A transzformátor hőmérsékletének emelkedése: határértékek, számítási és hűtési útmutató

Transzformátor hőmérséklet emelkedésegyike azoknak a műszaki részleteknek, amelyek papíron egyszerűnek tűnhetnek, de nagyon sokat számítanak a gyakorlatban. Minden transzformátor hőt termel, ha feszültség alatt van és terhelést hordoz. A kihívás az, hogy ezt a hőt hatékonyan eltávolítsuk, és a magot, a tekercseket, a szigetelést és az olajat a tervezett hőmérsékleti tartományon belül tartsuk.

Ez különösen fontossá válik egyolaj{0}}merített transzformátor. A transzformátorolaj nem csak elektromos szigetelést biztosít. Ezenkívül elvezeti a hőt az aktív részektől, és továbbítja a tartálynak, a radiátoroknak és a környező levegőnek.

Tehát, amikor a mérnökök beszélnek aolajos{0}}transzformátorok hőmérséklet-emelkedése, valóban az egész hőrendszert vizsgálják - a transzformátor veszteségei, az olajkeringés, a hűtőberendezések, a környezeti feltételek, a tartály kialakítása és a tényleges terhelés.

A hőmérséklet-emelkedés és a transzformátorok hőmérséklete

Először is érdemes tisztázni egy közös pontot:transzformátor hőmérsékletéstranszformátor hőmérséklet emelkedésnem ugyanaz a dolog.

A transzformátor hőmérséklete egy alkatrész, például a tekercs, a felső olaj, a mag vagy a tartály tényleges hőmérséklete. A hőmérséklet-emelkedés azközötti különbségazt a hőmérsékletet és a megadott környezeti vagy referencia hőmérsékletet.

Egyszerűen fogalmazva:

Transzformátor hőmérséklet=Környezeti hőmérséklet + Hőmérséklet-emelkedés

Például, ha a környezeti hőmérséklet 30 fok, és a felső-olajhőmérséklet-emelkedés 55 K, akkor a hozzávetőleges felső-olajhőmérséklet 85 fok.

Természetesen egy igazi transzformátor nem olyan egyszerű. A különböző alkatrészek eltérő hőmérsékleten működnek. A tekercselés hőmérséklete általában magasabb, mint a környező olajé, és a tekercselés egy kis része sokkal melegebbé válhat, mint az átlagos tekercselési hőmérséklet. Ez a legmagasabb-hőmérsékletű terület az úgynevezettkanyargós forró pont.

Ez az oka annak, hogy a transzformátor termikus tervezése nem csupán egyetlen hőmérséklet-leolvasást vesz figyelembe.

Transzformátor hőmérséklet-emelkedési szabványok

A hőmérséklet{0}}emelkedésre vonatkozó követelmények az alkalmazandó szabványtól, a transzformátor kialakításától, a szigetelési rendszertől, a hűtési módszertől és a működési feltételektől függenek.

IEC 60076-2követelményeket ír elő a folyékony-bemerült transzformátorok hőmérséklet-emelkedési tesztjére vonatkozóan. AIEEE C57sorozatot is széles körben használják, különösen Észak-Amerikában.

Egy adott projekt esetében mindig jobb az alkalmazandó szabványt és projektspecifikációt ellenőrizni, nem pedig egyszerűen egy másik transzformátor hőmérsékletadatát másolni.

Transzformátor hőmérséklet-emelkedési határérték táblázat

A hagyományos folyadékkal{0}}merített transzformátorok esetében az IEC 60076-2 szabványban gyakran hivatkozott értékek a következők:

Ezek az adatok hasznos mérnöki hivatkozások, de nem tekinthetők minden transzformátor univerzális határértékeként. A tényleges követelmények a szigetelő folyadéktól, a szigetelőrendszertől, a hűtési elrendezéstől, a transzformátor specifikációjától és az alkalmazandó szabványtól függően változhatnak.

És van még egy pont, amit könnyű kihagyni:a hőmérsékletemelkedés nem abszolút hőmérséklet.

A táblázat csak egy egyszerű illusztráció. A transzformátor tényleges üzemi hőmérséklete a terheléstől, a hűtési feltételektől, a hőeloszlástól és a gyártó termikus tervezésétől függ.

Az IEEE transzformátorok gyakorlata különbséget tesz a különböző átlagos tekercselési hőmérséklet-emelkedéssel rendelkező kialakítások között, beleértve az általánosan használtakat is55 fokés65 fokásványi{0}}olajba merülő{1}}transzformátorok tervezése. Tehát ismét a gyártó által garantált műszaki adatoknak kell a végső referenciaként szolgálniuk egy adott projekthez.

A szigetelőanyag öregedése és a hőmérséklet emelkedése

A hőmérséklet közvetlen hatással van a transzformátor szigetelésének öregedésére.

Ha a szigetelés hosszú ideig magas hőmérsékleten működik, az öregedési folyamata általában felgyorsul. Mind a szilárd szigetelést, mind a szigetelőolajat befolyásolhatja a folyamatos hőterhelés.

Akanyargós forró pontkülönös figyelmet érdemel. Előfordulhat, hogy egy transzformátor átlagos tekercselési hőmérséklete elfogadható, miközben egy adott terület lényegesen melegebb.

A jó transzformátor-kialakítás megpróbálja kordában tartani ezeket a forró pontokat. A megfelelő tekercselés geometriája, az olaj{1}}áramlási útvonala, a vezetőválasztás és a hűtési kapacitás egyaránt szerepet játszik.

Súlyozott átlagos környezeti hőmérséklet

Környezeti hőmérsékletegy másik tényező, amelyet nem szabad figyelmen kívül hagyni.

Az azonos hőmérséklet-emelkedés mellett működő transzformátor abszolút hőmérséklete nyilvánvalóan magasabb lesz, ha forró környezetbe telepítik.

Ez különösen fontos trópusi régiókban, zárt alállomásokon és ipari létesítményekben, ahol a környező hőmérséklet hosszabb ideig magas maradhat.

A mérnököknek figyelembe kell venniük a szezonális hőmérsékletet, a telepítési magasságot, a szellőzést, a napsugárzást és a közeli berendezéseket.

Más szóval, ugyanaz a transzformátor egészen eltérően viselkedhet két telepítési környezetben, még akkor is, ha a névleges hőmérséklet-emelkedés azonos.

Transzformátor fűtés és hűtés

A transzformátor főként hőt termelmagveszteség, tekercselési veszteség és szórt terhelési veszteség.

A magveszteségek elsősorban a mágneses magban lévő hiszterézishez és örvényáramokhoz kapcsolódnak. A tekercselési veszteségek főként a vezető ellenállásával kapcsolatosak, míg további szórt veszteségek léphetnek fel a tekercsekben, a tartályfalakban, a bilincsekben és más fém alkatrészekben.

Olajba merülő-transzformátor esetén az alapvető hőátadási-útvonal így néz ki:

Mag és tekercsek → transzformátorolaj → tartály/radiátorok → környező levegő

Amikor a transzformátor eléri a termikus egyensúlyt, a benne termelődő hőt nagyjából kiegyenlíti a kívülről felszabaduló hő.

Transzformátor hőelvezetési módszerek

A transzformátoron belül számos hőátadó mechanizmus{0}} működik együtt.

Kis vagy közepes transzformátor esetén elegendő lehet a természetes hűtés. A transzformátor kapacitásának növekedésével azonban az elvezetendő hő mennyisége is növekszik. Itt jönnek be a nagyobb radiátorsorok, ventilátorok, szivattyúk vagy az irányított olajkeringtetés.

Transzformátor hűtési módszerek

Az olajba merülő -transzformátorokhoz általában számos hűtőberendezést használnak.

Az ONAN hűtés továbbra is népszerű választás, mivel viszonylag egyszerű és megbízható. Kevesebb segédalkatrészt kell karbantartani, ami sok telepítésnél valódi előny.

Nagyobb transzformátorok esetén ventilátorok is hozzáadhatók a hűtőteljesítmény növeléséhez. A nagyon nagy teljesítménytranszformátorok kényszerített-olajkeringést alkalmazhatnak a szabályozottabb hőátadás érdekében.

Olaj{0}}bemerülő transzformátorok fűtése és hűtése

Transzformátor olaja termikus rendszer középpontjában található egy olaj{0}}bemerült transzformátorban.

Ahogy a mag és a tekercselés hőt termel, a környező olaj felmelegszik. A meleg olaj kevésbé sűrűsödik, és természetesen felfelé, míg a hidegebb olaj lefelé mozog. Ez keringést hoz létre a transzformátor belsejében.

Lényegében így működik az ONAN hűtés.

A felmelegített olaj végül eléri a tartályt ésradiátorok, ahol hője átadódik a környező levegőnek.

A transzformátor terhelése nagy hatással van erre a folyamatra. A tekercsveszteségek körülbelül arányosak az áram négyzetével:

Pcu ∝ I²

Ez azt jelenti, hogy az áramerősség viszonylag szerény növekedése a tekercsveszteség sokkal nagyobb növekedését eredményezheti.

Ez egy leegyszerűsített összehasonlítás. A transzformátor tényleges veszteségei bonyolultabbak, mivel a vezető ellenállása a hőmérséklettel változik, és további szórt veszteségek vannak jelen.

Ennek ellenére az üzenet elég egyértelmű: a tartós túlterhelés gyorsan hőproblémává válhat.

Az olajhőmérséklet emelkedése{0}}Búvár transzformátor tekercsek

Aaz olajba merült transzformátor{0}}tekercsek hőmérséklet-emelkedésea transzformátor termikus tervezésének egyik kulcsparamétere.

A tekercs hőmérsékletét befolyásolja a vezető anyaga, a tekercsellenállás, az áramsűrűség, a tekercs geometriája, az olaj-áramlási csatornák, a szigetelés elrendezése, a hűtési mód és a terhelés.

A hőmérséklet sem egyenletesen oszlik el a tekercsben. Egyes területek természetesen melegebbek, mint mások, és a legmagasabb-hőmérsékletű hely lesz a kanyargós forró pont.

Az egyszerűsített kapcsolat a következő:

Forrópont-hőmérséklet=Környezeti hőmérséklet + felső-olajemelkedés + tekercselés-to-olajhőmérséklet gradiens

A tényleges számítás sokkal bonyolultabb, és a transzformátor kialakításától és az alkalmazandó szabványtól függ.

Műszaki számítási módszerek az olajáramláshoz és a hőmérséklet-emelkedéshez a tekercsekben

A mérnökök kiértékelhetik a transzformátorolaj áramlását és a tekercselés hőmérsékletét analitikai számítások, termikus modellek, valamint nagyobb vagy összetettebb transzformátorok esetén számítási folyadékdinamika (CFD) segítségével.

Néhány fő paraméter a következőket tartalmazza:

A jó olajáramlási terv{0}}kritikus. Ha az olaj nem kering megfelelően a tekercselésen keresztül, helyi forró pontok alakulhatnak ki, még akkor is, ha a transzformátor általános hőmérséklete elfogadhatónak tűnik.

A nagy teljesítményű transzformátorok esetében a CFD-elemzés segíthet a mérnököknek azonosítani az egyenetlen olajáramlást, a hőmérsékleti gradienseket és a potenciális forró -folt helyeket a transzformátor gyártása előtt.

Transzformátorolajtartályok hőleadása

A transzformátor olajtartálya nem csak egy tartály az olaj számára. Ez is a hűtőrendszer része.

Miután a magból és a tekercsekből hőt vett fel, az olaj átadja ezt a hőt a tartály falainak. A tartály felülete ezután leadja a hőt a környező környezetbe.

A nagyobb transzformátorok általában radiátorokat igényelnek, hogy további hőátadó területet{0}} biztosítsanak.

Konvekciós hőleadás

A konvekció az egyik fő módja annak, hogy a transzformátor hőt bocsát ki.

Amikor a tartály felülete felmelegszik, mint a környező levegő, a közeli levegő felmelegszik, kevésbé sűrűsödik, és felemelkedik. A hidegebb levegő ezután a tartály felülete felé mozog.

Ez természetes légáramlást hoz létre, és elvezeti a hőt a transzformátortól.

A kényszerített{0}}levegőhűtéssel a ventilátorok növelik a légáramlást a radiátor felületein. Ez különösen akkor hasznos, ha a transzformátor nagy terhelésen működik.

Sugárzás

A transzformátor tartálya és a radiátorok hősugárzással is leadják a hőt.

A kisugárzott hő mennyisége függ a felületi hőmérséklettől, az emissziós tényezőtől, a kitett területtől és a környezeti feltételektől.

A sugárzás önmagában nem működik. A gyakorlatban a sugárzás és a konvekció együtt működik, és mindkettő hozzájárul a transzformátor teljes hőelvezetéséhez.

A cső alakú transzformátor olajtartályok hőmérsékletének emelkedése

A cső alakú transzformátorolajtartályok csőszerű szerkezeteket használnak a külső hőátadási terület{0}}növelésére.

Az alapvető hőút továbbra is:

Aktív alkatrészek → olaj → cső alakú tartály → környező levegő

A nagyobb hűtőfelület javíthatja a hőelvezetést, különösen a természetes hűtésű transzformátorok esetében.

A cső alakú transzformátor olajtartályának hőmérséklet-emelkedése a transzformátor terhelésétől, az olajkeringéstől, a csövek méretétől, a csőtávolságtól, a környezeti hőmérséklettől és a tartály körüli légáramlástól függ.

A tartályt ezért a teljes hőrendszer részeként kell megtervezni, a maggal, a tekercsekkel, az olajcsatornákkal, a radiátorokkal és a környező levegővel együtt.

Miért fontos a transzformátor hőmérséklet-emelkedése?

Miért töltünk annyi időt a hőmérséklet-emelkedés megvitatásával? Mert közvetlen kapcsolata van veleszigetelési élettartam, transzformátor terhelési képesség, hűtési teljesítmény, megbízhatóság és élettartam.

A túlzott hőmérsékleten történő hosszú távú-használat felgyorsíthatja a szigetelés öregedését, és növelheti a hőromlás kockázatát. Másrészt a túlméretezett hűtőrendszer szükségtelen berendezések költségét és kiegészítő energiafogyasztását növelheti.

A cél nem egyszerűen az, hogy a transzformátort a lehető leghűvösebbé tegyük. A jó tervezés arról szól, hogy megtaláljuk a megfelelő egyensúlyt a hőtermelés, a hőleadás, a hatékonyság, a költségek, a megbízhatóság és a tényleges terhelési profil között.

A modern villanyszerelés is kiemelt figyelmet érdemel. Az adatközpontok, a változtatható-frekvenciás meghajtók, a megújuló-energia-átalakítók, az elektromos autók töltőrendszerei és más energia-elektronikus terhelések harmonikus áramokat vezethetnek be. Ezek az áramok növelhetik a transzformátor veszteségeit és hozzájárulhatnak a fűtéshez.

A transzformátor hőmérséklet-emelkedését befolyásoló legfontosabb tényezők

Az olajos{0}}transzformátor kiválasztásakor vagy megadásakor érdemes a teljes működési környezetet szemügyre venni, nem pedig egyetlen hőmérsékleti számra összpontosítani.

Következtetés

Transzformátor hőmérséklet emelkedésa transzformátor tervezésének, tesztelésének és üzemeltetésének alapvető része. Leírja, hogy egy transzformátor alkatrésze mennyivel melegszik fel a referencia környezeti hőmérséklethez képest, és hasznos jelzést ad a transzformátor hőrendszerének hatékonyságáról.

Egyolaj{0}}merített transzformátor, a mag és a tekercsek által termelt hő átkerül a szigetelőolajba, átvezeti a hűtőrendszeren, átjut a tartályba és a radiátorokba, végül konvekción és sugárzáson keresztül szabadul fel.

Aolajos{0}}transzformátorok hőmérséklet-emelkedésesok tényezőtől függ, többek között a transzformátor terhelésétől, a környezeti hőmérséklettől, a tekercselés kialakításától, az olajkeringéstől, a hűtési módtól, a tartály felépítésétől és a rendelkezésre álló hőátadási területtől-.

A tekercselés forró pontja külön figyelmet érdemel, mert a helyi túlmelegedés még akkor is felgyorsíthatja a szigetelés öregedését, ha az átlagos hőmérséklet az elfogadható határokon belül marad.

A transzformátorgyártók számára, mint plYawei Transformer, ezért a termikus tervezés elengedhetetlen része a terméktervezésnek. A tekercskonfigurációnak, az olaj-áramlási útvonalaknak, a veszteségeloszlásnak, a radiátorok kialakításának, a hűtőberendezéseknek és a hőmérséklet{2}}emelkedési tesztelésnek együtt kell működnie.

A transzformátor megadásakor mindig ellenőrizze a megfelelőtIEC 60076 vagy IEEE C57 szabványok, projektkövetelmények, szigetelési rendszer, hűtés elrendezés, környezeti feltételek, valamint a gyártó által garantált műszaki adatok. Az olyan értékek, mint pl60 K, 65 K, 70 K és 78 Kreferencia hőmérséklet-emelkedési értékek meghatározott feltételek mellett, nem pedig univerzális működési-hőmérséklethatárok minden transzformátorhoz.

Végül is a jó termikus tervezés elvileg meglehetősen egyszerű: kevesebb felesleges hőt termel, hatékonyan mozgatja a hőt, tartsa ellenőrzés alatt a forró pontokat, és gondoskodjon arról, hogy a transzformátor képes legyen kezelni a valós{0}}terhelést, amelyet ténylegesen látni fog.

Lépjen kapcsolatba most