Metodi di Raffreddamento dei Trasformatori | Da ONAN a ODWF Spiegati

1. Raffreddamento a olio immerso autoventilato (ONAN)

Il principio di funzionamento del raffreddamento a olio immerso autoventilato consiste nel trasferire il calore generato all'interno del trasformatore alla superficie della vasca e ai tubi di raffreddamento attraverso la convezione naturale dell'olio del trasformatore. Il calore viene poi dissipato nell'ambiente circostante tramite convezione dell'aria e conduzione termica. Questo metodo di raffreddamento non richiede alcuna attrezzatura di raffreddamento dedicata.

Applicabile a:

• Prodotti con capacità fino a 31.500 kVA e livello di tensione fino a 35 kV;

• Prodotti con capacità fino a 50.000 kVA e livello di tensione fino a 110 kV.

2. Raffreddamento a olio immerso forzato (ONAF)

Il raffreddamento a olio immerso forzato si basa sul principio ONAN, con l'aggiunta di ventilatori montati sulla superficie della vasca o sui tubi di raffreddamento. Questi ventilatori migliorano la dissipazione del calore mediante flusso d'aria forzato, aumentando la capacità e la capacità di carico del trasformatore di circa il 35%. Durante l'operazione, vengono generati perdite come perdite di ferro, perdite di rame e altre forme di calore. Il processo di raffreddamento è il seguente: prima, il calore viene trasferito per conduzione dal nucleo e dalle spire alle loro superfici e all'olio del trasformatore. Poi, attraverso la convezione naturale dell'olio, il calore viene continuamente trasferito alle pareti interne della vasca e dei tubi del radiatore. Successivamente, il calore viene condotto alle superfici esterne della vasca e dei radiatori. Infine, il calore viene dissipato nell'aria circostante tramite convezione dell'aria e radiazione termica.

Applicabile a:

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

• 110 kV, al di sotto di 75.000 kVA;

• 220 kV, al di sotto di 40.000 kVA.

3. Raffreddamento a circolazione forzata d'olio e aria (OFAF)

Applicabile a trasformatori con capacità da 50.000 a 90.000 kVA e livello di tensione di 220 kV.

4. Raffreddamento a circolazione forzata d'olio e acqua (OFWF)

Utilizzato principalmente per i trasformatori di potenza in centrali idroelettriche, applicabile a trasformatori con livello di tensione di 220 kV e superiore e capacità di 60 MVA e superiore.

Il principio di funzionamento del raffreddamento a circolazione forzata d'olio e del raffreddamento a circolazione forzata d'olio e acqua è lo stesso. Quando un trasformatore principale adotta il raffreddamento a circolazione forzata d'olio, le pompe di olio guidano l'olio attraverso il circuito di raffreddamento. Il raffreddatore di olio è progettato specificamente per una dissipazione efficiente del calore, spesso assistita da ventilatori elettrici. Aumentando la velocità di circolazione dell'olio tre volte, questo metodo può aumentare la capacità del trasformatore di circa il 30%. Il processo di raffreddamento prevede che le pompe di olio sommergibili indirizzino l'olio nei canali tra il nucleo o le spire per portare via il calore. L'olio caldo dalla parte superiore del trasformatore viene estratto da una pompa, raffreddato nel raffreddatore e restituito alla parte inferiore della vasca dell'olio, formando un ciclo di circolazione forzata dell'olio.

5. Raffreddamento a circolazione forzata diretta d'olio e aria (ODAF)

Applicabile a:

• 75.000 kVA e superiore, 110 kV;

• 120.000 kVA e superiore, 220 kV;

• trasformatori di classe 330 kV e 500 kV.

6. Raffreddamento a circolazione forzata diretta d'olio e acqua (ODWF)

Applicabile a:

• 75.000 kVA e superiore, 110 kV;

• 120.000 kVA e superiore, 220 kV;

• trasformatori di classe 330 kV e 500 kV.

Componenti del raffreddatore del trasformatore a circolazione forzata d'olio e aria

I trasformatori tradizionali sono dotati di sistemi di ventilazione controllati manualmente. Ogni trasformatore dispone tipicamente di sei set di motori di raffreddamento che richiedono un controllo centralizzato. L'operazione dei ventilatori si basa su relè termici, con i loro circuiti di alimentazione controllati da contattori. I ventilatori vengono avviati o arrestati in base alla temperatura dell'olio del trasformatore e alle condizioni di carico attraverso un giudizio logico.

Questi sistemi di controllo tradizionali richiedono un'intervento manuale significativo e presentano notevoli svantaggi: tutti i ventilatori si avviano e si fermano simultaneamente, causando correnti di impulso elevate che possono danneggiare i componenti del circuito. Quando la temperatura dell'olio si trova tra i 45°C e i 55°C, è pratica comune far funzionare tutti i ventilatori a pieno regime, causando un notevole spreco di energia e sfide di manutenzione aumentate. I sistemi di controllo del raffreddamento tradizionali utilizzano principalmente relè, relè termici e circuiti logici a contatti. La logica di controllo è complessa e il commutazione frequente dei contattori può causare la bruciatura dei contatti. Inoltre, i ventilatori spesso mancano di protezioni essenziali come sovraccarico, mancanza di fase e sottotensione, riducendo l'affidabilità operativa e aumentando i costi di manutenzione.

Funzioni della vasca del trasformatore e del sistema di raffreddamento

La vasca del trasformatore funge da involucro esterno, ospitando il nucleo, le spire e l'olio del trasformatore, fornendo anche una certa capacità di dissipazione del calore.

Il sistema di raffreddamento del trasformatore crea una circolazione d'olio guidata dalla differenza di temperatura tra gli strati superiori e inferiori dell'olio. L'olio caldo scorre attraverso uno scambiatore di calore dove viene raffreddato e poi restituito alla parte inferiore della vasca, riducendo efficacemente la temperatura dell'olio. Per migliorare l'efficienza del raffreddamento, possono essere utilizzati metodi come il raffreddamento a aria, il raffreddamento a circolazione forzata d'olio e aria, o il raffreddamento a circolazione forzata d'olio e acqua.