Transformator Kühlverfahren | Erklärung von ONAN bis ODWF

1. Ölgetränkte Selbstkühlung (ONAN)

Das Arbeitsprinzip der ölgetränkten Selbstkühlung besteht darin, die im Transformator erzeugte Wärme durch natürliche Konvektion des Transformatorenöls an die Oberfläche des Gehäuses und der Kühlrohre abzuführen. Die Wärme wird dann über Luftkonvektion und Wärmeleitung in die Umgebung abgestrahlt. Diese Kühlmethode erfordert keine spezielle Kühlvorrichtung.

Anwendbar für:

• Produkte mit einer Leistung bis zu 31.500 kVA und einem Spannungsniveau bis zu 35 kV;

• Produkte mit einer Leistung bis zu 50.000 kVA und einem Spannungsniveau bis zu 110 kV.

2. Ölgetränkte Luftgezwungene Kühlung (ONAF)

Die ölgetränkte Luftgezwungene Kühlung basiert auf dem Prinzip von ONAN, mit dem Zusatz von Ventilatoren, die an der Gehäuseoberfläche oder den Kühlrohren montiert sind. Diese Ventilatoren erhöhen die Wärmeabstrahlung durch gezwungenen Luftstrom und steigern die Kapazität und Lastfähigkeit des Transformators um etwa 35%. Während des Betriebs entstehen Verluste wie Eisenverlust, Kupferverlust und andere Formen von Wärme. Der Kühlprozess verläuft wie folgt: Zuerst wird die Wärme durch Leitung vom Kern und den Wicklungen zu ihren Oberflächen und ins Transformatorenöl übertragen. Dann wird die Wärme durch natürliche Ölkonvektion ständig an die Innenwände des Gehäuses und der Kühlrohre weitergeleitet. Anschließend wird die Wärme an die Außenseiten des Gehäuses und der Kühlkörper geleitet. Schließlich wird die Wärme über Luftkonvektion und Wärmestrahlung in die Umgebung abgestrahlt.

Anwendbar für:

• 35 kV bis 110 kV, 12.500 kVA bis 63.000 kVA;

• 110 kV, unter 75.000 kVA;

• 220 kV, unter 40.000 kVA.

3. Gezwungene Ölumwälzung Luftgezwungene Kühlung (OFAF)

Anwendbar für Transformatorleistungen von 50.000 bis 90.000 kVA und ein Spannungsniveau von 220 kV.

4. Gezwungene Ölumwälzung Wassergezwungene Kühlung (OFWF)

Hauptsächlich für Steigertransformator in Wasserkraftwerken, anwendbar für Transformatorleistungen von 220 kV und darüber und eine Kapazität von 60 MVA und darüber.

Das Arbeitsprinzip der gezwungenen Ölumwälzung und der gezwungenen Ölumwälzung Wassergezwungene Kühlung ist identisch. Wenn ein Haupttransformator gezwungene Ölumwälzung verwendet, treiben Ölpumpen das Öl durch den Kühlkreislauf. Der Ölcooler ist speziell für eine effiziente Wärmeabgabe konstruiert und oft durch elektrische Ventilatoren unterstützt. Durch die Verdoppelung der Ölumwälzgeschwindigkeit kann diese Methode die Kapazität des Transformators um etwa 30% steigern. Der Kühlprozess beinhaltet, dass getauchte Ölpumpen das Öl in Ducts zwischen dem Kern oder den Wicklungen leiten, um Wärme abzutransportieren. Das heiße Öl aus der oberen Region des Transformators wird von einer Pumpe abgesaugt, im Cooler gekühlt und dann an den Boden des Ölbehälters zurückgeführt, wodurch ein gezwungener Ölumwälzkreislauf entsteht.

5. Gezwungene Ölumwälzung Direktgezwungene Luftgezwungene Kühlung (ODAF)

Anwendbar für:

• 75.000 kVA und darüber, 110 kV;

• 120.000 kVA und darüber, 220 kV;

• 330 kV Klasse und 500 kV Klasse Transformator.

6. Gezwungene Ölumwälzung Direktgezwungene Wassergezwungene Kühlung (ODWF)

Anwendbar für:

• 75.000 kVA und darüber, 110 kV;

• 120.000 kVA und darüber, 220 kV;

• 330 kV Klasse und 500 kV Klasse Transformator.

Komponenten eines gezwungenen Öl-gezwungenen Luft-Kühltransformatorkühlers

Traditionelle Netzbetriebs-Transformator sind mit manuell gesteuerten Lüftersystemen ausgerüstet. Jeder Transformator hat in der Regel sechs Sätze von Kühlmotoren, die zentral gesteuert werden müssen. Der Lüfterbetrieb beruht auf thermischen Relais, deren Stromkreise durch Kontakte gesteuert werden. Die Lüfter werden je nach Transformatorenöltemperatur und Lastbedingungen durch logisches Urteil eingeschaltet oder ausgeschaltet.

Diese traditionellen Steuerungssysteme erfordern erhebliche manuelle Eingriffe und haben bemerkenswerte Nachteile: Alle Lüfter starten und stoppen gleichzeitig, was zu hohen Einschaltströmen führt, die die Schaltkreise beschädigen können. Bei einer Öltemperatur zwischen 45°C und 55°C ist es üblich, alle Lüfter mit voller Kapazität zu betreiben, was zu erheblichen Energieverschwendung und erhöhten Wartungsanforderungen führt. Traditionelle Kühlsteuerungssysteme verwenden hauptsächlich Relais, thermische Relais und kontaktbasierte Logikschaltkreise. Die Steuerlogik ist komplex, und häufiges Umschalten von Kontakten kann zu Kontaktverbrennungen führen. Darüber hinaus fehlen den Lüftern oft wesentliche Schutzfunktionen wie Überlast-, Phasenfehl- und Unterpannungsschutz, was die Betriebssicherheit reduziert und die Wartungskosten erhöht.

Funktionen des Transformatorgehäuses und des Kühlungssystems

Das Transformatorgehäuse dient als äußere Hülle, die den Kern, die Wicklungen und das Transformatorenöl beherbergt und zusätzlich einige Wärmeabgabeleistung bietet.

Das Transformatorkühlungssystem erzeugt eine Ölumwälzung, die durch den Temperaturunterschied zwischen den oberen und unteren Öl-Schichten getrieben wird. Heißes Öl fließt durch einen Wärmetauscher, wo es gekühlt wird und dann in den Boden des Tanks zurückgeführt wird, was die Öltemperatur wirksam senkt. Um die Kühlleistung zu verbessern, können Methoden wie Luftkühlung, gezwungene Öl-Luftkühlung oder gezwungene Öl-Wasserkühlung angewendet werden.