Как сделать охлаждение для трансформатора

Обновлено: 04.07.2024

В настоящее время в отечественных масляных трансформаторах применяются системы охлаждения, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Системы охлаждения масляных трансформаторов применяемые в отечественном трансформаторостроении

Обозначение системы охлаждения
Циркуляция масла	Охлаждение масла	по ГОСТ	по МЭК
Естественная	Естественное воздушное	М	ONAN
Естественная	Принудительное воздушное	Д	ONAF
Принудительная	Естественное воздушное	МЦ	OFAN
Принудительная	Принудительное воздушное	ДЦ	OFAF
Естественная	Принудительное водяное	MB	ONWF
Принудительная	Принудительное водяное	Ц	OFWF
Принудительная направленная	Принудительное воздушное	НДЦ	ODAF
Принудительная направленная	Принудительное водяное	НЦ	ODWF

Система охлаждения М.

При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВ-А) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.

Система охлаждения Д.

В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Система охлаждения ДЦ.

В трансформаторах мощностью около 100 MB-А и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Системы охлаждения силовых трансформаторов

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично — лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название сухих. Условно принято обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С, при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха СД.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВ×А включительно (рисунок 5.1,а). Теплота, выделенная в обмотках и магнитопроводе 2 (выемная часть), передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку 1 и радиаторным трубам 3 (охлаждающая поверхность), передает его окружающему воздуху.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для трансформаторов мощностью свыше 16000 кВ×А. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб 5 помещаются вентиляторы 8 (рисунок 5.1,б). Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВ×А и более.

Охладители 7 состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором 8. Электронасосы 6, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители (рисунок 5.1,в).Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформаторов.

Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

В трансформаторах с направленным потоком масла (НДЦ) интенсивность охлаждения повышается, что позволяет увеличить допустимые температуры обмоток.

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло.

а — система охлаждения типа М; б — типа Д; в — типа ДЦ;

1 — бак; 2 — выемная часть; 3 — охлаждающая поверхность;

4 — коллектор; 5 — трубчатый радиатор; 6 — электронасос;

7 — охладители; 8 — вентиляторы

Рисунок 5.1 — Системы охлаждения трансформаторов

Масляно-водяное охлаждение с направленным потоком масла (НЦ) применяется для трансформаторов мощностью 630 MB×А и более.

На трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться одновременно с включением трансформатора и работать непрерывно независимо от нагрузки трансформаторов. В то же время число включаемых в работу охладителей определяется нагрузкой трансформатора. Такие трансформаторы должны иметь сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентилятора.

Таблица 5.1 — Соответствие условных обозначений видов систем

охлаждения, принятых по ГОСТ, СЭВ и МЭК (ГОСТ 11677-85 [2])

Условное обозначение вида охлаждения	Вид системы охлаждения трансформатора
ГОСТ	СЭВ и МЭК
Сухие трансформаторы
С	AN	Естественное воздушное при открытом исполнении
СЗ	ANAN	Естественное воздушное при защищенном исполнении
СГ	Естественное воздушное при герметичном исполнении
СД	ANAF	Воздушное с принудительной циркуляцией воздуха
Масляные трансформаторы
М	ONAN	Естественная циркуляция воздуха и масла
Д	ONAF	Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла
МЦ	OFAN	Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла
НМЦ	ODAN	Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла
ДЦ	OFAF	Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла
НДЦ	ODAF	Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла
Ц	OFWF	Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла
НЦ	ODWF	Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла
Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком
Н	LNAF	Естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком
НД	LNAF	Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха
ННД	LFAF	Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика

1 ON — обозначает виды охлаждения ONAN или ONAF;

2 OF — обозначает виды охлаждения OFAF или OFWF;

3 OD — обозначает виды охлаждения ODAF или ODWE.

Международная электротехническая комиссия (МЭК; англ. International Electrotechnical Commission

, IEC) — международная организация по
стандартизации в области электрических, электронных и смежных технологий.
Члены МЭК: Россия, Канада, Франция, Германия, Япония, Великобритания, США.

Система охлаждения Ц.

Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ.

Типы систем охлаждения трансформаторов

Практически каждый силовой трансформатор во время эксплуатации нагревается из-за естественных физических процессов. При сильном перегреве изнашивается изоляция, что приводит к преждевременному выходу устройства из строя. Чтобы снизить негативное влияние такого явления, магнитопровод, обмотки и другие части следует охлаждать. Для этого используются различные системы охлаждения трансформаторов.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.

Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже. Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MB-А и выше.

Нормализация температуры магнитопровода и обмотки происходит путем естественной циркуляцией конвекционных потоков воздуха.

Существует несколько разновидностей систем охлаждения для оборудования такого типа:

С — открытое исполнение корпуса;
СГ — устройство герметично;
СЗ — корпус защищен от внешнего механического воздействия;
СД — возможна установка дополнительных элементов для принудительной циркуляции воздушных потоков направленных на охладительный радиатор корпуса.

Воздушное охлаждение характеризуется низкой эффективностью, поэтому для контроля температуры обмоток каждой фазы в таких устройствах устанавливается термические сенсоры. Сухие трансформаторы имеют небольшую мощность, параметры большинства моделей не превышают 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.

Трансформаторы с сухой системой охлаждения имеют следующие преимущества:

Высокая устойчивость к ударному и переменному напряжению;
Возможность эксплуатации при повышенной влажности и загрязненности;
Высокий уровень пожарной безопасности;
Экологическая безопасность — нет риска загрязнения окружающей среды выбросами масла;
Небольшие размеры;
Низкий уровень шума;
Нет необходимости в систематическом обслуживании;
Высокая устойчивость коротким замыканиям и длительным тепловым нагрузкам;
Гибкость установки — возможна реализация различных вариантов использование внешних вентиляторов, что допускает увеличение мощности некоторых моделей до 50%.

Область применения силовых трансформаторов с сухой системой охлаждения разнообразна. Прежде всего, это системы распределения электроэнергии в зданиях и сооружениях общественного, административного, бытового и жилого назначения с повышенными требованиями пожаро- и взрывозащищенности, а также необходимостью низкого уровня шумового загрязнения.

Чаще всего они применяются в гостиницах, офисных центрах, банках, больницах высотных зданиях любого типа и электротранспорте, как наземном, так и метрополитене.

Рынок может предложить потребителю сухие трансформаторы, рассчитанные на особые условия эксплуатации: тропический или северный климат, регионы с высокой сейсмической активностью.

Сегодня в 12:03

Сегодня в 11:45

Сегодня в 11:14

Сегодня в 10:38

Сегодня в 10:30

Вчера в 21:13

Вчера в 17:51

Вчера в 08:55

Вчера в 08:35

23 Января 2022 года, 14:41

21 Января 2022 года, 11:25

21 Января 2022 года, 08:33

20 Января 2022 года, 19:10

20 Января 2022 года, 14:25

20 Января 2022 года, 14:17

Добрый день, подскажите . Директор где-то услышал по поводу обязательной нумерации листов проекта. Помогите, где посмотреть эти нововведение? Украина.

Сегодня с 1.00 по МСК будет выполняться перенос на другой сервер провайдера (2-3 часа). Прошу прощения за неудобства. Пробуем разные варианты.

Маркировки и типы систем охлаждения трансформаторов

Определение маркировки и типа выполняется согласно государственному стандарту ГОСТ 11677-75. Здесь прописана полная спецификация и градация. Рассмотрим каждую группу в отдельности:

С – сухие трансформаторы, которые в силу особенностей могут использовать естественное воздушное охлаждение. Некоторые вариации снабжаются принудительной циркуляцией воздуха и обозначаются СД.
М – силовое оборудование с естественным масляным и воздушным охлаждением. Применяются, в основном, для распределительной сети с небольшой мощностью трансформатора. На крупных подстанциях имеются вариации с принудительной циркуляцией масла МЦ, НМЦ.
Д – оборудование, которое обладает естественным охлаждением масла и принудительной воздуха. Существует несколько вариации ДЦ и НДЦ, в зависимости от дополнений в виде циркулирования технической жидкости.
Н – представленный тип встречается реже, так как для реализации применяются негорючие диэлектрики. В большинстве случаев подобные изделия менее подвержены взрывам, что обеспечивает большую безопасность людей и подстанции в целом.

Необходимо отметить, что в современной практике имеются иностранные градации в этом направлении. Практически все названые системы охлаждения трансформаторов дублируются в соответствующих стандартах.

Основные преимущества и недостатки

Практические каждый тип сопровождается рядом технических особенностей, преимуществами и недостатками. Далее, представляем основные критерии, по которым определяется позитивные или негативные позиции:

Уровень температур. Главное назначение охлаждения — поддержать естественную, благоприятную рабочую среду для оборудования. Последнее во многом определяется средой установки, уровень нагрузки энергоустановок.
Стоимость реализации. Практически каждая энергоснабжающая компания стремится сократить расходы на оборудование, поэтому использует старые проверенные решения в виде масляного охлаждения.
Степень безопасности. Это важный критерий, который предполагает применение того или иного решения на разных объектах энергетики. Для атомных станций предпочтительно задействовать более современные и рациональные предложения, позволяющие поддерживать нужный температурный режим. Когда на подстанции распределительной сети с небольшими токами можно применять вариант по типу С.

Обратите внимание, что в России, Беларуси, Украине используются силовые трансформаторы с системой охлаждения НМЦ, НДЦ.

Где применяются

Тяговые трансформаторы с масляным охлаждением применяют на железнодорожных составах для преобразования входного напряжения электросети до напряжения, необходимого для работы тяговых двигателей состава и прочего оборудования. Масляное охлаждение позволяет сделать трансформатор компактным и более эффективным.

Вместе с тем, масляное охлаждение является одним из наиболее надежных вариантов исполнения трансформаторов. В электрических локомотивах трансформатор ничем не дублируется, при его поломке или выходе из строя передвижение локомотива невозможно.

Охлаждение по типу М

Представленные тип считается самым распространенным в силу относительной дешевизны, расширенного срока службы и некоторых других особенностей. На подстанциях распределительных сетей используются маслонаполненные трансформаторы с естественной циркуляцией масла и без дополнительного обдува. Система охлаждения трансформатора М имеет некоторые нюансы эксплуатации:

Необходимость отслеживания уровня масла и отбор газа для определения состояния техники. Обслуживающий персонал обязан посетить подстанцию распредсетей не реже 1 раза в полгода.
Конструкция должна быть герметичной. Следы подтеков свидетельствует о необходимости проведения технического или капитального ремонта.

Негативным фактором эксплуатации считается воровство масла. Это распространенная практика, когда происходит пробитие и слив технической жидкости с бака трансформатора. Из-за варварских действий осуществляется перегрев и замыкание оборудования с последующим выгоранием.

Правила эксплуатации масляных насосов электровозов

Насос охлаждения трансформатора работает в постоянном режиме, создавая давление в системе и обеспечивая непрерывное охлаждение тягового трансформатора. Не работающий насос должен быть полностью заполнен маслом.

Перед тем как включать насос, необходимо заполнить его трансформаторным маслом до необходимого уровня и удалить из него все возможные остатки воздуха. Заполнение маслом происходит медленно. После открытия всасывающего трубопровода, масло в течении 15-20 минут заполняет все необходимые полости. Одновременно с открытием всасывающего патрубка, открывают клапан выпуска воздуха, который выходит из системы под давлением поступающего масла.

Еще одним важным элементом использования насоса является направление движение перегоняющей крыльчатки. На многих моделях охлаждающих насосов направление движения напрямую проверить нельзя, тогда правильность работы системы проверяют по косвенным признакам. Одним из них является максимальное давление масла во всей системе, которое невозможно при неверной работе крыльчатки. То есть, то правильность направления движения вычисляется путем переключения фаз крыльчатки насоса.

После запуска насоса и повышения давления, открывают нагнетательный патрубок, передающий масло в тяговый трансформатор. Работа насоса с закрытой задвижкой не должна превышать 1-2 минуты. Подобные ситуации ведут к перегреву масла и выхода из строя обмотки электронасоса.

Слив масла производится на неработающем насосе через специальный отводящий канал. При необходимости разборки насоса, первым делом его отключают от электрической цепи, затем отсоединяют трубопроводы и приступают к разборке корпуса.

Система охлаждения трансформатора Д, ДЦ

На крупных ПС естественная циркуляция масла дополняется автоматическим обдувом, который срабатывается при повышении температурного режима. Система охлаждения трансформатора ДЦ обладает более совершенной эксплуатацией, так как позволяет избежать перегрева даже при высоких нагрузках. Необходимо отметить, что данный тип является самым распространенным и будет таковым еще несколько десятилетий. Важной особенностью эксплуатации считается необходимость правильного регулирования обдува. Последний должен включаться автоматически при условии повышения температурного режима до 75 градусов, с обратным отключением при снижении.

Описание и конструкция тягового масляного трансформатора

Трансформатор снижает входное электрическое напряжение контактной цепи до заданных параметров. В его функции входит питание двигателей и электрооборудования состава. Ключевое отличие тягового трансформатора от иных видов трансформаторов заключается в широком диапазоне выходного напряжения, поддающегося регулировке в соответствии с требованиями питаемых устройств.

Требования к материалам и качеству сборки тяговых трансформаторов намного строже, чем к другим видам трансформаторов, что приводит к высокой надежности и максимальному КПД этих устройств.

Конструкция масляного трансформатора включает в себя:

Активную часть;
ввод обмоток;
бак;
масляную систему охлаждения.

Активной частью называют обмотки и систему изоляции, магнитопровод, отводы. Для оптимизации работы, она помещена в специальное масло, охлаждающее магнитопровод и обмотки системы. В обмотках каждый последующий обеспечен специальной изолирующей прокладкой, исключающей соприкосновение с нижней или верхней частью. При этом обмотка омывается маслом со всех четырех сторон, что максимизирует охлаждающие свойства.

В тяговых системах, принимает напряжение первичная обмотка, являющаяся единственной. Вторичных обмоток чаще всего несколько и работать они могут параллельно или отдельно друг от друга. Каждая из них выдает напряжение, требуемое конкретному потребителю, будь то двигатель электровоза или освещение состава.

При подаче напряжения на первичную обмотку по ее виткам начинает идти ток, который создает переменный магнитный поток, замыкающийся по сердечнику. Изменение напряжения выходного тока происходит путем подбора соотношения между числом витков обмоток высшего и низшего напряжений.

При этом конструкция трансформатора может включать несколько обмоток низшего напряжения, переключаемых в соответствии с требуемыми значениями.

Различают стержневые и броневые трансформаторы, разница между ними заключается в конструкции используемого сердечника. Стержневые трансформаторы позволяют упростить конструкцию обмоток, и, следовательно, облегчить обслуживание и ремонт. Но вместе с тем увеличиваются зазоры между сердечником и баком, что приводит к увеличению всей конструкции.

Охлаждение по типу Н

Тип системы охлаждения трансформаторов Н сложно встретить в современной эксплуатации. Однако с течением времени их число будет возрастать. В качестве основной среды используется дистиллированная вода с присадками, которая служит хорошим диэлектриком и позволяет поддерживать нужную температуру. Необходимо отметить, что такую систему часто комбинируют с принудительным воздушным типом оборудования.

Что касается недостатков — продукция оценивается дороже. Этот момент ощущается и при эксплуатации, ведь для доливки жидкости потребуется использовать специальный раствор, который стоит денег. В остальном, представленный вариант имеет место в современной эксплуатации на подстанциях различного типа.

Варианты охлаждения С, СГ

В отличие от системы масляного охлаждения трансформаторов, варианты типа С не использует какую-либо жидкость для корректировки температурного режима. Снижение температур осуществляется естественной циркуляцией воздуха, что приемлемо в следующих случаях:

Трансформатор до 63 кВА, которые обладают нормальной средой эксплуатации и небольшой нагрузкой.
Силовое оборудование, которое задействовано в условиях низких температур.
Временная строительная площадка, где не важна длительность использования изделий.

В остальных случаях рекомендуется ориентироваться на описываемые выше решения. Это позволит продлить срок службы и сэкономить значительные средства.

Допустимый нагрев трансформаторов

Электротрансформатор – аппарат с высоким, но не 100% КПД. При работе ток, протекающий по обмоткам, нагревает их. Кроме этого, греется магнитопровод. В нем возникают вихревые токи и тратится энергия на перемагничивание. Эти потери нагревают аппарат.

Допустимая температура трансформатора в нормальном режиме зависит от изоляции обмотки:

провод покрыт электротехническим лаком – 70°С;
проводник обмотан х/б ниткой – 105°С;
вместо х/б нитки используется стекловолокно – 180°С;
трансформаторы, имеющие масляное охлаждение, допускается нагревать до 80°С.

Какому варианту отдать предпочтение?

На этот вопрос нет единого ответа, так как существует множество факторов, которые предопределяют решение. Как показывает практика, на современном рынке используются трансформаторы типа НДЦ и НМЦ, которые сопровождаются естественной циркуляцией масла и принудительной подачей воздуха. Подобные изделия обладают повышенной стойкостью к перепадам температуры, создает защитную пленку, которая продлевает жизнь оборудованию.

Вместе с этим, имеются более прогрессивные и безопасные технологии, которые помогают избежать форс-мажорных ситуаций. К примеру, пожаров на подстанциях, когда полностью выгорает все оборудование ОРУ. Необходимо двигаться вперед к технологическому прогрессу, но и не забывать о наработках прошлых лет. Ведь со старым оборудованием придется работать еще очень долго.

При работе любого трансформатора, независимо от типа, происходят потери энергии, ведущие к нагреву рабочих элементов, в особенности обмоток и сердечника.

Продолжительное безаварийное функционирование всех элементов, в частности изоляции, напрямую зависит от точности соблюдения температурного режима.

При этом, чем мощнее устройство, тем эффективнее необходимы системы охлаждения трансформаторов. Основные типы охлаждения силовых трансформаторов, технические характеристики, достоинства, недостатки и область использования каждого из них.

Существует несколько разновидностей систем охлаждения для оборудования такого типа:

С — открытое исполнение корпуса;
СГ — устройство герметично;
СЗ — корпус защищен от внешнего механического воздействия;
СД — возможна установка дополнительных элементов для принудительной циркуляции воздушных потоков направленных на охладительный радиатор корпуса.

Трансформаторы с сухой системой охлаждения имеют следующие преимущества:

Высокая устойчивость к ударному и переменному напряжению;
Возможность эксплуатации при повышенной влажности и загрязненности;
Высокий уровень пожарной безопасности;
Экологическая безопасность — нет риска загрязнения окружающей среды выбросами масла;
Небольшие размеры;
Низкий уровень шума;
Нет необходимости в систематическом обслуживании;
Высокая устойчивость коротким замыканиям и длительным тепловым нагрузкам;
Гибкость установки — возможна реализация различных вариантов использование внешних вентиляторов, что допускает увеличение мощности некоторых моделей до 50%.

Стоимость сухих трансформаторов в 2,5-3 раза выше, чем масляных с сопоставимыми техническими характеристиками.
Область применения силовых трансформаторов с сухой системой охлаждения разнообразна. Прежде всего, это системы распределения электроэнергии в зданиях и сооружениях общественного, административного, бытового и жилого назначения с повышенными требованиями пожаро- и взрывозащищенности, а также необходимостью низкого уровня шумового загрязнения.

ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

открытое (С),
защищенное (СЗ),
герметизированное (СГ).

Помимо естественного воздушного охлаждения возможна также принудительная система охлаждения сухих трансформаторов.

Данная технология работает посредством дутья воздуха вентиляторами и имеет обозначение СД. Такие аппараты устанавливаются в тех жилых и промышленных помещениях, где использование масляных образцов запрещено из-за горючести охладителя.

Класс термостойкости изоляции напрямую влияет на допустимую разницу между температурой обмотки трансформатора и температурой окружающего охладителя. Это значение установлено ГОСТом 11677-85 и соответствует следующей таблице:

Класс термостойкости	Превышение температуры
А	60оC
В	75оC
С	80оC
F	100оC
H	125оC

Осуществляемая воздухом система охлаждения силового трансформатора малоэффективна и применяется для трансформаторного оборудования малой и средней мощности – до 1600 кВ*А при номинальном напряжении до 15 кВ, а также при постоянной пониженной температуре или на временных площадках.

Однако для создания изоляции повышенной термостойкости все чаще стали применяться кремнийорганические (эпоксидные) компаунды. Эта технология позволяет выпускать сухие силовые трансформаторы с номинальной мощностью до 15МВ*А при том же напряжении.

При соответствующем обосновании такое оборудование может эксплуатироваться на электростанциях.

Тепло, выделяемое обмотками и магнитопроводом, передается через масло в окружающее пространство. Внешний теплообменник представляет собой совокупность трубопроводов, радиаторов и бака накопителя для масла.

Для увеличения эффекта отведения тепла могут быть выбраны разнообразные схемы с различным количеством радиаторов, труб и/или дополнительных ребер на бак.

Максимальная температура теплоносителя в верхней части теплообменника (наиболее разогретые слои) не должна превышать +95°С.

Отсутствие подвижных частей и дополнительных приспособлений значительно упрощает использование трансформаторного оборудования. Техобслуживание сводится к контролю уровня температуры масла.

Принудительное отведение тепла от обмоток и магнитопровода трансформатора реализовано несколькими способами:

– естественная циркуляция масла и обдув радиаторов вентиляторами. Принудительный обдув включается автоматически при достижении в верхних слоях масла граничной температуры +55°С или при выходе оборудования в рабочий режим с номинальной нагрузкой на обмотки более 100%. Применяется для оборудования мощностью 16-80МВА.

– кроме обдува в предусмотрена принудительная циркуляция масла.

Масляные насосы встраиваются в бак. Быстрое перемещение жидкости дает следующие преимущества:

существенное возрастание эффективности контроля и нормализации температуры;
компактные размеры теплообменника;
возможность размещения радиаторов отдельно от основного корпуса;
увеличение номинальной мощности трансформатора до 65-160 МВА.

МАСЛЯНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Данная технология распространена в нашей стране в силу надежности, приемлемого срока эксплуатации и относительной дешевизны. Маслонаполненные трансформаторы без дутья воздуха и с естественной конвекцией масла применяются в устройстве распределительных систем — на подстанциях.

Подобный вид охлаждения подходит для силовых трансформаторов с номинальной мощностью до 16МВ*А и маркируется как М.

Тепло, выделяемое магнитопроводом, обмоткой и другими рабочими элементами устройства, передается охладителю — трансформаторному маслу. Оно циркулирует по системе кожух – бак охладителя и охлаждается воздухом атмосферы посредством ребер радиатора.

Согласно правилам эксплуатации, температура верхних слоев охлаждающей жидкости при нормальной работе трансформаторного оборудования не должна превышать 95оС.

Эксплуатация масляных систем охлаждения трансформаторов имеет некоторые особенности. Например, персонал, обслуживающий данный агрегат, обязан посещать его с определенной периодичностью и производить отбор газа, а также следить за уровнем масла. Эти действия позволяют определять техническое состояние трансформатора.

Кроме того, герметичность конструкции – важный фактор. Любые подтеки должны влечь за собой ремонт устройства.

Более серьезные аппараты с повышенной мощностью имеют несколько модификаций систем охлаждения со своей маркировкой:

масляное естественное (М);
с естественной циркуляцией охладителя и дутьем воздуха (МД);
с принудительной циркуляцией масла по системе с дутьем (ДЦ);
с направленным масляным потоком (НДЦ);
масляно-водяная система охлаждения с принудительной циркуляцией (Ц);
с направленным потоком охладителя и масляно-водяной системой (НЦ);
с дистиллированной водой в качестве охлаждающей жидкости (Н).

Крупные подстанции, помимо естественной конвекции масла, дополняются автоматическим обдувом воздуха, включающимся при достижении температурой заданного значения.

Здесь вентиляторы помещаются в навесных радиаторах и обдувают их верхнюю часть. Такие аппараты могут работать и без дутья при пониженных нагрузках, если температура охладителя не превышает 55оС.

При высоких нагрузках усовершенствованная конструкция трансформатора МД обеспечивает повышенный уровень надежности системы. Мощность аппаратов, оборудованных подобным охлаждением, доходит до 80МВ*А.

Системы, дополненные принудительной циркуляцией масла и обдувом воздуха, обозначаются ДЦ и применяются для охлаждения трансформаторов до 160МВ*А мощностью.

Подобные устройства оборудуются электронасосами, встроенными в маслопровод и обеспечивающими непрерывную циркуляцию охлаждающей жидкости через трубы радиаторов. Последние же обдуваются воздухом посредством внешних вентиляторов.

Трансформаторы ДЦ отличаются компактными габаритами при повышенной мощности. Обусловлено это скоростью циркуляции масла, интенсивному и беспрерывному дутью вентиляторов, а также большей площади охлаждаемой поверхности, что увеличивает теплоотдачу охладителя.

Кроме того, конструктивные особенности трансформаторов ДЦ позволяют изменить традиционное устройство агрегата: масляный бак и аппарат охладителя могут устанавливаться раздельно, соединяясь маслопроводом.

Направленный поток охлаждающей жидкости – масла – повышает эффективность системы охлаждения, соответственно увеличивая номинальную мощность силового трансформатора, не изменяя его габариты. Обозначение данных аппаратов – НДЦ.

Трансформаторное оборудование мощностью более 160МВА комплектуется масляно-водяной системой отвода тепла. Водяной контур располагается между пластинами радиатора, что помогает более эффективно выводить тепло.

Маслопроводы располагаются в непосредственном контакте с трубами воды. Это повышает коэффициент теплопередачи. Практикуется применение как однотрубного так и двухтрубных контуров.

Такие конструкции устанавливаются, как правило, в закрытых помещениях оборудованных системой отопления, чтобы вода не замерзла при отрицательных температурах. Область применения включает сталелитейные предприятия, обогатительные комбинаты и другие производства с агрессивной средой.

Основными проблемами при эксплуатации оборудования такого типа является коррозия труб водяного контура охлаждения.

Протечки воды в маслопровод может вывести из строя все электрооборудование. Поэтому давление в масляном контуре немного превышает аналогичный показатель в водяном.

Воздушное охлаждение

Потери энергии, нагрев и вес аппаратов при увеличении мощности растут. При этом потери и объем увеличиваются в кубической зависимости от габаритов устройства, а поверхность и способность отдавать тепло растет в квадратной степени. Поэтому способы воздушного охлаждения зависят от мощности аппарата.

Трансформаторы малой мощности

В аппаратах мощностью 5-10ВА соотношение между потерями и площадью поверхности позволяет устанавливать их в закрытом корпусе. Такую конструкцию имеют блоки питания для электронной аппаратуры малой мощности, например, роутер или антенный усилитель.

Для уменьшения рабочей температуры трансформатора в блоках питания электронной аппаратуры на первичную обмотку подается напряжение высокой частоты. Предельная рабочая температура трансформатора в блоке питания составляет, в зависимости от конструкции, от 100 до 165°С.

Трансформаторы с принудительным охлаждением

В более мощных аппаратах делаются зазоры между обмотками, а в корпусе имеются отверстия для циркуляции воздуха. Для улучшения охлаждения и уменьшения габаритов электротрансформаторов мощностью свыше 10-50кВА устанавливаются вентиляторы принудительного обдува. Такая система позволяет охлаждать аппараты до 1000кВА. Более мощные установки помещаются в бак, наполненный маслом.

Трансформаторы с масляным охлаждением

Для лучшего охлаждения аппарат помещается в бак, наполненный трансформаторным маслом. Оно отводит тепло от обмоток в 6-8 раз лучше воздуха. Для качественного охлаждения бак с электротрансформатором должен быть полностью заполнен и сверху устанавливается расширительный бачок.

Масло является пожароопасным при вытекании. Для защиты устройств от перегрева и возгорания трансформаторы оснащаются датчиками уровня жидкости и температуры.

В зависимости от мощности электротрансформаторов есть четыре системы уменьшения температуры масла:

естественное, за счет конвекции масла и окружающего воздуха;
дутьевой, при помощи обдува бака вентиляторами;
с принудительной циркуляцией масла насосами и обдувом бака;
с водяным охлаждением масла.

Справка! Допустимая рабочая температура масла – 80°С. При проверке его качества измеряется температура вспышки (возгорания). Она должна быть не менее 135°С.

Естественное охлаждение масла

Масло в баке при работе устройства нагревается и нуждается в охлаждении. Эффективность естественного охлаждения растёт с увеличением поверхности бака, но простое увеличение размеров мало эффективно. Лучший эффект дает оснащение бака радиаторными ребрами или трубами.

Трубы располагаются вертикально, в несколько рядов и подключаются в верхней и нижней части бака. При работе и нагреве обмоток теплое масло поднимается от катушек вверх, выходит в трубы и идет вниз. При движении охлаждающая жидкость остывает и поступает охлажденным обратно в бак.

Этого достаточно для работы электротрансформаторов мощностью до 6300кВА. В более мощных установках применяются устройства принудительной циркуляции масла.

Информация! Принцип работы системы похож на систему индивидуального водяного отопления.

Дутьевое (вентиляторное) охлаждение

Самый простой способ принудительного охлаждения — это обдув масляного бака вентилятором. Эффективность отдачи тепла по сравнению с естественным охлаждением выше на 40-50%. Таких вентиляторов может быть несколько.

Для улучшения теплоотдачи трубы делаются не круглыми, а прямоугольного сечения, а также с продольными радиаторными ребрами. Дополнительно устанавливается блок автоматики, управляющий вентиляторами. Возможны три варианта:

питание вентиляторов включено при нагрузке 50-60% номинальной;
обдув включен, если достигнута температура 50°С;
вентиляторы работают все время рабочего режима установки.
Система дутьевого охлаждения эффективна до мощности 63000кВА. Электротрансформаторы большей мощности нуждаются в дополнительных устройствах, для нормальной работы и уменьшения температуры масла.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ

Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.

Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.

Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.

Принудительная циркуляция необходима следующих случаях:

Помещение имеет небольшую площадь;
Работа оборудования характеризуется частыми перегрузками;
Расположение оборудования в помещении приводит к нарушению естественной циркуляции воздушных потоков;
Температура внешней среды превышает 20оС;
Эксплуатируются трансформаторы типа С.

Охлаждение трансформаторов

2014-04-15 4585
Отсутствие у трансформаторов вращающихся частей уменьшает нагрев трансформаторов из-за отсутствия механических потерь, но и усложняет процесс охлаждения, т. к. исключает самовентиляцию. Поэтому основной способ охлаждения трансформаторов – естественное охлаждение, однако в мощных трансформаторах применяют более эффективные способы охлаждения. Основные способы охлаждения трансформаторов:

1). Естественное воздушное охлаждение

– происходит за счёт излучения теплоты и естественной конвекции воздуха, его применяют в трансформаторах низкого напряжения при их установке в сухих закрытых помещениях.

2). Естественное масляное охлаждение

– при этом магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое омывает нагреваемые части трансформатора, путём конвекции отводит теплоту и передаёт её стенкам бака, которые охлаждаются путём излучения теплоты и конвекции воздуха. Для увеличения охлаждаемой поверхности бака его делают ребристым или устанавливают на нём трубчатые радиаторы. Трансформаторное масло обладает высокими электроизоляционными свойствами и, пропитывая изоляцию обмоток, улучшает её свойства и повышает надёжность трансформаторов, однако масляное охлаждение усложняет и удорожает эксплуатацию трансформаторов, т. к. требует периодического контроля качества масла и периодической его замены.

3). Масляное охлаждение с дутьём

– при этом трансформатор снабжают вентилятором, который обдувает радиаторы трансформатора снаружи, а внутри остаётся естественная конвекция. Его применяют в трансформаторах мощностью свыше 10000 кВт. При снижении нагрузки до 50% вентиляторы обычно отключают, т. е. переходят на естественное масляное охлаждение.

4). Масляное охлаждение с дутьём и принудительной вентиляцией масла

– при этом с помощью насоса создают принудительную циркуляцию трансформаторного масла через специальный охладитель (радиатор), собранный из трубок и, кроме того через воздухоотделитель и фильтр, где освобождается от нежелательных включений. Одновременно вентиляторы обдувают поверхность трубок охладителя.

5). Масляно-водяное охлаждение

– при этом нагретое в трансформаторе масло с помощью насоса прогоняется через охладитель, в котором циркулирует вода. Это наиболее эффективный способ охлаждения, т. к. коэффициент теплопередачи от масла в воду значительно выше, чем в воздух. Кроме того масло прогоняют через воздухоочиститель и фильтр.

Тяговые трансформаторы подвижного состава обычно выполняют с масляным охлаждение, дутьём и принудительной вентиляцией масла.

МАРКИРОВКА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПО МЕЖДУНАРОДНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

В международных нормативах принята четырёхбуквенная маркировка систем охлаждения трансформаторов:

1. Первый символ — обозначение типа охлаждающей жидкости, которая находится в непосредственном контакте с электро несущими обмотками:

Читайте также: