Transformatoriaus temperatūros kilimas: ribos, skaičiavimas ir aušinimo vadovas

Transformatoriaus temperatūros kilimasyra viena iš tų techninių detalių, kuri popieriuje gali atrodyti paprasta, bet labai svarbi realiai. Kiekvienas transformatorius gamina šilumą, kai yra maitinamas ir neša apkrovą. Iššūkis yra efektyviai pašalinti tą šilumą ir išlaikyti šerdį, apvijas, izoliaciją ir alyvą numatytoje temperatūros diapazone.

Tai tampa ypač svarbu sualyvos -transformatorius. Transformatoriaus alyva ne tik užtikrina elektros izoliaciją. Jis taip pat nuneša šilumą nuo aktyvių dalių ir perduoda ją į baką, radiatorius ir aplinkinį orą.

Taigi, kai inžinieriai kalba apiealyvos{0}}transformatorių temperatūros kilimas, jie tikrai žiūri į visą šiluminės sistemos - transformatoriaus nuostolius, alyvos cirkuliaciją, aušinimo įrangą, aplinkos sąlygas, bako konstrukciją ir faktinę apkrovą.

Temperatūros kilimas ir transformatorių temperatūra

Pirmiausia verta išsiaiškinti vieną bendrą dalyką:transformatoriaus temperatūrairtransformatoriaus temperatūros kilimasnėra tas pats dalykas.

Transformatoriaus temperatūra yra tikroji komponento, pvz., apvijos, viršutinės alyvos, šerdies ar bako, temperatūra. Temperatūros kilimas yraskirtumas tarpta temperatūra ir nurodyta aplinkos arba etaloninė temperatūra.

Paprastais žodžiais:

Transformatoriaus temperatūra=Aplinkos temperatūra + Temperatūros kilimas

Pavyzdžiui, jei aplinkos temperatūra yra 30 laipsnių, o viršutinė-alyvos temperatūra pakyla 55 K, apytikslė viršutinė-alyvos temperatūra yra 85 laipsniai.

Žinoma, tikras transformatorius nėra toks paprastas. Skirtingos dalys veikia skirtingomis temperatūromis. Apvijos temperatūra paprastai yra aukštesnė nei aplinkinės alyvos, o nedidelis apvijos plotas gali tapti daug karštesnis nei vidutinė apvijos temperatūra. Ši aukščiausios-temperatūros sritis yra žinoma kaipvingiuota karštoji vieta.

Štai kodėl transformatoriaus terminis dizainas žiūri į daugiau nei vieną temperatūros rodmenį.

Transformatoriaus temperatūros kilimo standartai

Temperatūros kilimo{0}}reikalavimai priklauso nuo taikomo standarto, transformatoriaus konstrukcijos, izoliacijos sistemos, aušinimo metodo ir veikimo sąlygų.

IEC 60076-2pateikiami panardinamų transformatorių temperatūros -kilimo bandymų reikalavimai{1}}. TheIEEE C57serija taip pat plačiai naudojama, ypač transformatoriams Šiaurės Amerikoje.

Konkrečiam projektui visada geriau patikrinti taikomą standartą ir projekto specifikaciją, o ne tiesiog nukopijuoti temperatūros rodiklį iš kito transformatoriaus.

Transformatoriaus temperatūros kilimo ribinė lentelė

Įprastų skysčių -panardinamų transformatorių konstrukcijose dažniausiai nurodomos IEC 60076-2 reikšmės:

Šie skaičiai yra naudingos inžinerinės nuorodos, tačiau jos neturėtų būti traktuojamos kaip universalios kiekvieno transformatoriaus ribos. Faktiniai reikalavimai gali skirtis priklausomai nuo izoliacinio skysčio, izoliacijos sistemos, aušinimo išdėstymo, transformatoriaus specifikacijos ir taikomo standarto.

Ir yra dar vienas dalykas, kurį lengva nepastebėti:temperatūros kilimas nėra absoliuti temperatūra.

Lentelė yra tik paprasta iliustracija. Faktinė transformatoriaus darbinė temperatūra priklauso nuo apkrovos, aušinimo sąlygų, šilumos paskirstymo ir gamintojo šiluminės konstrukcijos.

IEEE transformatorių praktikoje taip pat išskiriami dizainai su skirtingu vidutinės apvijų temperatūros kilimu, įskaitant dažniausiai naudojamus55 laipsniųir65 laipsniųmineralinių{0}}alyvos-transformatorių konstrukcijos. Taigi, vėlgi, gamintojo garantuoti techniniai duomenys turėtų būti galutinė nuoroda į konkretų projektą.

Izoliacinės medžiagos senėjimas ir temperatūros kilimas

Temperatūra turi tiesioginį poveikį transformatoriaus izoliacijos senėjimui.

Kai izoliacija ilgą laiką veikia aukštesnėje temperatūroje, jos senėjimo procesas paprastai pagreitėja. Tiek kieta izoliacija, tiek izoliacinė alyva gali būti paveikti nuolatinio šiluminio įtempio.

Thevingiuota karštoji vietanusipelno ypatingo dėmesio. Transformatoriaus vidutinė apvijos temperatūra gali būti priimtina, o tam tikroje vietovėje jis veikia žymiai karštiau.

Geras transformatoriaus dizainas stengiasi kontroliuoti šias karštąsias vietas. Tam įtakos turi tinkama apvijų geometrija, alyvos{1}}tekėjimo takai, laidininko pasirinkimas ir aušinimo pajėgumas.

Svertinė vidutinė aplinkos temperatūra

Aplinkos temperatūrayra dar vienas veiksnys, kurio nereikėtų pamiršti.

Transformatorius, veikiantis tuo pačiu temperatūros kilimu, akivaizdžiai turės aukštesnę absoliučią temperatūrą, kai jis bus sumontuotas karštoje aplinkoje.

Tai ypač aktualu atogrąžų regionuose, uždarose pastotėse ir pramoniniuose objektuose, kur aplinkos temperatūra gali išlikti aukšta ilgą laiką.

Inžinieriams gali tekti atsižvelgti į sezonines temperatūras, įrengimo aukštį, ventiliaciją, saulės spinduliuotę ir netoliese esančią įrangą.

Kitaip tariant, tas pats transformatorius gali veikti visiškai skirtingai dviejose įrengimo aplinkose, net jei vardinis temperatūros kilimas yra identiškas.

Transformatorinis šildymas ir vėsinimas

Transformatorius generuoja šilumą daugiausia peršerdies praradimas, apvijų praradimas ir kintamos apkrovos praradimas.

Šerdies nuostoliai pirmiausia yra susiję su histereze ir sūkurinėmis srovėmis magnetinėje šerdyje. Apvijų nuostoliai daugiausia susiję su laidininko varža, o apvijų, rezervuaro sienelių, spaustuvų ir kitų metalinių komponentų gali atsirasti papildomų paklaidžiojimų.

Alyvos{0}}transformatoriaus pagrindinis šilumos{1}}perdavimo kelias atrodo taip:

Šerdis ir apvijos → transformatoriaus alyva → bakas/radiatoriai → aplinkinis oras

Kai transformatorius pasiekia šiluminę pusiausvyrą, jo viduje generuojamą šilumą apytiksliai subalansuoja lauke išsiskirianti šiluma.

Transformatoriaus šilumos išsklaidymo metodai

Transformatoriuje kartu veikia keli šilumos{0}}perdavimo mechanizmai.

Mažam ar vidutiniam transformatoriui gali pakakti natūralaus aušinimo. Tačiau didėjant transformatoriaus galiai, didėja ir šilumos kiekis, kurį reikia pašalinti. Čia atsiranda didesni radiatorių blokai, ventiliatoriai, siurbliai arba nukreipta alyvos cirkuliacija.

Transformatoriaus aušinimo metodai

Alyviniams{0}}transformatoriams paprastai naudojami keli aušinimo įrenginiai.

ONAN aušinimas išlieka populiarus pasirinkimas, nes jis yra gana paprastas ir patikimas. Prižiūrėti reikia mažiau pagalbinių komponentų, o tai yra tikras pranašumas daugelyje įrenginių.

Didesniems transformatoriams galima pridėti ventiliatorių, kad padidėtų aušinimo pajėgumas. Labai dideliems galios transformatoriams gali būti naudojama priverstinė-alyvos cirkuliacija, kad būtų užtikrintas labiau kontroliuojamas šilumos perdavimas.

Alyvuogių{0}}transformatorių šildymas ir aušinimas

Transformatoriaus alyvayra šiluminės sistemos šerdis, panardinamas į alyvą{0}}transformatorių.

Kadangi šerdis ir apvijos generuoja šilumą, aplinkinė alyva tampa šiltesnė. Šilta alyva tampa mažiau tanki ir natūraliai juda aukštyn, o šaltesnė – žemyn. Tai sukuria cirkuliaciją transformatoriaus viduje.

Iš esmės taip veikia ONAN aušinimas.

Įkaitintas aliejus galiausiai pasiekia baką irradiatoriai, kur jo šiluma perduodama aplinkiniam orui.

Šiam procesui didelę įtaką turi transformatoriaus apkrova. Apvijos nuostoliai yra maždaug proporcingi srovės kvadratui:

Pcu ∝ I²

Tai reiškia, kad palyginti nedidelis srovės padidėjimas gali sukelti daug didesnį apvijų nuostolių padidėjimą.

Tai supaprastintas palyginimas. Tikrieji transformatoriaus nuostoliai yra sudėtingesni, nes laidininko varža kinta priklausomai nuo temperatūros ir atsiranda papildomų pasklidųjų nuostolių.

Vis dėlto žinia yra gana aiški: nuolatinė perkrova gali greitai tapti šilumine problema.

Alyvos temperatūros kilimas{0}}Panardinių transformatorių apvijos

Thealyvos{0}}transformatoriaus apvijų temperatūros kilimasyra vienas iš pagrindinių transformatoriaus šiluminės konstrukcijos parametrų.

Apvijos temperatūrai įtakos turi laidininko medžiaga, apvijos varža, srovės tankis, apvijos geometrija, alyvos -tekėjimo kanalai, izoliacijos išdėstymas, aušinimo būdas ir apkrova.

Temperatūra taip pat nėra tolygiai paskirstyta visoje apvijoje. Kai kurios vietovės natūraliai bus karštesnės nei kitos, o aukščiausios{1}}temperatūros vieta tampa vingiuota karšta vieta.

Supaprastintas santykis yra:

Karšto-taško temperatūra=Aplinkos temperatūra + viršutinė-alyvos kilimas + apvija-iki-alyvos temperatūros gradientas

Tikrasis skaičiavimas yra labiau susijęs ir priklauso nuo transformatoriaus konstrukcijos ir taikomo standarto.

Alyvos srauto ir temperatūros padidėjimo apvijose inžineriniai skaičiavimo metodai

Inžinieriai gali įvertinti transformatoriaus alyvos srautą ir apvijų temperatūrą naudodamiesi analitiniais skaičiavimais, šiluminiais modeliais ir didesnių ar sudėtingesnių transformatorių skaičiavimo skysčių dinamika (CFD).

Kai kurie pagrindiniai parametrai apima:

Geras alyvos{0}}tekėjimo dizainas yra labai svarbus. Jei alyva netinkamai cirkuliuoja per apviją, gali atsirasti vietinių karštų taškų net tada, kai bendra transformatoriaus temperatūra atrodo priimtina.

Didelių galios transformatorių atveju CFD analizė gali padėti inžinieriams nustatyti netolygų alyvos srautą, temperatūros gradientus ir galimas karštų{0} taškų vietas prieš transformatoriaus gamybą.

Transformatorių alyvos rezervuarų šilumos išsklaidymas

Transformatoriaus alyvos bakas yra ne tik alyvos talpykla. Tai taip pat yra aušinimo sistemos dalis.

Sugėrusi šilumą iš šerdies ir apvijų, alyva tą šilumą perduoda bako sienelėms. Tada bako paviršius išleidžia šilumą į supančią aplinką.

Didesniems transformatoriams paprastai reikia radiatorių, kad būtų užtikrinta papildoma šilumos{0}}perdavimo zona.

Konvekcinis šilumos išsklaidymas

Konvekcija yra vienas iš pagrindinių būdų, kaip transformatorius išskiria šilumą.

Kai bako paviršius tampa šiltesnis už aplinkinį orą, šalia esantis oras įkaista, tampa mažiau tankus ir pakyla. Tada vėsesnis oras juda link bako paviršiaus.

Tai sukuria natūralią oro cirkuliaciją ir pašalina šilumą nuo transformatoriaus.

Naudojant priverstinį-oro aušinimą, ventiliatoriai padidina oro srautą radiatoriaus paviršiuose. Tai ypač naudinga, kai transformatorius veikia esant didelei apkrovai.

Radiacija

Transformatoriaus bakas ir radiatoriai taip pat išskiria šilumą per šiluminę spinduliuotę.

Išspinduliuojamos šilumos kiekis priklauso nuo paviršiaus temperatūros, spinduliuotės, atviro ploto ir aplinkos sąlygų.

Radiacija neveikia viena. Praktiškai spinduliuotė ir konvekcija veikia kartu ir abu prisideda prie bendro transformatoriaus šilumos išsklaidymo.

Vamzdinių transformatorių alyvos bakų temperatūros kilimas

Vamzdžių transformatorių alyvos rezervuaruose naudojamos vamzdinės konstrukcijos, kad padidėtų išorinis šilumos{0}}perdavimo plotas.

Pagrindinis terminis kelias išlieka:

Aktyvios dalys → alyva → vamzdinis bakas → aplinkinis oras

Didesnis aušinimo paviršius gali pagerinti šilumos išsklaidymą, ypač natūraliai aušinamiems transformatoriams.

Vamzdinio transformatoriaus alyvos bako temperatūros kilimas priklauso nuo transformatoriaus apkrovos, alyvos cirkuliacijos, vamzdžių matmenų, vamzdžių atstumo, aplinkos temperatūros ir oro srauto aplink baką.

Todėl bakas turėtų būti suprojektuotas kaip visos šiluminės sistemos dalis, kartu su šerdimi, apvijomis, alyvos kanalais, radiatoriais ir aplinkiniu oru.

Kodėl transformatoriaus temperatūros kilimas yra svarbus

Kodėl tiek daug laiko reikia skirti diskusijoms apie temperatūros kilimą? Nes turi tiesioginį ryšį suizoliacijos tarnavimo laikas, transformatoriaus apkrovos galimybė, aušinimo efektyvumas, patikimumas ir tarnavimo laikas.

Ilgalaikis{0}}eksploatavimas esant aukštai temperatūrai gali paspartinti izoliacijos senėjimą ir padidinti terminio gedimo riziką. Kita vertus, dėl per didelės aušinimo sistemos gali padidėti nereikalingos įrangos sąnaudos ir papildomos energijos sąnaudos.

Tikslas nėra tiesiog padaryti transformatorių kuo vėsesnį. Geros inžinerijos tikslas yra rasti tinkamą pusiausvyrą tarp šilumos gamybos, šilumos išsklaidymo, efektyvumo, sąnaudų, patikimumo ir tikrosios apkrovos profilio.

Šiuolaikinė elektros instaliacija taip pat nusipelno ypatingo dėmesio. Duomenų centrai, kintamo Šios srovės gali padidinti papildomus transformatoriaus nuostolius ir prisidėti prie šildymo.

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos transformatoriaus temperatūros kilimui

Renkantis arba nurodant alyvinį{0}}transformatorių, verta žiūrėti į visą veikimo aplinką, o ne sutelkti dėmesį į vieną temperatūros skaičių.

Išvada

Transformatoriaus temperatūros kilimasyra pagrindinė transformatoriaus projektavimo, testavimo ir veikimo dalis. Jame aprašoma, kiek transformatoriaus komponentas tampa karštesnis, palyginti su etalonine aplinkos temperatūra, ir pateikiama naudinga informacija apie transformatoriaus šiluminės sistemos efektyvumą.

Dėl analyvos -transformatorius, šerdies ir apvijų sukurta šiluma perduodama izoliacinei alyvai, pernešama per aušinimo sistemą, patenka į baką ir radiatorius, o galiausiai išleidžiama per konvekciją ir spinduliuotę.

Thealyvos{0}}transformatorių temperatūros kilimaspriklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant transformatoriaus apkrovą, aplinkos temperatūrą, apvijų konstrukciją, alyvos cirkuliaciją, aušinimo metodą, rezervuaro konstrukciją ir turimą šilumos{0}}perdavimo plotą.

Apvijos karštoji vieta nusipelno ypatingo dėmesio, nes vietinis perkaitimas gali paspartinti izoliacijos senėjimą net tada, kai vidutinė temperatūra išlieka priimtinų ribų.

Transformatorių gamintojams, pvzYawei transformatorius, todėl šiluminis dizainas yra esminė gaminio inžinerijos dalis. Apvijos konfigūracija, alyvos{1}}tekėjimo takai, nuostolių paskirstymas, radiatoriaus konstrukcija, aušinimo įranga ir temperatūros{2}}padidėjimo bandymai turi veikti kartu.

Nurodydami transformatorių, visada patikrinkite tinkamąIEC 60076 arba IEEE C57 standartai, projekto reikalavimai, šiltinimo sistema, vėsinimo išdėstymas, aplinkos sąlygos ir gamintojo garantuoti techniniai duomenys. Tokios vertybės kaip60 K, 65 K, 70 K ir 78 Kyra etaloninės temperatūros -padidėjimo vertės nustatytomis sąlygomis, o ne universalios darbinės-temperatūrų ribos kiekvienam transformatoriui.

Galų gale, geras šiluminis dizainas iš principo yra gana paprastas: generuokite mažiau nereikalingos šilumos, efektyviai perkelkite šilumą, suvaldykite karštus taškus ir įsitikinkite, kad transformatorius gali atlaikyti tikrąją -pasaulio apkrovą, kurią jis iš tikrųjų matys.

Susisiekite dabar