افزایش دمای ترانسفورماتور: محدودیت ها، محاسبه و راهنمای خنک کننده

افزایش دمای ترانسفورماتوریکی از آن جزئیات فنی است که می تواند روی کاغذ ساده به نظر برسد اما در عملکرد واقعی بسیار مهم است. هر ترانسفورماتور زمانی که انرژی دارد و باری را حمل می کند گرما تولید می کند. چالش این است که آن گرما را به طور موثر خارج کنید و هسته، سیم پیچ، عایق و روغن را در محدوده دمایی طراحی شده خود نگه دارید.

این امر به ویژه با یکترانسفورماتور غوطه‌ور{0}}روغنی. روغن ترانسفورماتور بیشتر از عایق الکتریکی انجام می دهد. همچنین گرما را از قسمت های فعال می برد و به مخزن، رادیاتورها و هوای اطراف منتقل می کند.

بنابراین، زمانی که مهندسان در موردافزایش دمای ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن، آنها واقعاً به کل سیستم حرارتی - تلفات ترانسفورماتور، گردش روغن، تجهیزات خنک کننده، شرایط محیطی، طراحی مخزن و بارگذاری واقعی نگاه می کنند.

افزایش دما و دمای ترانسفورماتورها

ابتدا، ارزش دارد یک نکته مشترک را روشن کنیم:دمای ترانسفورماتوروافزایش دمای ترانسفورماتوریکسان نیستند

دمای ترانسفورماتور دمای واقعی یک جزء، مانند سیم پیچ، روغن بالا، هسته یا مخزن است. افزایش دما استتفاوت بینآن دما و دمای محیط یا مرجع مشخص شده.

به زبان ساده:

دمای ترانسفورماتور=دمای محیط + افزایش دما

برای مثال، اگر دمای محیط 30 درجه و بالاترین-افزایش دمای روغن 55 کلوین باشد، دمای تقریبی بالا-روغن 85 درجه است.

البته، یک ترانسفورماتور واقعی چندان هم ساده نیست. قطعات مختلف در دماهای مختلف کار می کنند. دمای سیم پیچ معمولاً بالاتر از روغن اطراف است و ممکن است ناحیه کوچکی از سیم پیچ بسیار گرمتر از دمای متوسط ​​سیم پیچ شود. این منطقه با بالاترین-دما به نامنقطه داغ پیچ در پیچ.

به همین دلیل است که طراحی حرارتی ترانسفورماتور به بیش از یک خواندن دما نگاه می کند.

استانداردهای افزایش دمای ترانسفورماتور

الزامات افزایش{0} دما به استاندارد قابل اجرا، طراحی ترانسفورماتور، سیستم عایق، روش خنک کننده و شرایط عملیاتی بستگی دارد.

IEC 60076-2الزاماتی را برای تست های افزایش دما برای ترانسفورماتورهای غوطه ور در مایع- فراهم می کند. راIEEE C57سری نیز به طور گسترده ای استفاده می شود، به ویژه برای برنامه های کاربردی ترانسفورماتور در آمریکای شمالی.

برای یک پروژه خاص، همیشه بهتر است به جای کپی کردن یک رقم دما از ترانسفورماتور دیگر، استانداردهای قابل اجرا و مشخصات پروژه را بررسی کنید.

جدول حد افزایش دمای ترانسفورماتور

برای طراحی‌های ترانسفورماتور غوطه‌ور{0}معارف، مقادیر معمولاً ارجاع‌شده از IEC 60076-2 شامل موارد زیر است:

این ارقام مرجع مهندسی مفیدی هستند، اما نباید آنها را به عنوان محدودیت های جهانی برای هر ترانسفورماتور در نظر گرفت. الزامات واقعی می تواند بسته به مایع عایق، سیستم عایق، آرایش خنک کننده، مشخصات ترانسفورماتور و استاندارد قابل اجرا متفاوت باشد.

و نکته دیگری وجود دارد که به راحتی می توان از آن گذشت:افزایش دما دمای مطلق نیست.

جدول فقط یک تصویر ساده است. دمای واقعی عملیات ترانسفورماتور به بار، شرایط خنک کننده، توزیع گرما و طراحی حرارتی سازنده بستگی دارد.

روش‌های ترانسفورماتور IEEE همچنین بین طرح‌هایی با میانگین دمای سیم پیچ متفاوت، از جمله معمولاً مورد استفاده، تمایز قائل می‌شوند55 درجهو65 درجهطرح‌هایی برای ترانسفورماتورهای غوطه‌ور{0}}روغن معدنی-. بنابراین، دوباره، داده های فنی تضمین شده سازنده باید مرجع نهایی برای یک پروژه خاص باشد.

مواد عایق پیری و افزایش دما

دما تأثیر مستقیمی بر پیری عایق ترانسفورماتور دارد.

هنگامی که عایق در دماهای بالا برای مدت طولانی کار می کند، روند پیری آن به طور کلی سرعت می گیرد. عایق جامد و روغن عایق می توانند تحت تأثیر تنش حرارتی مداوم قرار گیرند.

رانقطه داغ پیچ در پیچسزاوار توجه ویژه است یک ترانسفورماتور ممکن است دمای متوسط ​​سیم پیچ قابل قبولی داشته باشد در حالی که یک منطقه محلی به طور قابل توجهی گرمتر است.

طراحی خوب ترانسفورماتور سعی می کند این نقاط داغ را تحت کنترل نگه دارد. هندسه سیم پیچ مناسب، مسیرهای جریان روغن، انتخاب هادی، و ظرفیت خنک کننده، همگی نقش دارند.

میانگین وزنی دمای محیط

دمای محیطعامل دیگری است که نباید از آن غافل شد.

ترانسفورماتوری که در همان افزایش دما کار می کند، بدیهی است زمانی که در یک محیط گرم نصب شود، دمای مطلق بالاتری خواهد داشت.

این امر به ویژه در مناطق گرمسیری، پست‌های محصور، و تأسیسات صنعتی که دمای اطراف می‌تواند برای مدت‌های طولانی بالا بماند، مرتبط است.

مهندسان ممکن است نیاز داشته باشند دماهای فصلی، ارتفاع نصب، تهویه، تابش خورشیدی و تجهیزات مجاور را در نظر بگیرند.

به عبارت دیگر، همان ترانسفورماتور می‌تواند در دو محیط نصب کاملاً متفاوت رفتار کند، حتی زمانی که افزایش دمای نامی یکسان باشد.

گرمایش و سرمایش ترانسفورماتور

یک ترانسفورماتور عمدتاً از طریق گرما تولید می کنداز دست دادن هسته، از دست دادن سیم پیچ، و از دست دادن بار سرگردان.

تلفات هسته در درجه اول با هیسترزیس و جریان های گردابی در هسته مغناطیسی مرتبط است. تلفات سیم پیچ عمدتاً به مقاومت هادی مربوط می شود، در حالی که تلفات سرگردان اضافی می تواند در سیم پیچ ها، دیواره های مخزن، گیره ها و سایر اجزای فلزی رخ دهد.

برای یک ترانسفورماتور{0}}غوطه‌ور در روغن، مسیر اصلی انتقال حرارت-به شکل زیر است:

هسته و سیم پیچ ← روغن ترانسفورماتور ← مخزن/رادیاتور ← هوای اطراف

هنگامی که ترانسفورماتور به تعادل حرارتی می رسد، گرمای تولید شده در داخل آن تقریباً با گرمای آزاد شده در خارج متعادل می شود.

روش های اتلاف حرارت ترانسفورماتور

چندین مکانیسم انتقال{0}حرارت در داخل یک ترانسفورماتور با هم کار می کنند.

برای یک ترانسفورماتور کوچک یا متوسط، خنک کننده طبیعی ممکن است کافی باشد. با افزایش ظرفیت ترانسفورماتور، مقدار حرارتی که باید حذف شود نیز افزایش می یابد. این جایی است که بانک های بزرگتر رادیاتور، فن ها، پمپ ها یا گردش روغن هدایت شده وارد می شوند.

روش های خنک کننده ترانسفورماتور

چندین آرایش خنک کننده معمولاً برای ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن- استفاده می شود.

خنک کننده ONAN یک انتخاب محبوب است زیرا نسبتاً ساده و قابل اعتماد است. اجزای کمکی کمتری برای نگهداری وجود دارد که در بسیاری از تاسیسات یک مزیت واقعی است.

برای ترانسفورماتورهای بزرگتر، می توان فن هایی را برای افزایش ظرفیت خنک کننده اضافه کرد. ترانسفورماتورهای قدرت بسیار بزرگ ممکن است از گردش اجباری روغن استفاده کنند تا انتقال حرارت کنترل شده تری را ارائه دهند.

گرمایش و سرمایش روغن-ترانسفورماتورهای غوطه‌ور

روغن ترانسفورماتوردر قلب سیستم حرارتی در یک ترانسفورماتور غوطه ور در روغن- قرار دارد.

همانطور که هسته و سیم پیچ گرما تولید می کنند، روغن اطراف گرمتر می شود. روغن گرم چگالی کمتری پیدا می کند و به طور طبیعی به سمت بالا حرکت می کند، در حالی که روغن خنک تر به سمت پایین حرکت می کند. این باعث ایجاد گردش در داخل ترانسفورماتور می شود.

این اساساً نحوه عملکرد خنک کننده ONAN است.

روغن گرم شده در نهایت به مخزن می رسد ورادیاتورها، جایی که گرمای آن به هوای اطراف منتقل می شود.

بار ترانسفورماتور تأثیر عمده ای در این فرآیند دارد. تلفات سیم پیچ تقریباً متناسب با مجذور جریان است:

Pcu ∝ I²

این بدان معناست که افزایش نسبتاً متوسط ​​در جریان می تواند منجر به افزایش بسیار بیشتر در تلفات سیم پیچ شود.

این یک مقایسه ساده شده است. تلفات واقعی ترانسفورماتور پیچیده تر است زیرا مقاومت هادی با دما تغییر می کند و تلفات سرگردان اضافی وجود دارد.

با این حال، پیام کاملاً واضح است: اضافه بار پایدار می تواند به سرعت به یک مشکل حرارتی تبدیل شود.

افزایش دمای روغن-سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور غوطه‌ور

راافزایش دمای سیم پیچ های ترانسفورماتور غوطه ور در روغنیکی از پارامترهای کلیدی در طراحی حرارتی ترانسفورماتور است.

دمای سیم‌پیچ تحت‌تاثیر مواد رسانا، مقاومت سیم‌پیچ، چگالی جریان، هندسه سیم‌پیچ، کانال‌های جریان روغن، آرایش عایق، روش خنک‌کاری و بار قرار می‌گیرد.

دما نیز به طور مساوی در سراسر سیم پیچ توزیع نمی شود. برخی از مناطق به طور طبیعی گرمتر از مناطق دیگر خواهند بود و بالاترین{1}}مکان دما به نقطه داغ پر پیچ و خم تبدیل می شود.

یک رابطه ساده شده عبارت است از:

-دمای نقطه داغ=دمای محیط + بالا-افزایش روغن + شیب دمای روغن-به-

محاسبه واقعی بیشتر دخیل است و به طراحی ترانسفورماتور و استاندارد قابل اجرا بستگی دارد.

روش‌های محاسبه مهندسی برای جریان روغن و افزایش دما در سیم‌پیچ‌ها

مهندسان می توانند جریان روغن ترانسفورماتور و دمای سیم پیچ را با استفاده از محاسبات تحلیلی، مدل های حرارتی، و برای ترانسفورماتورهای بزرگتر یا پیچیده تر، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ارزیابی کنند.

برخی از پارامترهای اصلی عبارتند از:

طراحی خوب جریان روغن بسیار مهم است. اگر روغن به خوبی از طریق سیم پیچ گردش نکند، نقاط داغ موضعی می توانند حتی زمانی که دمای کلی ترانسفورماتور قابل قبول به نظر می رسد ایجاد شوند.

برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ، تجزیه و تحلیل CFD می‌تواند به مهندسان کمک کند تا قبل از ساخت ترانسفورماتور، جریان روغن، گرادیان‌های دما و مکان‌های بالقوه نقطه داغ-را شناسایی کنند.

اتلاف حرارت مخازن روغن ترانسفورماتور

مخزن روغن ترانسفورماتور فقط یک ظرف برای روغن نیست. همچنین بخشی از سیستم خنک کننده است.

روغن پس از جذب گرما از هسته و سیم پیچ ها، آن گرما را به دیواره مخزن منتقل می کند. سپس سطح مخزن گرما را به محیط اطراف آزاد می کند.

ترانسفورماتورهای بزرگتر معمولاً به رادیاتورها برای ارائه{0}}منطقه انتقال حرارت اضافی نیاز دارند.

اتلاف حرارت جابجایی

همرفت یکی از راه های اصلی ترانسفورماتور است که گرما را آزاد می کند.

هنگامی که سطح مخزن گرمتر از هوای اطراف می شود، هوای مجاور گرم می شود، چگالی کمتری پیدا می کند و بالا می رود. سپس هوای خنک تر به سمت سطح مخزن حرکت می کند.

این باعث گردش هوای طبیعی می شود و گرما را از ترانسفورماتور دور می کند.

با خنک کردن اجباری-هوا، فن ها جریان هوا را در سطوح رادیاتور افزایش می دهند. این امر به ویژه زمانی مفید است که ترانسفورماتور با بار زیاد کار می کند.

تشعشع

مخزن ترانسفورماتور و رادیاتورها نیز گرما را از طریق تشعشعات حرارتی آزاد می کنند.

مقدار گرمای تابش شده به دمای سطح، انتشار، ناحیه در معرض و شرایط اطراف بستگی دارد.

تابش به تنهایی کار نمی کند. در عمل، تابش و همرفت با هم کار می کنند و هر دو به اتلاف حرارت کلی ترانسفورماتور کمک می کنند.

افزایش دمای مخازن نفت ترانسفورماتور لوله ای

مخازن روغن ترانسفورماتور لوله‌ای از ساختارهای لوله‌ای برای افزایش{0}منطقه انتقال حرارت خارجی استفاده می‌کنند.

مسیر اصلی حرارتی باقی می ماند:

قطعات فعال → روغن → مخزن لوله ای → هوای اطراف

یک سطح خنک کننده بزرگتر می تواند اتلاف گرما را بهبود بخشد، به ویژه برای ترانسفورماتورهایی که به طور طبیعی خنک می شوند.

افزایش دمای مخزن روغن ترانسفورماتور لوله ای به بارگذاری ترانسفورماتور، گردش روغن، ابعاد لوله، فاصله لوله، دمای محیط و جریان هوا در اطراف مخزن بستگی دارد.

بنابراین، مخزن باید به عنوان بخشی از سیستم کامل حرارتی، همراه با هسته، سیم پیچ ها، معابر روغن، رادیاتورها و هوای اطراف طراحی شود.

چرا افزایش دمای ترانسفورماتور مهم است

چرا زمان زیادی را صرف بحث در مورد افزایش دما می کنیم؟ چون ارتباط مستقیم باعمر عایق، قابلیت بارگذاری ترانسفورماتور، عملکرد خنک کننده، قابلیت اطمینان و عمر مفید.

عملکرد طولانی‌مدت-در دمای بیش از حد می‌تواند پیری عایق را تسریع کند و خطر زوال حرارتی را افزایش دهد. از طرف دیگر، یک سیستم خنک کننده بزرگ می تواند هزینه تجهیزات غیر ضروری و مصرف برق کمکی را اضافه کند.

هدف صرفاً خنک کردن ترانسفورماتور تا حد امکان نیست. مهندسی خوب در مورد یافتن تعادل مناسب بین تولید گرما، اتلاف گرما، راندمان، هزینه، قابلیت اطمینان و مشخصات بار واقعی است.

تاسیسات الکتریکی مدرن نیز شایسته توجه بیشتری هستند. مراکز داده،-درایوهای فرکانس متغیر، مبدل‌های انرژی تجدیدپذیر-، سیستم‌های شارژ EV، و سایر بارهای الکترونیکی قدرت-می‌توانند جریان‌های هارمونیک را ایجاد کنند. این جریان ها ممکن است تلفات اضافی ترانسفورماتور را افزایش داده و به گرمایش کمک کنند.

عوامل کلیدی موثر بر افزایش دمای ترانسفورماتور

هنگام انتخاب یا تعیین یک ترانسفورماتور غوطه‌ور{0}}روغنی، ارزش آن را دارد که به‌جای تمرکز روی یک عدد دما، به محیط کار کامل نگاه کنید.

نتیجه گیری

افزایش دمای ترانسفورماتوربخش اساسی طراحی، آزمایش و عملیات ترانسفورماتور است. این توضیح می‌دهد که یک جزء ترانسفورماتور در مقایسه با دمای محیط مرجع چقدر داغ‌تر می‌شود، و نشانه مفیدی از اثربخشی سیستم حرارتی ترانسفورماتور ارائه می‌دهد.

برای یکترانسفورماتور غوطه‌ور{0}}روغنیگرمای تولید شده توسط هسته و سیم پیچ ها به روغن عایق منتقل می شود، از طریق سیستم خنک کننده منتقل می شود، به مخزن و رادیاتورها منتقل می شود و در نهایت از طریق همرفت و تشعشع آزاد می شود.

راافزایش دمای ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغنبه عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله بارگذاری ترانسفورماتور، دمای محیط، طراحی سیم پیچ، گردش روغن، روش خنک کننده، ساخت مخزن، و منطقه انتقال حرارت{0} در دسترس.

نقطه داغ پیچ در پیچ سزاوار توجه ویژه است زیرا گرمای بیش از حد موضعی می تواند پیری عایق را تسریع کند حتی زمانی که دمای متوسط ​​در محدوده قابل قبول باقی بماند.

برای سازندگان ترانسفورماتور مانندترانسفورماتور Yaweiبنابراین، طراحی حرارتی بخش ضروری مهندسی محصول است. پیکربندی سیم پیچ،-مسیرهای جریان روغن، توزیع تلفات، طراحی رادیاتور، تجهیزات خنک‌کننده و آزمایش افزایش دما، همه باید با هم کار کنند.

هنگام تعیین یک ترانسفورماتور، همیشه موارد مربوطه را بررسی کنیداستانداردهای IEC 60076 یا IEEE C57، الزامات پروژه، سیستم عایق بندی، آرایش خنک کننده، شرایط محیطی و اطلاعات فنی تضمین شده سازنده. ارزش هایی مانند60 K، 65 K، 70 K و 78 Kدمای مرجع -مقادیر افزایشی تحت شرایط تعریف شده است، نه محدودیت‌های دمای عملیاتی عمومی برای هر ترانسفورماتور.

در پایان، طراحی حرارتی خوب اصولاً نسبتاً ساده است: تولید گرمای غیر ضروری کمتر، گرما را به طور مؤثر حرکت می دهد، نقاط داغ را تحت کنترل نگه دارید، و مطمئن شوید که ترانسفورماتور می تواند بار واقعی- جهانی را که واقعاً مشاهده می کند، تحمل کند.

اکنون تماس بگیرید