Metody chlazení transformátorů | Vysvětlení od ONAN po ODWF

1. Olejové samochlazení (ONAN)

Princip olejového samochlazení spočívá v přenosu tepla vyzařovaného uvnitř transformátoru na povrch nádrže a chladicích trubek prostřednictvím přirozené konvekce transformátorového oleje. Teplo se poté rozpouští do okolního prostředí prostřednictvím vzdušné konvekce a tepelné vodivosti. Tento způsob chlazení nevyžaduje žádné speciální chladicí zařízení.

Použitelné pro:

• Produkty s kapacitou až 31 500 kVA a napětím až 35 kV;

• Produkty s kapacitou až 50 000 kVA a napětím až 110 kV.

2. Olejové chlazení s vynuceným prouděním vzduchu (ONAF)

Olejové chlazení s vynuceným prouděním vzduchu je založeno na principu ONAN, s přidáním ventilátorů umístěných na povrchu nádrže nebo chladicích trubek. Tyto ventilátory zlepšují odvod tepla vynuceným prouděním vzduchu, což zvyšuje kapacitu a nosnost transformátoru téměř o 35 %. Během provozu jsou generovány ztráty jako železné ztráty, měděné ztráty a další formy tepla. Proces chlazení probíhá následovně: Nejprve je teplo převedeno vedením od jádra a cívek na jejich povrch a do transformátorového oleje. Pak je teplo nepřetržitě převáděno na vnitřní stěny nádrže a chladicích trubek přirozenou konvekcí oleje. Poté je teplo převedeno vedením na vnější povrchy nádrže a chladiče. Nakonec je teplo odvedeno do okolního vzduchu prostřednictvím vzdušné konvekce a tepelné radiace.

Použitelné pro:

• 35 kV až 110 kV, 12 500 kVA až 63 000 kVA;

• 110 kV, do 75 000 kVA;

• 220 kV, do 40 000 kVA.

3. Vynucená cirkulace oleje s vynuceným prouděním vzduchu (OFAF)

Použitelné pro transformátory s kapacitou od 50 000 do 90 000 kVA a napětím 220 kV.

4. Vynucená cirkulace oleje s vodním chlazením (OFWF)

Hlavně používáno pro step-up transformátory v vodních elektrárnách, použitelné pro transformátory s napětím 220 kV a vyšším a kapacitou 60 MVA a více.

Princip vynucené cirkulace oleje s vodním chlazením a vynucené cirkulace oleje s vodním chlazením je stejný. Když hlavní transformátor používá vynucenou cirkulaci oleje, pumpy vedou olej skrz chladicí obvod. Chladič oleje je speciálně navržen pro efektivní odvod tepla, často podporován elektrickými ventilátory. Zvýšením rychlosti cirkulace oleje třikrát lze kapacitu transformátoru zvýšit přibližně o 30 %. Proces chlazení zahrnuje ponorné pumpování oleje do kanálů mezi jádrem nebo cívkami, aby bylo odvedeno teplo. Horký olej z horní části transformátoru je pak pumpou vytáčen, ochlazován v chladiči a vrácen do spodní části olejové nádrže, tvoří tak vynucenou cirkulaci oleje.

5. Vynucená směrovaná cirkulace oleje s vynuceným prouděním vzduchu (ODAF)

Použitelné pro:

• 75 000 kVA a více, 110 kV;

• 120 000 kVA a více, 220 kV;

• transformátory třídy 330 kV a 500 kV.

6. Vynucená směrovaná cirkulace oleje s vodním chlazením (ODWF)

Použitelné pro:

• 75 000 kVA a více, 110 kV;

• 120 000 kVA a více, 220 kV;

• transformátory třídy 330 kV a 500 kV.

Složky chladicí jednotky transformátoru s vynucenou cirkulací oleje a vynuceným prouděním vzduchu

Tradiční síťové transformátory jsou vybaveny ručně ovládanými systémy ventilátorů. Každý transformátor obvykle má šest sad chladicích motorů, které vyžadují centralizované řízení. Provoz ventilátorů závisí na tepelných relech, jejichž elektrické obvody jsou ovládány kontaktory. Ventilátory jsou zapínány nebo vypínány na základě teploty transformátorového oleje a zatížení transformátoru prostřednictvím logického rozhodování.

Tyto tradiční řídicí systémy vyžadují významné ruční zásahy a mají značné nedostatky: všechny ventilátory se zapínají a vypínají současně, což vede k vysokým startovacím proudům, které mohou poškodit komponenty obvodu. Když se teplota oleje pohybuje mezi 45°C a 55°C, je běžné provozovat všechny ventilátory plnou kapacitou, což vede k výraznému energetickému rozptylu a zvyšuje údržební obtíže. Tradiční chladicí řídicí systémy využívají především relé, tepelné relé a kontaktní logické obvody. Logika řízení je složitá a časté přepínání kontaktorů může způsobit spálení kontaktů. Navíc ventilátory často chybí důležité ochrany jako přetížení, fázové vypnutí a ochrana proti podnapětí, což snižuje provozní spolehlivost a zvyšuje náklady na údržbu.

Funkce nádrže a chladicího systému transformátoru

Nádrž transformátoru slouží jako vnější obal, který obsahuje jádro, cívky a transformátorový olej, a poskytuje také určitou schopnost odvodu tepla.

Chladicí systém transformátoru vytváří cirkulaci oleje, která je poháněna teplotním rozdílem mezi horní a spodní vrstvou oleje. Horký olej protéká výměníkem tepla, kde se ochlazuje, a pak se vrací do spodní části nádrže, což efektivně snižuje teplotu oleje. Pro zlepšení efektivity chlazení lze použít metody jako vzdušné chlazení, vynucenou cirkulaci oleje s vynuceným prouděním vzduchu nebo vynucenou cirkulaci oleje s vodním chlazením.