Neki od glavnih parametara uključuju:

Dobar dizajn{0}}toka ulja je ključan. Ako ulje ne cirkuliše pravilno kroz namotaj, lokalizovane vruće tačke mogu se razviti čak i kada ukupna temperatura transformatora izgleda prihvatljivo.

Za velike energetske transformatore, CFD analiza može pomoći inženjerima da identifikuju neravnomjeran protok ulja, temperaturne gradijente i potencijalne lokacije vrućih{0}}tačaka prije proizvodnje transformatora.

Odvođenje toplote rezervoara transformatorskog ulja

Spremnik za transformatorsko ulje nije samo kontejner za ulje. Takođe je deo rashladnog sistema.

Nakon što apsorbira toplinu iz jezgre i namotaja, ulje prenosi tu toplinu na zidove rezervoara. Površina spremnika tada oslobađa toplinu u okolno okruženje.

Veći transformatori obično zahtijevaju radijatore za pružanje dodatne{0}}područje za prijenos topline.

Konvekcijska disipacija topline

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

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

Ovo stvara prirodnu cirkulaciju zraka i odvodi toplinu dalje od transformatora.

Uz prisilno{0}}hlađenje zraka, ventilatori povećavaju protok zraka preko površina hladnjaka. Ovo je posebno korisno kada transformator radi sa velikim opterećenjem.

Radijacija

Spremnik transformatora i radijatori također oslobađaju toplinu kroz toplinsko zračenje.

Količina zračene toplote zavisi od temperature površine, emisivnosti, izložene površine i okolnih uslova.

Zračenje ne djeluje samo. U praksi, zračenje i konvekcija rade zajedno i oboje doprinose ukupnom odvođenju toplote transformatora.

Porast temperature cijevnih rezervoara za transformatorsko ulje

Cijevni rezervoari za transformatorsko ulje koriste cijevne strukture za povećanje vanjskog{0}}područja prijenosa topline.

Osnovni termalni put ostaje:

Aktivni dijelovi → ulje → cevasti rezervoar → okolni vazduh

Veća rashladna površina može poboljšati disipaciju topline, posebno za prirodno hlađene transformatore.

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

Spremnik stoga treba da bude projektovan kao deo kompletnog termičkog sistema, zajedno sa jezgrom, namotajima, uljnim prolazima, radijatorima i okolnim vazduhom.

Zašto je važan porast temperature transformatora

Zašto trošiti toliko vremena na razgovor o porastu temperature? Zato što ima direktnu vezu saizolacijski vijek, sposobnost opterećenja transformatora, performanse hlađenja, pouzdanost i vijek trajanja.

Dugotrajan{0}}rad na previsokim temperaturama može ubrzati starenje izolacije i povećati rizik od termičkog propadanja. S druge strane, prevelik sistem hlađenja može dodati nepotrebne troškove opreme i pomoćnu potrošnju energije.

Cilj nije jednostavno učiniti transformator što hladnijim. Dobar inženjering podrazumeva pronalaženje prave ravnoteže između proizvodnje toplote, disipacije toplote, efikasnosti, cene, pouzdanosti i stvarnog profila opterećenja.

Moderne električne instalacije također zaslužuju dodatnu pažnju. Centri podataka, pogoni s promjenjivom{1}}frekvencijom, obnovljivi-konvertori energije, sistemi za punjenje električnih vozila i druga električna-elektronska opterećenja mogu uvesti harmonijske struje. Ove struje mogu povećati dodatne gubitke transformatora i doprinijeti grijanju.

Ključni faktori koji utječu na porast temperature transformatora

Prilikom odabira ili specificiranja transformatora{0}}uronjenog u ulje, vrijedi pogledati kompletno radno okruženje umjesto da se fokusirate na jedan temperaturni broj.

Zaključak

Porast temperature transformatoraje osnovni dio dizajna, ispitivanja i rada transformatora. On opisuje koliko postaje toplija komponenta transformatora u poređenju sa referentnom temperaturom okoline i pruža korisnu indikaciju efikasnosti termalnog sistema transformatora.

Za antransformator{0}}uronjen u ulje, toplota koju stvaraju jezgro i namotaji prenosi se na izolaciono ulje, prenosi se kroz sistem hlađenja, prenosi do rezervoara i radijatora i konačno se oslobađa konvekcijom i zračenjem.

Theporast temperature uljnih{0}}transformatorazavisi od mnogih faktora, uključujući opterećenje transformatora, temperaturu okoline, dizajn namotaja, cirkulaciju ulja, način hlađenja, konstrukciju rezervoara i dostupno područje{0}}prijenosa topline.

Vruća točka namotaja zaslužuje posebnu pažnju jer lokalizirano pregrijavanje može ubrzati starenje izolacije čak i kada prosječna temperatura ostaje u prihvatljivim granicama.

Za proizvođače transformatora kao nprYawei Transformer, termički dizajn je stoga bitan dio inženjeringa proizvoda. Konfiguracija namotaja,-putevi protoka ulja, raspodjela gubitaka, dizajn radijatora, rashladna oprema i testiranje{2}} porasta temperature sve moraju raditi zajedno.

Kada specificirate transformator, uvijek provjerite primjenjivoIEC 60076 ili IEEE C57 standardi, projektni zahtjevi, izolacijski sistem, raspored hlađenja, ambijentalni uvjeti i proizvođački garantovani tehnički podaci. Vrijednosti kao što su60 K, 65 K, 70 K i 78 Ksu referentne temperature-vrijednosti porasta pod definisanim uslovima, a ne univerzalna ograničenja radne{1}}temperature za svaki transformator.

Na kraju, dobar termički dizajn je prilično jednostavan u principu: stvara manje nepotrebne topline, efikasno premještaj toplinu, drži vruće tačke pod kontrolom i uvjeri se da transformator može podnijeti stvarno-svjetsko opterećenje koje će stvarno imati.

Kontaktirajte sada