Thezvýšenie teploty suchého-transformátoraje jedným z tých technických detailov, ktoré môžu na údajovom liste vyzerať jednoducho, ale v skutočnosti vám veľa napovedia o tom, ako bude transformátor fungovať v reálnej prevádzke.

Kedykoľvek je transformátor pod napätím, produkuje teplo. Niektoré pochádzajú z magnetického jadra, zatiaľ čo vo vinutí sa zvyčajne vytvára viac tepla, keď sa zvyšuje zaťaženie. To teplo sa musí dostať von. Ak zostane zachytený vo vnútri transformátora, teploty sa zvýšia, izolácia rýchlejšie starne a spoľahlivosť môže časom utrpieť.

V základných pojmoch:

Nárast teploty=Teplota transformátora − Teplota okolia

Takže ak má okolitý vzduch 40 stupňov a priemerná teplota vinutia dosiahne 140 stupňov, nárast teploty vinutia je 100 K.

Transformátory suchého{0}}typu sú chladenéskôr vzduchako izolačný olej. Preto je obzvlášť dôležité prúdenie vzduchu, vetranie, konštrukcia vinutia, izolačné materiály a chladiace kanály. V praxi by sa samotný transformátor a miestnosť, kde je inštalovaný, mali považovať za jeden tepelný systém.

Čo spôsobuje zvýšenie teploty v transformátore suchého-typu?

Zdrojov tepla je viacero, alestrata jadra a strata vinutiasú tie veľké.

K strate jadra dochádza vždy, keď je transformátor pod napätím. Pochádza hlavne z hysterézie a vírivých prúdov v magnetickom jadre. Na rozdiel od straty vo vinutí nezmizne, keď je transformátor mierne zaťažený.

Strata vinutia je tesnejšie spojená so zaťažovacím prúdom. Odporová zložka sa bežne vyjadruje ako:

P = I²R

To stojí za to venovať pozornosť, pretože prúd je štvorcový. Ak sa prúd zvýši, zahrievanie vinutia sa môže zvýšiť oveľa rýchlejšie, ako by ste očakávali.Napríklad pri 80 % menovitého prúdu je zložka I²R straty vinutia približne 64 % hodnoty pri menovitom prúde, za predpokladu, že ostatné podmienky zostanú podobné.

Existujú tiežzatúlané a dodatočné straty. Únikový tok môže indukovať prúdy v kovových konštrukčných častiach, čím vzniká lokalizované zahrievanie. Situáciu môžu skomplikovať aj harmonické prúdy. Zariadenia, ako sú systémy UPS, meniče s premenlivou frekvenciou, solárne invertory, nabíjačky elektromobilov a iné napájacie -elektronické záťaže môžu spôsobiť harmonické a zvýšiť zahrievanie transformátora.

Takže konečná teplota je v podstate rovnováha:koľko tepla transformátor vyprodukuje oproti tomu, koľko tepla sa dokáže zbaviť.

Dôležitá je aj teplota okolia. Transformátor pracujúci v horúcej elektrickej miestnosti má menšiu tepelnú rezervu ako ten istý transformátor inštalovaný v chladnejšom, dobre-vetranom priestore.

Nárast teploty transformátorov -živicovo suchých-typov

Transformátory bez -živicového suchého- typu používajú izolačné systémy, ktoré nezávisia od úplného zapuzdrenia epoxidovou živicou. V závislosti od konštrukcie môžu vinutia používať lak, sklolaminát, Nomex, vzduchovú izoláciu alebo iné pevné izolačné materiály.

Keďže okolo vinutí nie je žiadna hrubá vrstva liatej{0}}živice, prúdenie vzduchu môže zohrávať obzvlášť dôležitú úlohu. Konštrukcia musí poskytnúť dostatok priestoru na to, aby sa teplo vzdialilo od aktívnych častí bez vytvárania zbytočných tepelných prekážok.

Povrch odvodu tepla transformátorov -živicovo suchého-typu

Thepovrch rozptylu tepla transformátorov, ktoré nie sú -živicovo suchým-typomje v podstate oblasť, ktorá je k dispozícii na prenos tepla do okolitého vzduchu.

Teplo generované v jadre a vinutí musí prejsť cez izoláciu a konštrukčné komponenty predtým, ako sa dostane do vzduchu. Dobrý tepelný dizajn dáva tomuto teplu primerane priamu cestu von z transformátora.

Geometria navíjaniatu záleží. Radiálne a axiálne vzduchové kanály môžu pomôcť chladnejšiemu vzduchu vstúpiť do spodných častí transformátora, zatiaľ čo teplejší vzduch stúpa a odchádza cez horné časti. V prirodzene chladených transformátoroch sa táto cirkulácia deje hlavne cezkonvekcia.

Znie to jednoducho, ale inštalácia môže ľahko prekážať.

Ak je transformátor nainštalovaný príliš blízko steny, vetracie otvory sú zablokované alebo elektrická miestnosť má slabú cirkuláciu vzduchu, skutočná prevádzková teplota môže byť oveľa vyššia, ako sa očakávalo.

Pri väčších jednotkách možno použiť nútené{0}}chladenie vzduchom na zvýšenie prietoku vzduchu a poskytnutie dodatočnej kapacity. Ale jednoducho postaviť ventilátor vedľa transformátora nestačí. Vzduch musí dosiahnuť zamýšľané chladiace cesty vo vnútri transformátora.

Tepelné zaťaženie transformátorov -živicovo suchých-typov

Thetepelné zaťaženie transformátorov bez-živicového suchého{1}}typusúvisí najmä s ich celkovými stratami v skutočných prevádzkových podmienkach.

Strata jadra je prítomná vždy, keď je transformátor pod napätím, zatiaľ čo strata vinutia sa mení so záťažou. Keď sa prúd blíži k menovitej hodnote, zahrievanie vinutia sa značne zvyšuje kvôli vzťahu I²R.

Pozornosť si zaslúži aj samotná pripojená záťaž. Transformátor dodávajúci priame lineárne zaťaženie môže mať pomerne predvídateľný tepelný profil. Transformátor napájajúci zariadenia UPS, pohony s premenlivými{2}}otáčkami, usmerňovače alebo iné nelineárne záťaže môže byť iný príbeh.

Harmonické prúdy môžu zvýšiť dodatočné straty a spôsobiť dodatočné zahrievanie vo vinutí a kovových častiach. To je obzvlášť dôležité v dátových centrách, priemyselných závodoch, projektoch obnoviteľnej energie a nabíjacích zariadeniach EV.

Pre tieto aplikácie by výber transformátora nemal byť založený len na typovom štítku kVA. Možno bude potrebné zvážiť harmonický obsah, profil zaťaženia, očakávané prevádzkové hodiny a budúci nárast zaťaženia.

Nárast teploty transformátorov -živicovo suchých-typov

Thezvýšenie teploty transformátorov bez-živicového suchého-typuje určená rovnováhou medzi tvorbou tepla a rozptylom tepla.

Keď je transformátor prvýkrát napájaný, jeho teplota sa postupne zvyšuje. Keď sa teplotný rozdiel medzi transformátorom a okolitým vzduchom zväčšuje, zvyšuje sa aj odvod tepla. Nakoniec transformátor dosiahne relatívne stabilný tepelný stav.

Ale teplota nie je všade rovnaká.

Jadro, vinutia, izolácia, svorky a konštrukčné komponenty môžu fungovať pri rôznych teplotách. Niektoré časti vinutia sa môžu značne zohriať, než je priemerná teplota vinutia. Tieto oblasti sa všeobecne nazývajú horúce miesta.

Tento rozdiel je dôležitý, pretože starnutie izolácie je silne ovplyvnené najteplejšími oblasťami. Meranie vonkajšej strany transformátora môže poskytnúť užitočné informácie počas údržby, ale nemusí vám nevyhnutne povedať, čo sa deje vo vinutí.

IEC 60076-11 poskytuje požiadavky na testovanie nárastu teploty- transformátorov suchého typu. Bežné referenčné hodnoty zahŕňajú približne80 K pre izoláciu triedy B, 100 K pre triedu F a 125 K pre triedu H, v závislosti od platnej normy a konštrukcie transformátora.

Nárast teploty živicového-typu transformátorov

Najmä transformátory-živicového suchého typuliate-živicové transformátory, použite epoxidovú živicu ako dôležitú súčasť izolačného systému vinutia.

Živica poskytuje elektrickú izoláciu a mechanickú podporu a zároveň pomáha chrániť vinutia pred vlhkosťou, prachom a inými nečistotami z prostredia. Zároveň sa stáva súčasťou-cesty prenosu tepla.

To znamená tepelné vlastnosti živicovej hmoty. Rovnako aj usporiadanie vinutia, veľkosť vodiča, hrúbka živice, chladiace kanály a celkové straty transformátora.

Liate{0}}živicové transformátory sa bežne používajú v komerčných budovách, priemyselných závodoch, zariadeniach na výrobu obnoviteľnej energie, dopravnej infraštruktúre a iných aplikáciách, kde je dôležitá ochrana životného prostredia a spoľahlivá izolácia.

Zvýšenie teploty živicového suchého-jadra transformátora

Thezvýšenie teploty jadra transformátora-suchého živicového typupochádza hlavne zstraty jadra.

Hysterézia a straty-vírivými prúdmivyskytujú vždy, keď je jadro pod napätím. Ich úroveň závisí od magnetického materiálu, prevádzkovej frekvencie, hustoty toku, hrúbky laminácie a celkovej konštrukcie jadra.

Používanie vysokokvalitnej{0}}elektroocele a udržiavanie hustoty magnetického toku v rámci vhodného rozsahu môže pomôcť znížiť straty v jadre. Ale znižovanie strát je len časť práce. Teplo, ktoré zostáva, stále potrebuje dobrú cestu von z transformátora.

Nadmerný rozptylový tok alebo zlý magnetický dizajn môžu tiež spôsobiť lokálne zahrievanie v jadre a blízkych kovových komponentoch. To je dôvod, prečo je potrebné elektromagnetický a tepelný dizajn posudzovať spoločne a nie oddelene.

Počas testovania nárastu{0}}teploty z výroby je transformátor v prevádzke, kým nedosiahne stabilný tepelný stav. Namerané výsledky pomáhajú potvrdiť, že môže pracovať pri svojich menovitých podmienkach bez prekročenia špecifikovaných limitov.

Nárast teploty vinutia transformátora-typu živice

Thezvýšenie teploty vinutia transformátora-suchého živicového typuje jedným z najdôležitejších tepelných hľadísk pri konštrukcii liatych{0}}živicových transformátorov.

Prúd prechádzajúci vodičmi vytvára teplo. Toto teplo potom musí prejsť cez izoláciu a živicu, kým sa dostane do okolitého vzduchu.

V dôsledku toho veľkosť vodiča, prúdová hustota, usporiadanie vinutia, hrúbka izolácie, tepelné vlastnosti živice, chladiace cesty a straty pri zaťažení ovplyvňujú konečnú teplotu vinutia.

A opäť, teplota vo vnútri vinutia nie je dokonale rovnomerná. Vnútorné horúce miesto môže byť výrazne horúcejšie ako vonkajší povrch živice.

To je dôvod, prečo je infračervený teplomer užitočný na kontrolu vonkajších podmienok počas údržby, ale sám o sebe nedokáže určiť skutočnú vnútornú teplotu horúceho bodu-.

Pri náročnom zaťažení sa to stáva ešte dôležitejším. Priemyselné stroje, dátové centrá, zariadenia na výrobu obnoviteľnej energie a energetické-elektronické systémy môžu vytvárať rýchlo sa meniace alebo relatívne vysoké úrovne zaťaženia. Transformátor vybraný pre tieto aplikácie by sa mal hodnotiť na základe jeho skutočného prevádzkového profilu, nielen jeho nominálnej hodnoty kVA.

Nárast teploty a trieda izolácie

Tepelná izolácia je ďalšou dôležitou súčasťou-obrazu nárastu teploty.

Napríklad, ak je okolitá teplota 40 stupňov a špecifikovaný nárast teploty je 100 K, priemerná teplota vinutia by bola približne 140 stupňov.

To neznamená, že každý bod vinutia je presne 140 stupňov. Vnútorné horúce miesta môžu byť vyššie.

Vyššia trieda izolácie poskytuje väčšiu tepelnú kapacitu, ale nemala by sa interpretovať ako dôvod na úmyselné prevádzkovanie transformátora pri zahrievaní. Udržiavanie prevádzkových teplôt pod kontrolou stále pomáha znižovať starnutie izolácie a poskytuje väčšiu tepelnú rezervu.

Nárast teploty transformátora typu Živica vs. -Suchý-živicový

Transformátory živicového aj -neživicového suchého- typu môžu poskytovať spoľahlivý tepelný výkon, ak sú správne navrhnuté.

Neexistuje jednoduché pravidlo, že jeden typ má vždy nižší nárast teploty.

Dobre{0}}navrhnutý transformátor bez{1}}živice dokáže efektívne odvádzať teplo cez otvorené štruktúry vinutia a dobré prúdenie vzduchu. Odlievaný-živičný transformátor môže kombinovať silnú mechanickú a environmentálnu ochranu s dobrým tepelným výkonom, ak je jeho živica a konštrukcia vinutia správne skonštruovaná.

Lepší výber závisí od aplikácie, prostredia inštalácie, požadovaného izolačného systému, podmienok zaťaženia a špecifikácií projektu.

Ako ovládať nárast teploty suchého{0}}typu transformátora

Základná myšlienka je celkom jednoduchá:generovať menej tepla a efektívnejšie odvádzať generované teplo.

Materiály jadra s nízkou{0}}stratou, správne dimenzované vodiče, optimalizované štruktúry vinutia a efektívne chladiace kanály môžu pomôcť znížiť nárast teploty počas fázy návrhu.

Správne dimenzovanie transformátora je rovnako dôležité. Transformátor, ktorý pracuje nepretržite pri plnom zaťažení alebo blízko neho, bude prirodzene vystavený väčšiemu tepelnému namáhaniu ako transformátor s určitou voľnou kapacitou.

Dôležité je aj prostredie inštalácie. Okolo transformátora by mal byť dostatočný priestor na cirkuláciu vzduchu a vetracie otvory by mali zostať voľné. Ak je transformátor nainštalovaný vo vnútri elektrickej miestnosti, ventilačný alebo klimatizačný-systém miestnosti by mal zodpovedať za teplo uvoľnené transformátorom.

V prípade transformátorov navrhnutých na prevádzku AN/AF môže nútené-chladenie vzduchom poskytnúť dodatočnú kapacitu v obdobiach vysokého dopytu. Ventilátory a ovládacie prvky by sa mali pravidelne kontrolovať, aby bolo dodatočné chladenie skutočne dostupné v prípade potreby.

Bežná údržba môže zabrániť mnohým tepelným problémom, ktorým sa dá vyhnúť. Hromadenie prachu môže obmedziť prúdenie vzduchu, zatiaľ čo uvoľnené elektrické spojenia môžu vytvárať lokalizované horúce miesta. Ak sú prítomné nelineárne záťaže, kontrola harmonických prúdov môže tiež pomôcť identifikovať neočakávané zdroje zahrievania transformátora.

Prečo je nárast teploty dôležitý pre životnosť transformátora

Teplota má priamy vzťah so starnutím izolácie. Nepretržitá prevádzka pri nadmerných teplotách môže urýchliť zhoršovanie izolácie a prípadne skrátiť životnosť transformátora.

Zvýšenie teploty by sa však nemalo brať do úvahy samo osebe. Trieda izolácie, teplota okolia, zaťaženie, spôsob chladenia a konštrukcia transformátora spolupracujú.

Pri výbere suchého- transformátora je preto lepšie pozerať sa za hranice základného napätia a kVA. Medzi dôležité teplotné špecifikácie patrí nárast teploty, trieda izolácie, spôsob chladenia, žiadna-strata záťaže, strata záťaže, okolitá teplota, nadmorská výška inštalácie, harmonické zaťaženie a očakávaný profil záťaže.

Záver

Thezvýšenie teploty suchých-transformátorovje dôležitou súčasťou hodnotenia výkonu a spoľahlivosti transformátora. Straty v jadre, vinutí, rozptýlené a ďalšie straty vytvárajú teplo, zatiaľ čo konštrukcia transformátora a prostredie inštalácie určujú, ako efektívne sa toto teplo odvádza.

Pretransformátory bez-živicového suchého-typu, povrch pre odvod tepla, prúdenie vzduchu a chladiace kanály vinutia zohrávajú obzvlášť dôležitú úlohu. Preživicové suché-transformátoryTepelné vlastnosti živice a konštrukcia zapuzdrených vinutí sú rovnako významné.

Hodnota nárastu teploty- by sa nikdy nemala považovať za izolovanú hodnotu. Dáva to oveľa väčší zmysel, keď sa berie do úvahy trieda izolácie, teplota okolia, zaťaženie transformátora, spôsob chladenia, straty, nadmorská výška a harmonický obsah.

Pre priemyselné závody, komerčné budovy, projekty obnoviteľnej energie, dátové centrá a ďalšie náročné aplikácie môže výber suchého- transformátora so správnym tepelným dizajnom pomôcť udržať prevádzkové teploty pod kontrolou, spomaliť starnutie izolácie a podporiť spoľahlivú prevádzku počas životnosti transformátora.

Kontaktujte teraz