EN
Šiluminė problema transformatorių projektavime
Kiekvienas elektrinis nuostolis (vatas) virsta šiluma. 500 kVA skystojo alyvos transformatorius, veikiantis 98,5 procentų naudingumo koeficientu, vis tiek nuolat sukuria apytiksliai 7 500 vatų galios – tai atitinka tris buities šildytuvus, esančius viduje bakelyje. Be veiksmingo šilumos šalinimo, vidinė temperatūra kas 15 minučių pakiltų maždaug 10 °C, kol apvijų izoliacija sugestų. Alyva yra ne tik elektrinė izoliacija – ji yra pagrindinis aušinimo terpė, o jos šilumos perdavimo gebėjimas nulemia leistiną nuolatinę apkrovą.
Kaip aliejus cirkuliuoja be siurblio
Aliejumi skystinamo transformatoriaus aušinimas remiasi natūralia konvekcija – įkaitęs skysčio sluoksnis tampa mažiau tankus ir kyla aukštyn. Apvijos įkaitina aplinkinį aliejų, kuris kyla link bako viršaus. Susilietus su šaltesniais bako sienomis šiluma perduodama į išorę. Atvėsus ir tapęs tankesniu aliejus nusileidžia palei sienas ir grįžta prie apvijų apačios. Šis termosifono srautas veikia be jokio mechaninio siurblio.
Veikiančio aliejumi skystinamo transformatoriaus viršutinio ir apatinio aliejaus sluoksnių temperatūrų skirtumas nominaliąja apkrova yra 10 °C–20 °C. Skirtumas mažesnis nei 5 °C rodo nedidelę apkrovą. Skirtumas didesnis nei 25 °C normalios apkrovos sąlygomis rodo apribotą cirkuliaciją – galimi priežastys gali būti nuosėdos, užkimšančios aušinimo kanalus, arba susidėvėjęs, didelės klampumo aliejus.
Bako ir radiatorių konstrukcija
Talpa yra pagrindinis šilumos mainų paviršius. Plokščios sienos tinka skirstomiesiems transformatoriams iki apytiksliai 100 kVA. Virš šios galios naudojami aušinimo radijatoriai arba šilumos nuimimo spinduliai, kad padidintų paviršiaus plotą. Raukšlėtos talpos sienos padidina paviršiaus plotą 40–70 procentų lyginant su plokščiomis sienomis to paties matmenų pagrindu.
Didesniems alyva panardintiems transformatoriams, kurių galia viršija 1 000 kVA, išoriniai radijatoriai prijungiami per viršutinius ir apatinius kolektorius. Alyva įeina per viršutinį kolektorių, leidžiamasi per vamzdelius su šilumos nuimimo spinduliais, perduodama šilumą orui ir grįžta per apatinį kolektorių. Priverstinio oro aušinimo ventiliatoriai padidina šilumos išsiskyrimą 30–50 procentų – natūraliai aušinamo 1 500 kVA transformatoriaus galia gali pasiekti 2 000 kVA, kai naudojamas priverstinis oro aušinimas.
Temperatūros ribos ir izoliacijos tarnavimo trukmė
Apvijų karščiausio taško temperatūra
Karščiausias taškas yra apvijos viduje – karštoji vieta – paprastai 5 °C–15 °C aukščiau nei viršutinio alyvos temperatūra. Pagal IEEE C57.91 standartą standartinės celiuliozins izoliacijos su 65 °C vidutine apvijos temperatūros kilme maksimali karštosios vietos temperatūra turi būti ne daugiau kaip 110 °C. Izoliacijos senėjimą nulemia Arrhenio ryšys – kiekvieno 6 °C–8 °C temperatūros padidėjimo metu izoliacijos senėjimas maždaug dvigubėja. Transformatorius, veikiantis nominalia temperatūra, tarnauja 20–30 metų; jei temperatūra viršija nominalią 8 °C, tarnavimo laikas sutrumpėja perpus. Veiksminga alyva panardinta transformatoriaus aušinimo sistema palaiko temperatūrą ribose, kurios užtikrina ilgą tarnavimo laiką.
Praktinis atvejis: skirstomosios jungties galios atkūrimas
Vidurio Rytų komunalinės įmonės skirstomojoje jungtyje veikė trys 20 MVA alyva panardinti transformatoriai, kurių vasaros apkrovos metu viršutinės alyvos temperatūra siekė 82 °C–88 °C – artėjo prie 95 °C signalizavimo ribos. Aplinkos temperatūra reguliariai viršydavo 45 °C. Vasarą skirstomosios jungties apkrova buvo apribojama iki 85 procentų nuo nominaliosios galios, kad būtų išvengta karštosios vietos temperatūros viršijimo.
Analizė nustatė, kad išoriniuose radiatorių šilumos perdavimo paviršiuose sukauptas dulkių ir smėlio sluoksnis sumažino šilumos perdavimą maždaug 25 procentų. Radiatoriai buvo išvalyti, o „Hongxin Intelligent Technology“ tiekė patobulintus priverstinių oro srautų aušinimo ventiliatorius radiatorių blokams. Po valymo ir ventiliatorių keitimo aukščiausios temperatūros transformatoriuje naudojamoje alyvoje sumažėjo iki 74–78 °C. 85 procentų vasaros apkrovos apribojimas buvo panaikintas, dėl ko atstatyta 15 procentų galios.
Aušinimo našumo priežiūra
Alyvos būklės stebėjimas
Transformatorių alyva susidėvi dėl oksidacijos, kurios metu susidaro dumblys, nuosėdantis ant vidinių paviršių ir trukdantis cirkuliacijai. Kasmetinė ištirpusių dujų analizė leidžia aptikti pradinius gedimus bei suteikia duomenis apie klampumą ir dielektrinį pramušimą. Jei alyvos klampumas viršija pradinę specifikaciją daugiau kaip 15 procentų, ji turi būti filtruota arba pakeista, kad būtų išlaikyta efektyvi cirkuliacija.
Išorinių aušinimo paviršių priežiūra
Radiatorių spindulių ir baklo sienų valymas turėtų būti atliekamas kartą per metus dulkėtose aplinkose ir kas pusę metų smėliui linkusiose vietose. 1 mm storio dulkių sluoksnis sumažina šilumos perdavimą 10–20 procentų. Radiatoriaus ventiliatorius turėtų būti tikrinamas dėl guolių triukšmo ir virpesių – vieno sugenda daugiau nei vieno ventiliatoriaus masyve sumažina atitinkamos zonos aušinimą maždaug 40 procentų.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kaip alyva panardintas transformatorius save aušina be siurblio?
Natūrali termosifono cirkuliacija judina alyvą dėl tankio skirtumo – pašildyta alyva kyla per vyniojimus, perduoda šilumą baklo sienoms, atšyla ir nusileidžia žemyn. Ši aktyvi sistema veikia nuolat be mechaninių komponentų.
Kokia yra didžiausia leistina eksploatuoti temperatūra alyva panardintam transformatoriui?
IEEE C57.91 rekomenduoja maksimalią apvijų karščiausios vietos temperatūrą 110 °C standartiniam celiuloziniam izoliaciniam medžiagoms. Viršutinės alyvos temperatūra paprastai būna 5–15 °C žemesnė. Ilgalaikė eksploatacija virš leistinų ribų sumažina izoliacijos tarnavimo trukmę maždaug dvigubai kiekvienais 8 °C.
Kaip radiatorių spinduliai pagerina transformatoriaus aušinimą?
Plokščiosios plokštelės padidina talpos paviršiaus plotą šilumos perdavimui 40–70 procentų. Išorinės radiatorių grupės su priverstiniu oro aušinimu padidina našumą 30–50 procentų. „Hongxin Intelligent Technology“ tiekia aušinimo sistemos komponentus naudojantems alyvą panardintoms transformatoriams.
Kas sukelia alyvą panardinto transformatoriaus perkaitimą?
Dažniausiai perkaitimą sukelia pernagrinėjimas, nuosėdų dėl alyvos cirkuliacijos apribojimas, dulkių nusėdimas ant aušinimo paviršių bei sugenda radiatorių ventiliatoriai. Aplinkos temperatūra, viršijanti 40 °C, dar labiau pablogina šiuos veiksnius.
Kaip dažnai reikia tikrinti transformatoriaus alyvą?
Ištirpusių dujų analizė – kasmet. Kietumo ir dielektrinio stiprumo tyrimai atliekami kartu su ištirpusių dujų analizės mėginiu. Karštuose klimatuose veikiantys transformatoriai, kurie veikia arti nominalios galios, naudingiausi yra tyrimai kas pusę metų.
Ar aplinkos temperatūra riboja transformatoriaus apkrovos pajėgumą?
Krovinio talpa mažėja, kai aplinkos temperatūra viršija projektinę nuorodą — paprastai 30 °C–40 °C. Kiekvienas laipsnis aukščiau reikalauja atitinkamo apvijų temperatūros pakilimo sumažinimo, kad būtų išlaikyta tokia pati karščiausios vietos temperatūra. Naudojantys transformatorius karštuose klimatuose naudotojai vasaros mėnesiais reguliariai sumažina transformatorių apkrovą, kad išsaugotų izoliacijos tarnavimo trukmę.