Requisiti generali e funzioni dei sistemi di raffreddamento dei trasformatori elettrici

Requisiti generali per i sistemi di raffreddamento dei trasformatori elettrici

• Tutti i dispositivi di raffreddamento devono essere installati in conformità con le specifiche del produttore;

• Il sistema di raffreddamento con circolazione forzata d'olio deve disporre di due alimentazioni elettriche indipendenti con capacità di commutazione automatica. In caso di guasto dell'alimentazione di lavoro, l'alimentazione di riserva deve attivarsi automaticamente emettendo segnali acustici e visivi;

• Per i trasformatori con circolazione forzata d'olio, in caso di disconnessione di un raffreddatore difettoso, devono essere emessi segnali acustici e visivi, e il raffreddatore di riserva deve essere attivato automaticamente (manualmente per il raffreddamento ad acqua);

• I motori ausiliari dei ventilatori, delle pompe d'acqua e delle pompe d'olio devono disporre di protezione contro il sovraccarico, il cortocircuito e la mancanza di fase; devono essere presenti dispositivi per monitorare la direzione di rotazione dei motori delle pompe d'olio;

• Per gli scambiatori di calore raffreddati ad acqua, la pompa d'olio deve essere installata sul lato d'ingresso dell'olio del raffreddatore, garantendo che la pressione dell'olio nel raffreddatore sia superiore alla pressione dell'acqua di circa 0,05 MPa in tutte le condizioni (salvo diversamente specificato dal produttore). Deve essere previsto un tappo di scarico sul lato d'uscita dell'acqua del raffreddatore;

• Per i trasformatori con raffreddamento ad acqua a circolazione forzata d'olio, deve essere installata una valvola antiretorno all'uscita di ciascuna pompa d'olio sommersa nei raffreddatori;

• I trasformatori con raffreddamento a circolazione forzata d'olio devono essere in grado di controllare l'accensione e lo spegnimento dei raffreddatori in base alla temperatura e/o al carico.

Funzione dei raffreddatori dei trasformatori

Quando esiste una differenza di temperatura tra l'olio superiore e quello inferiore in un trasformatore, si forma una convezione dell'olio attraverso il raffreddatore. Dopo essere stato raffreddato nel raffreddatore, l'olio torna al serbatoio, riducendo così la temperatura del trasformatore.

Metodi di raffreddamento per i raffreddatori dei trasformatori

• Metodo di raffreddamento naturale ad aria con olio immerso;

• Metodo di raffreddamento forzato ad aria con olio immerso;

• Metodo di raffreddamento forzato ad acqua con circolazione forzata d'olio;

• Metodo di raffreddamento forzato ad aria con circolazione forzata d'olio;

• Metodo di raffreddamento diretto con circolazione forzata d'olio.

Nelle sottostazioni a 500 kV, i grandi trasformatori generalmente adottano il metodo di raffreddamento forzato ad aria con circolazione forzata d'olio, mentre i trasformatori extra-large utilizzano il metodo di raffreddamento diretto con circolazione forzata d'olio.

Principio di funzionamento dei raffreddatori dei trasformatori

I trasformatori elettrici tradizionali utilizzano ventole controllate manualmente, con ciascun trasformatore che tipicamente ha 6 gruppi di motori raffreddati ad aria da controllare. Ogni gruppo di ventole si basa su relè termici per il funzionamento, con i circuiti di alimentazione delle ventole controllati tramite contattori. Le ventole si accendono e si spengono in base a giudizi logici basati sulle misurazioni della temperatura dell'olio del trasformatore e sulle condizioni di sovraccarico.

I contatti meccanici sono principalmente azionati da contatti meccanici manuali. Tale controllo tradizionale si basa solo sull'operazione manuale. Tuttavia, il suo principale svantaggio è che tutte le ventole devono accendersi e spegnersi simultaneamente, generando correnti d'inserimento significative durante l'avvio che spesso danneggiano i componenti del circuito. Quando le temperature si trovano tra i 45 e i 55 gradi Celsius, tutte le ventole solitamente operano a pieno regime, causando un enorme spreco di energia e creando notevoli difficoltà per la manutenzione degli impianti.

I sistemi di controllo del raffreddamento convenzionali utilizzano principalmente componenti come relè, relè termici e vari sistemi di controllo logico basati su contatti, con una logica di controllo estremamente complessa. Durante l'effettivo funzionamento, i contattori si bruciano frequentemente a causa del ripetuto contatto e separazione dei contatti. Inoltre, le ventole mancano di necessarie protezioni come sovraccarico, mancanza di fase e sovratensione, riducendo la affidabilità operativa e aumentando i costi di funzionamento durante l'effettivo funzionamento.

Componenti dei raffreddatori dei trasformatori con raffreddamento forzato ad aria e circolazione forzata d'olio

Il raffreddatore è composto da scambiatori di calore, ventole, motori, condotti d'aria, pompe d'olio e indicatori di flusso d'olio. Le ventole di raffreddamento vengono utilizzate per espellere l'aria calda emessa dagli scambiatori di calore. La pompa d'olio è installata nella parte inferiore del raffreddatore per far circolare l'olio dall'alto degli scambiatori di calore verso il basso. L'indicatore di flusso d'olio è installato in una posizione visibile nella parte inferiore del raffreddatore per facilitare gli operatori nell'osservazione dello stato operativo della pompa d'olio.

Funzioni del serbatoio del trasformatore e dei dispositivi di raffreddamento

Il serbatoio del trasformatore funge da involucro esterno del trasformatore, contenendo il nucleo, le bobine e l'olio del trasformatore, fornendo anche una certa dissipazione termica.

La funzione del dispositivo di raffreddamento del trasformatore è quella di creare una circolazione dell'olio attraverso il radiatore quando esiste una differenza di temperatura nello strato superiore d'olio del trasformatore. Ciò permette all'olio di essere raffreddato nel radiatore prima di fluire nuovamente nel serbatoio, riducendo efficacemente la temperatura dell'olio del trasformatore. Per migliorare l'efficienza del raffreddamento, possono essere adottate misure come il raffreddamento ad aria, il raffreddamento forzato ad aria con circolazione forzata d'olio o il raffreddamento forzato ad acqua con circolazione forzata d'olio.