Transformatora temperatūras paaugstināšanās: ierobežojumi, aprēķins un dzesēšanas rokasgrāmata

Transformatora temperatūras paaugstināšanāsir viena no tām tehniskajām detaļām, kas uz papīra var izskatīties vienkārša, taču tai ir liela nozīme reālajā darbībā. Katrs transformators ražo siltumu, kad tas ir ieslēgts un nes slodzi. Izaicinājums ir efektīvi izvadīt šo siltumu un saglabāt serdi, tinumus, izolāciju un eļļu paredzētajā temperatūras diapazonā.

Tas kļūst īpaši svarīgi areļļas{0}}transformators. Transformatora eļļa nodrošina vairāk nekā tikai elektrisko izolāciju. Tas arī aizvada siltumu no aktīvajām daļām un pārnes to uz tvertni, radiatoriem un apkārtējo gaisu.

Tātad, kad inženieri runā pareļļas{0}}iegremdēto transformatoru temperatūras paaugstināšanās, viņi patiešām aplūko visu siltuma sistēmu - transformatora zudumus, eļļas cirkulāciju, dzesēšanas aprīkojumu, apkārtējos apstākļus, tvertnes dizainu un faktisko slodzi.

Temperatūras paaugstināšanās un transformatoru temperatūra

Pirmkārt, ir vērts noskaidrot vienu kopīgu punktu:transformatora temperatūrauntransformatora temperatūras paaugstināšanāsnav viens un tas pats.

Transformatora temperatūra ir detaļas, piemēram, tinuma, augšējās eļļas, serdes vai tvertnes, faktiskā temperatūra. Temperatūras paaugstināšanās iratšķirība starpšī temperatūra un norādītā apkārtējā vai atsauces temperatūra.

Vienkārši izsakoties:

Transformatora temperatūra=Apkārtējās vides temperatūra + Temperatūras paaugstināšanās

Piemēram, ja apkārtējā temperatūra ir 30 grādi un augšējā-eļļas temperatūras paaugstināšanās ir 55 K, aptuvenā augšējā-eļļas temperatūra ir 85 grādi.

Protams, īsts transformators nav tik vienkāršs. Dažādas daļas darbojas dažādās temperatūrās. Tinuma temperatūra parasti ir augstāka nekā apkārtējās eļļas, un neliels tinuma laukums var kļūt daudz karstāks par vidējo tinuma temperatūru. Šī augstākās-temperatūras zona ir zināma kālīkumainais karstais punkts.

Tāpēc transformatora siltuma dizains aplūko vairāk nekā tikai vienu temperatūras rādījumu.

Transformatora temperatūras paaugstināšanas standarti

Temperatūras -paaugstināšanas prasības ir atkarīgas no piemērojamā standarta, transformatora konstrukcijas, izolācijas sistēmas, dzesēšanas metodes un darbības apstākļiem.

IEC 60076-2nodrošina prasības temperatūras -paaugstinājuma testiem šķidrumā-iegremdējamiem transformatoriem. TheIEEE C57sērija tiek plaši izmantota, jo īpaši transformatoru lietojumiem Ziemeļamerikā.

Konkrētam projektam vienmēr ir labāk pārbaudīt piemērojamo standartu un projekta specifikāciju, nevis vienkārši kopēt temperatūras rādītāju no cita transformatora.

Transformatora temperatūras paaugstināšanās ierobežojumu tabula

Parastajiem šķidrumā{0}}iegremdējamiem transformatoriem standarta IEC 60076-2 parasti atsauces vērtības ietver šādas:

Šie skaitļi ir noderīgas inženierijas atsauces, taču tos nevajadzētu uzskatīt par universāliem ierobežojumiem katram transformatoram. Faktiskās prasības var atšķirties atkarībā no izolācijas šķidruma, izolācijas sistēmas, dzesēšanas iekārtas, transformatora specifikācijas un piemērojamā standarta.

Un ir vēl viens punkts, kuru viegli palaist garām:temperatūras paaugstināšanās nav absolūta temperatūra.

Tabula ir tikai vienkārša ilustrācija. Faktiskā transformatora darba temperatūra ir atkarīga no slodzes, dzesēšanas apstākļiem, siltuma sadales un ražotāja termiskās konstrukcijas.

IEEE transformatoru praksē arī tiek atšķirti modeļi ar atšķirīgu vidējo tinumu temperatūras paaugstināšanos, tostarp parasti izmantotajiem55 grādiun65 grādiminerāl{0}}eļļas-iegremdējamo transformatoru konstrukcijas. Tātad, atkal ražotāja garantētajiem tehniskajiem datiem vajadzētu būt galīgajai atsaucei konkrētam projektam.

Izolācijas materiāla novecošanās un temperatūras paaugstināšanās

Temperatūrai ir tieša ietekme uz transformatora izolācijas novecošanos.

Ja izolācija ilgstoši darbojas paaugstinātā temperatūrā, tās novecošanās process parasti paātrina. Nepārtraukta termiskā spriedze var ietekmēt gan cieto izolāciju, gan izolācijas eļļu.

Thelīkumainais karstais punktsir pelnījuši īpašu uzmanību. Transformatoram var būt pieņemama vidējā tinuma temperatūra, kamēr lokalizētais apgabals darbojas ievērojami karstāks.

Labs transformatora dizains cenšas kontrolēt šos karstos punktus. Pareizai tinumu ģeometrijai, eļļas -plūsmas ceļiem, vadītāju izvēlei un dzesēšanas jaudai ir nozīme.

Vidējā svērtā apkārtējās vides temperatūra

Apkārtējās vides temperatūrair vēl viens faktors, kuru nevajadzētu aizmirst.

Transformatoram, kas darbojas ar tādu pašu temperatūras paaugstināšanos, acīmredzami būs augstāka absolūtā temperatūra, ja to uzstādīs karstā vidē.

Tas ir īpaši svarīgi tropu reģionos, slēgtās apakšstacijās un rūpniecības objektos, kur apkārtējā temperatūra ilgstoši var saglabāties augsta.

Inženieriem, iespējams, būs jāņem vērā sezonas temperatūra, uzstādīšanas augstums, ventilācija, saules starojums un tuvumā esošais aprīkojums.

Citiem vārdiem sakot, viens un tas pats transformators divās instalācijas vidēs var darboties diezgan atšķirīgi, pat ja nominālā temperatūras paaugstināšanās ir identiska.

Transformatoru apkure un dzesēšana

Transformators ģenerē siltumu galvenokārt caurserdes zudumi, tinumu zudumi un izkliedētās slodzes zudumi.

Kodola zudumi galvenokārt ir saistīti ar histerēzi un virpuļstrāvām magnētiskajā kodolā. Tinumu zudumi galvenokārt ir saistīti ar vadītāju pretestību, savukārt papildu izkliedēšanas zudumi var rasties tinumos, tvertnes sienās, skavās un citās metāla detaļās.

Eļļas{0}}transformatora siltuma{1}}pārvades pamatceļš izskatās šādi:

Serde un tinumi → transformatora eļļa → tvertne/radiatori → apkārtējais gaiss

Kad transformators sasniedz termisko līdzsvaru, siltums, kas rodas tā iekšpusē, tiek aptuveni līdzsvarots ar siltumu, kas izdalās ārpusē.

Transformatoru siltuma izkliedes metodes

Transformatorā kopā darbojas vairāki siltuma{0}}pārvades mehānismi.

Mazam vai vidējam transformatoram var pietikt ar dabisko dzesēšanu. Tomēr, palielinoties transformatora jaudai, palielinās arī siltuma daudzums, kas ir jānoņem. Šeit parādās lielākas radiatoru rindas, ventilatori, sūkņi vai virzīta eļļas cirkulācija.

Transformatoru dzesēšanas metodes

Eļļas{0}}iegremdētajiem transformatoriem parasti tiek izmantoti vairāki dzesēšanas veidi.

ONAN dzesēšana joprojām ir populāra izvēle, jo tā ir salīdzinoši vienkārša un uzticama. Apkopei nepieciešams mazāk palīgkomponentu, kas daudzās instalācijās ir reāla priekšrocība.

Lielākiem transformatoriem var pievienot ventilatorus, lai palielinātu dzesēšanas jaudu. Ļoti lieliem jaudas transformatoriem var izmantot piespiedu-eļļas cirkulāciju, lai nodrošinātu labāk kontrolētu siltuma pārnesi.

Eļļas{0}}iegremdēto transformatoru sildīšana un dzesēšana

Transformatora eļļaatrodas termiskās sistēmas centrā eļļā{0}}iegremdētā transformatorā.

Tā kā serde un tinumi rada siltumu, apkārtējā eļļa kļūst siltāka. Silta eļļa kļūst mazāk blīva un dabiski virzās uz augšu, bet vēsāka eļļa virzās uz leju. Tas rada cirkulāciju transformatora iekšpusē.

Tā būtībā darbojas ONAN dzesēšana.

Uzkarsētā eļļa galu galā sasniedz tvertni unradiatori, kur tā siltums tiek nodots apkārtējam gaisam.

Transformatora slodzei ir liela ietekme uz šo procesu. Tinumu zudumi ir aptuveni proporcionāli strāvas kvadrātam:

Pcu ∝ I²

Tas nozīmē, ka salīdzinoši neliels strāvas pieaugums var izraisīt daudz lielāku tinumu zudumu pieaugumu.

Šis ir vienkāršots salīdzinājums. Faktiskie transformatora zudumi ir sarežģītāki, jo vadītāja pretestība mainās atkarībā no temperatūras un rodas papildu izkliedes zudumi.

Tomēr vēstījums ir diezgan skaidrs: ilgstoša pārslodze var ātri kļūt par termisku problēmu.

Eļļas temperatūras paaugstināšanās{0}}Iegremdētā transformatora tinumi

Theeļļas{0}}iegremdēto transformatoru tinumu temperatūras paaugstināšanāsir viens no galvenajiem parametriem transformatora termiskajā projektēšanā.

Tinuma temperatūru ietekmē vadītāja materiāls, tinuma pretestība, strāvas blīvums, tinumu ģeometrija, eļļas -plūsmas kanāli, izolācijas izvietojums, dzesēšanas metode un slodze.

Temperatūra arī nav vienmērīgi sadalīta visā tinumā. Dažos apgabalos, protams, būs karstāks nekā citos, un augstākās{1}}temperatūras vieta kļūst par līkumotu karsto punktu.

Vienkāršotas attiecības ir šādas:

Karstā-punkta temperatūra=Apkārtējās vides temperatūra + augšējais-eļļas pieaugums + tinums-līdz-eļļas temperatūras gradients

Faktiskais aprēķins ir vairāk iesaistīts un ir atkarīgs no transformatora konstrukcijas un piemērojamā standarta.

Inženiertehniskās aprēķinu metodes eļļas plūsmai un temperatūras paaugstināšanai tinumos

Inženieri var novērtēt transformatora eļļas plūsmu un tinumu temperatūru, izmantojot analītiskos aprēķinus, termiskos modeļus un lielākiem vai sarežģītākiem transformatoriem skaitļošanas šķidruma dinamiku (CFD).

Daži no galvenajiem parametriem ietver:

Labs eļļas plūsmas dizains{0}}ir ļoti svarīgs. Ja eļļa necirkulē pareizi caur tinumu, lokāli karstie punkti var veidoties pat tad, ja kopējā transformatora temperatūra izskatās pieņemama.

Lieliem jaudas transformatoriem CFD analīze var palīdzēt inženieriem noteikt nevienmērīgu eļļas plūsmu, temperatūras gradientus un iespējamās karstās{0} vietas vietas pirms transformatora ražošanas.

Transformatoru eļļas tvertņu siltuma izkliede

Transformatora eļļas tvertne nav tikai eļļas tvertne. Tā ir arī daļa no dzesēšanas sistēmas.

Pēc siltuma absorbcijas no serdes un tinumiem eļļa pārnes šo siltumu uz tvertnes sienām. Pēc tam tvertnes virsma izdala siltumu apkārtējā vidē.

Lielākiem transformatoriem parasti ir nepieciešami radiatori, lai nodrošinātu papildu siltuma{0}}pārvades zonu.

Konvekcijas siltuma izkliede

Konvekcija ir viens no galvenajiem veidiem, kā transformators izdala siltumu.

Kad tvertnes virsma kļūst siltāka par apkārtējo gaisu, tuvumā esošais gaiss uzsilst, kļūst mazāk blīvs un paceļas. Pēc tam vēsāks gaiss virzās uz tvertnes virsmu.

Tas rada dabisku gaisa cirkulāciju un novada siltumu no transformatora.

Izmantojot piespiedu{0}}gaisa dzesēšanu, ventilatori palielina gaisa plūsmu pāri radiatora virsmām. Tas ir īpaši noderīgi, ja transformators darbojas ar lielu slodzi.

Radiācija

Transformatora tvertne un radiatori arī izdala siltumu caur termisko starojumu.

Izstarotā siltuma daudzums ir atkarīgs no virsmas temperatūras, izstarojuma koeficienta, pakļautās platības un apkārtējiem apstākļiem.

Radiācija nedarbojas viens pats. Praksē starojums un konvekcija darbojas kopā un abi veicina transformatora kopējo siltuma izkliedi.

Cauruļveida transformatoru eļļas tvertņu temperatūras paaugstināšanās

Cauruļveida transformatoru eļļas tvertnēs tiek izmantotas cauruļveida konstrukcijas, lai palielinātu ārējo siltuma{0}}pārvades laukumu.

Pamata termiskais ceļš paliek:

Aktīvās daļas → eļļa → cauruļveida tvertne → apkārtējais gaiss

Lielāka dzesēšanas virsma var uzlabot siltuma izkliedi, īpaši dabiski atdzesētiem transformatoriem.

Cauruļveida transformatora eļļas tvertnes temperatūras paaugstināšanās ir atkarīga no transformatora slodzes, eļļas cirkulācijas, cauruļu izmēriem, cauruļu atstatuma, apkārtējās vides temperatūras un gaisa plūsmas ap tvertni.

Tāpēc tvertne ir jāprojektē kā daļa no visas termiskās sistēmas kopā ar serdi, tinumiem, eļļas kanāliem, radiatoriem un apkārtējo gaisu.

Kāpēc transformatora temperatūras paaugstināšanās ir svarīga

Kāpēc tērēt tik daudz laika, lai apspriestu temperatūras pieaugumu? Jo tam ir tieša saikne arizolācijas kalpošanas laiks, transformatora slodzes spēja, dzesēšanas veiktspēja, uzticamība un kalpošanas laiks.

Ilgstoša{0}}darbība pārmērīgā temperatūrā var paātrināt izolācijas novecošanos un palielināt termiskās nolietošanās risku. No otras puses, pārāk liela dzesēšanas sistēma var palielināt nevajadzīgas aprīkojuma izmaksas un papildu enerģijas patēriņu.

Mērķis nav vienkārši padarīt transformatoru pēc iespējas vēsāku. Labas inženierijas mērķis ir atrast pareizo līdzsvaru starp siltuma ražošanu, siltuma izkliedi, efektivitāti, izmaksām, uzticamību un faktisko slodzes profilu.

Papildu uzmanību ir pelnījušas arī modernās elektroinstalācijas. Datu centri, mainīgas-frekvences diskdziņi, atjaunojamās-enerģijas pārveidotāji, EV uzlādes sistēmas un citas jaudas-elektroniskās slodzes var radīt harmoniskas strāvas. Šīs strāvas var palielināt transformatora papildu zudumus un veicināt apkuri.

Galvenie faktori, kas ietekmē transformatora temperatūras paaugstināšanos

Izvēloties vai norādot eļļas{0}}iegremdējamo transformatoru, ir vērts aplūkot visu darbības vidi, nevis koncentrēties uz vienu temperatūras skaitli.

Secinājums

Transformatora temperatūras paaugstināšanāsir transformatora projektēšanas, testēšanas un darbības būtiska sastāvdaļa. Tas apraksta, cik daudz karstāks transformatora komponents kļūst, salīdzinot ar atsauces apkārtējās vides temperatūru, un sniedz noderīgu norādi par transformatora termiskās sistēmas efektivitāti.

Par aneļļas{0}}transformators, serdeņa un tinumu radītais siltums tiek pārnests uz izolācijas eļļu, izvadīts cauri dzesēšanas sistēmai, novadīts uz tvertni un radiatoriem un visbeidzot izdalīts caur konvekciju un starojumu.

Theeļļas{0}}iegremdēto transformatoru temperatūras paaugstināšanāsatkarīgs no daudziem faktoriem, tostarp transformatora slodzes, apkārtējās vides temperatūras, tinumu konstrukcijas, eļļas cirkulācijas, dzesēšanas metodes, tvertnes konstrukcijas un pieejamās siltuma{0}}pārvades zonas.

Tinuma karstais punkts ir pelnījis īpašu uzmanību, jo lokāla pārkaršana var paātrināt izolācijas novecošanos pat tad, ja vidējā temperatūra paliek pieļaujamās robežās.

Transformatoru ražotājiem, piemēram,Yawei transformators, siltuma dizains tāpēc ir būtiska produktu inženierijas sastāvdaļa. Tinumu konfigurācijai, eļļas -plūsmas ceļiem, zudumu sadalei, radiatora konstrukcijai, dzesēšanas aprīkojumam un temperatūras-paaugstinājuma pārbaudei ir jādarbojas kopā.

Norādot transformatoru, vienmēr pārbaudiet piemērojamoIEC 60076 vai IEEE C57 standarti, projekta prasības, izolācijas sistēma, dzesēšanas izkārtojums, apkārtējās vides apstākļi un ražotāja garantētie tehniskie dati. Tādas vērtības kā60 K, 65 K, 70 K un 78 Kir atsauces temperatūras -pieauguma vērtības noteiktos apstākļos, nevis universālas darbības-temperatūras robežas katram transformatoram.

Galu galā labs termiskais dizains principā ir diezgan vienkāršs: ģenerējiet mazāk nevajadzīga siltuma, efektīvi pārvietojiet siltumu, kontrolējiet karstos punktus un pārliecinieties, ka transformators spēj izturēt reālo-pasaules slodzi, ko tas patiešām redzēs.

Sazinieties tagad