Theпідвищення температури сухого-трансформатораце одна з тих технічних деталей, які можуть виглядати простими на аркуші даних, але насправді говорять вам досить багато про те, як трансформатор працюватиме в реальних умовах.

Щоразу, коли трансформатор знаходиться під напругою, він виділяє тепло. Частина надходить від магнітного сердечника, тоді як більше тепла зазвичай генерується в обмотках із збільшенням навантаження. Це тепло має вийти. Якщо він залишається в пастці всередині трансформатора, температура підвищується, ізоляція старіє швидше, а надійність може погіршитися з часом.

В основних термінах:

Підвищення температури=Температура трансформатора − Температура навколишнього середовища

Отже, якщо навколишнє повітря має температуру 40 градусів, а середня температура обмотки досягає 140 градусів, підвищення температури обмотки становить 100 К.

Сухі-трансформатори охолоджуютьсярадше повітряніж ізоляційне масло. Це робить потік повітря, вентиляцію, обмотку, ізоляційні матеріали та охолоджувальні канали особливо важливими. На практиці сам трансформатор і приміщення, де він встановлений, слід розглядати як одну теплову систему.

Що спричиняє підвищення температури в сухому-трансформаторі?

Є кілька джерел тепла, алевтрати сердечника та втрати обмоткиє великими.

Втрата в сердечнику відбувається кожного разу, коли трансформатор знаходиться під напругою. В основному це відбувається через гістерезис і вихрові струми в магнітопроводі. На відміну від втрат в обмотці, вони не зникають при невеликому навантаженні трансформатора.

Втрати в обмотці більш тісно пов'язані зі струмом навантаження. Резистивний компонент зазвичай виражається як:

P = I²R

На це варто звернути увагу, тому що струм квадратний. Якщо сила струму зростає, нагрів обмотки може збільшитися набагато швидше, ніж можна було б очікувати.Наприклад, при 80% номінального струму компонент I²R втрати обмотки становить приблизно 64% ​​від значення при номінальному струмі, припускаючи, що інші умови залишаються такими ж.

Є такожблукаючі та додаткові втрати. Потік витоку може індукувати струми в металевих конструктивних частинах, створюючи локальне нагрівання. Гармонічні струми також можуть ускладнити ситуацію. Таке обладнання, як системи ДБЖ,-частотні приводи, сонячні інвертори, зарядні пристрої для електромобілів та інші силові-електронні навантаження можуть створювати гармоніки та посилювати нагрів трансформатора.

Таким чином, кінцева температура в основному є балансом:скільки тепла виробляє трансформатор проти того, скільки тепла він може позбутися.

Температура навколишнього середовища також має значення. Трансформатор, який працює в гарячому електричному приміщенні, має менший термічний запас, ніж той самий трансформатор, встановлений у більш прохолодному, добре-провітрюваному приміщенні.

Підвищення температури не-смоляних сухих-трансформаторів

У трансформаторах без -сухого{1}} типу смоли використовуються системи ізоляції, які не залежать від повної інкапсуляції з епоксидної смоли. Залежно від конструкції обмотки можуть використовувати лак, скловолокно, номекс, повітряну ізоляцію або інші тверді ізоляційні матеріали.

Оскільки навколо обмоток немає товстого литого-шару смоли, потік повітря може відігравати особливо важливу роль. Конструкція повинна забезпечити достатньо місця для відведення тепла від активних частин без створення непотрібних теплових вузьких місць.

Поверхня розсіювання тепла трансформаторів без-смоляного сухого-типу

Theповерхня розсіювання тепла не{0}}смоляних сухих-трансформаторівце по суті площа, доступна для передачі тепла в навколишнє повітря.

Тепло, що виділяється в сердечнику та обмотках, має проходити через ізоляцію та структурні компоненти, перш ніж досягти повітря. Хороший тепловий дизайн дає цьому теплу достатньо прямий вихід із трансформатора.

Геометрія намотуванняпитання тут. Радіальні та осьові повітряні канали можуть допомогти більш холодному повітрю надходити в нижні секції трансформатора, тоді як більш тепле повітря піднімається та виходить через верхні секції. У трансформаторах з природним охолодженням ця циркуляція відбувається переважно черезконвекція.

Звучить просто, але встановлення може легко стати на заваді.

Якщо трансформатор встановлено надто близько до стіни, вентиляційні отвори заблоковані або в електричній кімнаті погана циркуляція повітря, фактична робоча температура може бути набагато вищою за очікувану.

Для більших блоків можна використовувати-примусове повітряне охолодження, щоб збільшити потік повітря та забезпечити додаткову потужність. Але просто поставити вентилятор поруч з трансформатором недостатньо. Повітря має досягати призначених шляхів охолодження всередині трансформатора.

Теплове навантаження не-смоляних сухих-трансформаторів

Theтеплове навантаження не{0}}смоляних сухих-трансформаторівв основному пов'язана з їх загальними втратами в реальних умовах експлуатації.

Втрати в сердечнику присутні щоразу, коли трансформатор знаходиться під напругою, тоді як втрати в обмотці змінюються з навантаженням. Коли струм наближається до номінального значення, нагрів обмотки значно збільшується через співвідношення I²R.

Заслуговує на увагу і сама підключена навантаження. Трансформатор, що постачає пряме лінійне навантаження, може мати досить передбачуваний тепловий профіль. Трансформатор, що живить обладнання ДБЖ,-приводи із змінною швидкістю, випрямлячі чи інші нелінійні навантаження, може бути іншою історією.

Гармонічні струми можуть збільшити додаткові втрати та викликати додаткове нагрівання в обмотках і металевих частинах. Це особливо актуально для центрів обробки даних, промислових підприємств, проектів з відновлюваної енергетики та зарядних установок для електромобілів.

Для цих застосувань вибір трансформатора не повинен базуватися лише на табличці кВА. Вміст гармонік, профіль навантаження, очікувані робочі години та майбутнє зростання навантаження можуть бути враховані.

Підвищення температури не-смоляних сухих-трансформаторів

Theпідвищення температури не{0}}смоляних сухих-трансформаторіввизначається балансом між теплоутворенням і тепловіддачею.

При першому включенні трансформатора його температура поступово підвищується. Оскільки різниця температур між трансформатором і навколишнім повітрям стає більшою, розсіювання тепла також збільшується. Згодом трансформатор досягає відносно стабільного теплового стану.

Але температура не всюди однакова.

Сердечник, обмотки, ізоляція, затискачі та структурні компоненти можуть працювати при різних температурах. Деякі ділянки обмотки можуть нагріватися значно вище середньої температури обмотки. Ці зони зазвичай називають гарячими точками.

Ця різниця має значення, оскільки на старіння ізоляції сильно впливають найгарячіші зони. Вимірювання зовнішньої сторони трансформатора може надати корисну інформацію під час технічного обслуговування, але воно не обов’язково скаже вам, що відбувається всередині обмотки.

IEC 60076-11 містить вимоги до-випробування сухих трансформаторів підвищенням температури. Загальні довідкові значення включають приблизно80 K для ізоляції класу B, 100 K для класу F і 125 K для класу Hзалежно від застосовного стандарту та конструкції трансформатора.

Підвищення температури сухих трансформаторів-типу смоли

Особливо смоляні сухі-трансформаторитрансформатори з литої-смоли, використовуйте епоксидну смолу як важливу частину системи ізоляції обмоток.

Смола забезпечує електричну ізоляцію та механічну підтримку, одночасно допомагаючи захистити обмотки від вологи, пилу та інших забруднень навколишнього середовища. Водночас він стає частиною-шляху теплопередачі.

Це означає, що теплові властивості смоли мають значення. Так само і розташування обмоток, розмір провідника, товщина смоли, канали охолодження та загальні втрати трансформатора.

Трансформатори з литої смоли зазвичай використовуються в комерційних будівлях, промислових підприємствах, установках з відновлюваними джерелами енергії, транспортній інфраструктурі та інших сферах, де важливі захист навколишнього середовища та надійна ізоляція.

Підвищення температури полімерного сухого-сердечника трансформатора

Theпідвищення температури полімерного сухого-сердечника трансформаторав основному походить звтрати в сердечнику.

Гістерезис і втрати-на вихрові струмивиникають щоразу, коли ядро ​​знаходиться під напругою. Їх рівень залежить від магнітного матеріалу, робочої частоти, щільності потоку, товщини ламінації та загальної конструкції сердечника.

Використання високо{0}}якісної електротехнічної сталі та підтримання щільності магнітного потоку в належному діапазоні може допомогти зменшити втрати в сердечнику. Але зменшення втрат — це лише частина роботи. Тепло, яке залишається, все ще потребує хорошого виходу з трансформатора.

Надмірний блукаючий потік або погана магнітна конструкція також можуть спричинити локалізоване нагрівання в сердечнику та прилеглих металевих компонентах. Ось чому електромагнітну та теплову конструкцію слід розглядати разом, а не окремо.

Під час заводських-випробувань на підвищення температури трансформатор працює, доки він не досягне стабільного теплового стану. Результати вимірювань допомагають підтвердити, що він може працювати в номінальних умовах без перевищення встановлених обмежень.

Підвищення температури смоляних обмоток сухого трансформатора-типу

Theпідвищення температури смоляних обмоток трансформаторів-сухого типує одним із найважливіших термічних факторів у конструкції трансформатора з литої{0}}смолою.

Струм, що протікає по провідниках, виділяє тепло. Потім це тепло має пройти через ізоляцію та смолу, перш ніж досягти навколишнього повітря.

У результаті розмір провідника, щільність струму, розташування обмотки, товщина ізоляції, теплові властивості смоли, шляхи охолодження та втрати навантаження впливають на кінцеву температуру обмотки.

І знову ж таки, температура всередині обмотки не є абсолютно рівномірною. Внутрішня гаряча точка може бути значно гарячішою, ніж зовнішня поверхня смоли.

Ось чому інфрачервоний термометр корисний для перевірки зовнішніх умов під час технічного обслуговування, але він сам по собі не може визначити фактичну внутрішню температуру-гарячої точки.

Це стає ще більш важливим при високих навантаженнях. Промислове обладнання, центри обробки даних, обладнання для відновлюваних джерел енергії й-електронні системи живлення можуть створювати швидкі зміни або відносно високі рівні навантаження. Трансформатор, вибраний для цих застосувань, слід оцінювати на основі його фактичного робочого профілю, а не лише його номінальної потужності в кВА.

Підвищення температури та клас ізоляції

Термічний клас ізоляції є ще однією важливою частиною-картини підвищення температури.

Наприклад, якщо температура навколишнього середовища становить 40 градусів, а вказане підвищення температури становить 100 К, середня температура обмотки становитиме приблизно 140 градусів.

Це не означає, що кожна точка обмотки становить рівно 140 градусів. Внутрішні гарячі точки можуть бути вищими.

Вищий клас ізоляції забезпечує більшу теплову здатність, але це не слід тлумачити як причину для навмисної роботи трансформатора з підвищеною температурою. Підтримання робочих температур під контролем все ще допомагає зменшити старіння ізоляції та забезпечує більший термічний запас.

Підвищення температури трансформатора на основі смоли проти-сухого-типу смоли

Як полімерні, так і не-смоляні сухі-трансформатори можуть забезпечувати надійні теплові характеристики за належної конструкції.

Немає простого правила, яке б стверджувало, що один тип завжди має меншу температуру.

Добре-сконструйований не-смоляний трансформатор може ефективно розсіювати тепло через відкриті структури обмоток і хороший потік повітря. Тим часом трансформатор із литої смоли може поєднувати міцний механічний захист і захист від навколишнього середовища з хорошими тепловими характеристиками, якщо його конструкцію з полімеру та обмотки правильно розроблено.

Кращий вибір залежить від застосування, середовища встановлення, необхідної системи ізоляції, умов навантаження та специфікацій проекту.

Як контролювати підвищення температури сухого-трансформатора

Основна ідея досить проста:генерувати менше тепла та ефективніше відводити утворене тепло.

Матеріали серцевини з низькими-втратами, провідники правильного розміру, оптимізовані структури обмоток і ефективні канали охолодження можуть допомогти зменшити підвищення температури на етапі проектування.

Не менш важливим є правильний вибір розміру трансформатора. Трансформатор, який безперервно працює з повним або близьким до нього навантаженням, природним чином зазнає більшого теплового навантаження, ніж трансформатор із деякою резервною потужністю.

Середовище встановлення також має значення. Навколо трансформатора має бути достатньо місця для циркуляції повітря, а вентиляційні отвори повинні залишатися вільними. Якщо трансформатор встановлено в електричній кімнаті, система вентиляції чи кондиціонування-повітря має враховувати тепло, що виділяється трансформатором.

Для трансформаторів, розроблених для роботи AN/AF, примусове-повітряне охолодження може забезпечити додаткову потужність у періоди високого попиту. Вентилятори та елементи керування слід регулярно перевіряти, щоб додаткове охолодження дійсно було доступним у разі потреби.

Регулярне технічне обслуговування може запобігти багатьом тепловим проблемам, яких можна уникнути. Накопичення пилу може перешкоджати потоку повітря, а слабкі електричні з’єднання можуть створювати локалізовані гарячі точки. За наявності нелінійних навантажень перевірка гармонійних струмів також може допомогти виявити несподівані джерела нагрівання трансформатора.

Чому підвищення температури впливає на термін служби трансформатора

Температура безпосередньо залежить від старіння ізоляції. Безперервна робота при надмірних температурах може прискорити зношення ізоляції та, зрештою, скоротити термін служби трансформатора.

Але підвищення температури не варто розглядати як самостійне. Клас ізоляції, температура навколишнього середовища, навантаження, метод охолодження та конструкція трансформатора працюють разом.

Тому, вибираючи сухий трансформатор-типу, краще дивитися не лише на базову напругу та номінали кВА. До важливих теплових характеристик належать підвищення температури, клас ізоляції, метод охолодження, втрати без{2}}навантаження, втрати навантаження, температура навколишнього середовища, висота встановлення, гармонічне навантаження та очікуваний профіль навантаження.

Висновок

Theпідвищення температури сухих-трансформаторівє важливою частиною оцінки продуктивності та надійності трансформатора. Сердечник, обмотка, розсіяні та додаткові втрати створюють тепло, тоді як конструкція трансформатора та середовище встановлення визначають, наскільки ефективно це тепло відводиться.

длябез{0}}смоляні сухі-трансформаториособливо важливу роль відіграють поверхня розсіювання тепла, потік повітря та звивисті канали охолодження. дляполімерні сухі-трансформатори, термічні властивості смоли та конструкція інкапсульованих обмоток однаково важливі.

Значення підвищення-температури ніколи не слід розглядати як ізольовану цифру. Це має набагато більше сенсу, якщо розглядати разом із класом ізоляції, температурою навколишнього середовища, навантаженням трансформатора, методом охолодження, втратами, висотою та вмістом гармонік.

Для промислових підприємств, комерційних будівель, проектів з використанням відновлюваних джерел енергії, центрів обробки даних та інших вимогливих застосувань вибір сухого-трансформатора з правильною тепловою конструкцією може допомогти контролювати робочі температури, уповільнити старіння ізоляції та забезпечити надійну роботу протягом усього терміну служби трансформатора.

Зв'язатися зараз