Beskrivelse
Kjølesystemet til en transformator er en nøkkelkomponent for å sikre sikker, pålitelig og lang-drift. Dens hovedoppgave er å effektivt spre varmen som genereres under transformatorens drift (kobbertap og jerntap) til det omgivende miljøet, og dermed holde temperaturen på transformatorens komponenter innenfor tillatte grenser og forhindre at isolasjonsmaterialene blir raske aldring eller skades på grunn av overoppheting.
1. Hvorfor er kjøling nødvendig?
Under driften av en transformator genererer viklingene og kjernen en stor mengde varme på grunn av tap (motstandstap, virvelstrømstap, etc.), noe som får temperaturen til å stige. Isolasjonsmaterialer (som olje og papir) er ekstremt følsomme for temperatur. I følge den klassiske "6-gradersregelen" eller "8-gradersregelen" halveres levetiden til isolasjonsmaterialer omtrent for hver 6-8 graders temperaturøkning. Derfor er effektiv kjøling nøkkelen til å forlenge levetiden til en transformator.
2. Klassifisering og koder for kjølemetoder
Kjølemetoden til en transformator er vanligvis representert av bokstavkoder, etter internasjonale standarder (f.eks. IEC 60076), bestående av 2-4 bokstaver, som representerer:
Kjølemedium: Den første bokstaven indikerer det indre kjølemediet i kontakt med viklingene.
O: Mineralolje eller syntetisk isolasjonsvæske med flammepunkt mindre enn eller lik 300 grader.
K: Insulating liquid with a flash point >300 grader.
L: Isolerende væske med et umålbart flammepunkt (som visse syntetiske estere).
G: Gass (som luft).
W: Vann.
Sirkulasjonsmetode: Den andre bokstaven representerer sirkulasjonsmetoden til det interne kjølemediet.
N: Naturlig konveksjon (varm olje stiger, kald olje kommer ned, drevet av temperaturforskjell).
F: Tvunget sirkulasjon (ikke-rettet), olje sirkuleres av en pumpe.
D: Styrt tvungen sirkulasjon, der pumpen leder olje direkte inn i bestemte kanaler i viklingene, noe som gir høyere kjøleeffektivitet.
Eksternt kjølemedium: Den tredje bokstaven angir det eksterne kjølemediet.
A: Luft.
W: Vann.
Sirkulasjonsmetode for det eksterne kjølemediet: Den fjerde bokstaven indikerer sirkulasjonsmetoden til det eksterne kjølemediet.
N: Naturlig konveksjon (som naturlig luftsirkulasjon).
F: Tvunget sirkulasjon (som vifte-tvungen luft).
3. Detaljert forklaring av vanlige kjølemetoder
1. Olje-nedsenkede transformatorer
Dette er den mest vanlige kjølemetoden for krafttransformatorer. Transformatoren er fylt med transformatorolje, som både fungerer som isolasjonsmedium og hovedkjølemedium.
ONAN (Oil Natural Air Natural)
- Prinsipp: Avhenger av naturlig konveksjon av oljen. Varme generert av viklingene og kjernen varmer opp transformatoroljen. Den varme oljen stiger til toppen av oljetanken og avgir varme til luften gjennom radiatorer (kjøleribber eller rør), mens avkjølt olje faller ned til bunnen av tanken og danner en naturlig sirkulasjon.
- Egenskaper: Enkel struktur, pålitelig, støy-fri, vedlikeholds-fri.
- Bruksområde: Små distribusjonstransformatorer (f.eks. de som brukes i boligområder eller bygninger).
ONAF (Oil Natural Air Forced)
- Prinsipp: En vifte legges til radiatoren til en ONAN-transformator. Når transformatorbelastningen øker og temperaturen stiger, starter temperaturregulatoren automatisk viften, noe som tvinger luftstrømmen til å akselerere kjølingen av radiatoren.
- Egenskaper: Betydelig forbedret kjølekapasitet, med vifter som kan starte og stoppe automatisk basert på belastning/temperatur, energieffektive.
- Bruksområde: Middels til store krafttransformatorer, mye brukt.
OFAF/ODAF (Oil Forced Air Forced / Oil Directed Air Forced)
- Prinsipp: I tillegg til å legge til en vifte, er det også lagt til en oljepumpe. Pumpen tvinger transformatorolje til å sirkulere raskere gjennom radiatorene. ODAF-teknologien (dirigert) tar dette videre ved nøyaktig å lede olje til kapillærkanalene i viklingene, noe som forbedrer kjøleeffektiviteten på de varmeste punktene (inne i viklingene).
- Egenskaper: Ekstremt sterk kjølekapasitet, relativt kompleks struktur.
- Bruksområde: Store ultra-høyspenttransformatorer, hovedtransformatorer i kraftverk med stor-kapasitet.
OFWF/ODWF (Oil Forced Water Forced)
- Prinsipp: Bruker en olje-til-vannvarmeveksler (kjøler) i stedet for en luft-kjølt radiator. Den varme transformatoroljen pumpes inn i kjøleren hvor varmen overføres til rennende kjølevann. Den avkjølte oljen går deretter tilbake til transformatoren.
- Egenskaper: Meget høy kjøleeffektivitet, ikke påvirket av omgivelsestemperatur. Det krever imidlertid et pålitelig vannsirkulasjonssystem (pumper, rør, ventiler osv.), har høye kostnader og vedlikeholdskrav, og medfører en risiko for olje-vannblanding og lekkasje.
- Bruksområde: Ultra-store transformatorer plassert i områder med mye vann (som vannkraftverk) eller områder der plassbegrensninger hindrer luftkjøling (som underjordiske transformatorstasjoner).
2. Tørr-transformatorer
Tørr-transformatorer bruker luft (eller solid isolasjon som epoksyharpiks) som internt kjølemedium, og kjølemetoden deres er relativt enkel.
AN (Air Natural Cooling)
- Prinsipp: Baserer seg på naturlig konveksjon av luft og strålingskjøling fra transformatorhuset.
- Bruksområde: Tørrtransformatorer med liten-kapasitet-.
AF (tvungen luftkjøling)
- Prinsipp: Installer vifter under eller rundt transformatorhuset for å tvinge kjølig luft gjennom passasjene mellom viklingene og transportere bort varme.
- Funksjoner: Vanligvis utstyrt med intelligent kontroll; vifter starter automatisk når belastningshastigheten er høy, noe som lar transformatorens utgangskapasitet øke med 40–50 %.
- Bruksområde: Tørrtransformatorer av middels til stor-kapasitet-, vanligvis brukt i innendørs transformatorstasjoner, bygninger, undergrunnsbaner og andre steder med høye brannsikkerhetskrav.
Oversikt
Kjølesystemet til en transformator er en kritisk del av designen, og påvirker direkte transformatorens utgangskapasitet, driftseffektivitet og levetid. Valg av riktig kjølemetode er et resultat av balansering av kostnader, pålitelighet, vedlikeholdskompleksitet og installasjonsmiljø.
