Sustavi hlađenja energetskih transformatora. Usporedba različitih sustava hlađenja transformatora
Trenutno domaći uljni transformatori koriste sustave hlađenja prikazane u tablici. jedan.
Tablica 1. Sustavi hlađenja uljnih transformatora koji se koriste u domaćoj industriji transformatora
Oznaka rashladnog sustava |
|||
Cirkulacija ulja |
Hlađenje uljem |
||
Prirodno |
prirodni zrak |
||
Prirodno |
prisilni zrak |
||
Prisilno |
prirodni zrak |
||
Prisilno |
prisilni zrak |
||
Prirodno |
Prisilna voda |
||
Prisilno |
Prisilna voda |
||
Prisilni smjer |
prisilni zrak |
||
Prisilni smjer |
Prisilna voda |
Ovakvim načinom hlađenja toplina koja se oslobađa u aktivnom dijelu i elementima metalne konstrukcije transformatora prirodnom konvekcijom predaje ulju, a ono je također prirodnom konvekcijom i zračenjem predaje okolnom zraku. U transformatorima male snage (do nekoliko desetaka kV-A), površina spremnika za oslobađanje topline dovoljna je za odvođenje oslobođene topline pri normaliziranom višku temperature ulja. Kod transformatora većih snaga potrebno ju je umjetno povećati primjenom rebrastih i cjevastih spremnika ili spremnika s ugrađenim ili udaljenim radijatorima.
U transformatorima snage veće od 6,3-10 MB-A, teško je razviti površinu spremnika za oslobađanje topline do te mjere da osigura zadanu razinu zagrijavanja. To postaje jasno ako se uzme u obzir da, prema zakonima rasta u nizu sličnih transformatora (tj. u onima u kojima su odgovarajuće linearne dimenzije proporcionalne), uz konstantno elektromagnetsko opterećenje (indukcija u magnetskom krugu i struja gustoća u namotima), gubici rastu proporcionalno kubu linearnih dimenzija, dok rashladne površine rastu proporcionalno kvadratu tih dimenzija. Stoga se mora prihvatiti dodatne mjere za poboljšanje hlađenja puhanjem radijatora s ventilatorima. Dakle, koeficijent prijenosa topline i, sukladno tome, uklanjanje topline radijatora povećava se za 1,5-2 puta. Kada temperatura gornjih slojeva ulja padne na 50C, ako je struja opterećenja manja od nazivne, ventilatori se isključuju.
Ovaj sustav hlađenja rijetko se koristi u domaćoj industriji. Ovakvim sustavom, zbog prisilne cirkulacije ulja pomoću pumpe, postiže se ravnomjernija raspodjela temperature ulja po visini spremnika transformatora i smanjenje temperature gornjih slojeva ulja.
U transformatorima snage od oko 100 MB-A i više, izvanredni gubici su toliko značajni da se za njihovo otklanjanje moraju koristiti posebni hladnjaci ulje-zrak, koji se upuhuju ventilatorima i opremljeni pumpama za prisilnu cirkulaciju ulja. Kako bi se povećala učinkovitost puhanja, cijevi u takvim hladnjacima imaju visoko razvijenu rebrastu vanjsku površinu. Zbog prisilne cirkulacije ulja postiže se ravnomjernija raspodjela temperature ulja po visini spremnika. Razlika u temperaturi ulja na vrhu i dnu spremnika je u ovom slučaju manja od 10°C, dok u prirodnoj cirkulaciji doseže 20-30°C. Hladnjaci koje trenutno proizvodi domaća industrija imaju odvođenje topline od 160-180 kW. U slučaju gašenja rashladnog sustava, transformatori mogu ostati uključeni vrlo kratko vrijeme, budući da površina spremnika za oslobađanje topline nije dovoljna ni za uklanjanje gubitaka. prazan hod. Nedostatak ovakvog sustava hlađenja je što prijenos topline s namota na ulje ostaje gotovo isti kao kod prirodne konvekcije, budući da se prisilna cirkulacija ulja događa samo u području između vanjskog namota i stijenke spremnika transformatora.
MB sustav hlađenja.
U domaćoj industriji transformatora ovaj sustav hlađenja nije široko korišten. Za hlađenje ulja koristi se voda koja cirkulira u cijevima smještenim u gornjem dijelu spremnika, u zoni najtoplijeg ulja. Voda se pumpa kroz cijevi uz pomoć pumpi.
Ovaj vrlo učinkovit i kompaktan sustav hlađenja koristi se za transformatore velike snage kada ima dovoljno vode (hidroelektrane, vrlo snažne termoelektrane). Omogućuje vam da napustite DC sustav hlađenja, koji s vrlo velikom snagom transformatora postaje prilično glomazan. Ovaj sustav hlađenja temelji se na upotrebi hladnjaka ulje-voda s glatkim ili rebrastim cijevima i kretanju vode kroz cijevi, a ulja - u prstenastom prostoru. Zahvaljujući konstruktivnim mjerama, osigurano je cik-cak kretanje ulja u hladnjaku s poprečnim strujanjem oko cijevi. Veliki odvod topline (do 1000 kW ili više) i male ukupne dimenzije hladnjaka ulja i vode postižu se zbog povećanja koeficijenta prijenosa topline sa stijenke cijevi kada se hladi vodom. Kada je ovaj sustav hlađenja isključen, kao u istosmjernom sustavu, transformatori također mogu ostati u pogonu vrlo ograničeno vrijeme. Nedostatak ovoga: rashladni sustav po intenzitetu hlađenja namota jednak je istosmjernom sustavu hlađenja.
Sustavi hlađenja s usmjerenom cirkulacijom ulja u NDC i NC namotima.
Moguće je poboljšati hlađenje namota i istodobno osigurati ravnomjerniju raspodjelu temperature u njima stvaranjem prisilne (usmjerene) cirkulacije ulja u rashladnim kanalima namota potrebnom brzinom, osiguravajući potrebne temperaturne uvjete . Ovdje su moguće dvije verzije - s jednokružnim i dvokružnim shemama cirkulacije ulja. U prvoj verziji, ulje uzeto s vrha spremnika prolazi kroz hladnjake ulje-zrak ili ulje-voda i dovodi se u namote. U drugoj verziji, uz krugove za hlađenje ulja slične DC ili C sustavima, postoje neovisni krugovi za hlađenje namota, a ulje koje crpka uzima iz gornjeg dijela spremnika dovodi se, zaobilazeći hladnjake, u donji dio spremnika i dalje do rashladnih krugova namota. Druga verzija rashladnog sustava je nešto kompliciranija i skuplja.
Ovaj sustav hlađenja omogućuje, ako je potrebno (na primjer, u transformatorima najveće snage), povećanje elektromagnetskih opterećenja, ali komplicira dizajn izolacije i namota, kao i tehnologiju sastavljanja i ispitivanja transformatora (hidraulička ispitivanja ulja nužni su cirkulacijski krugovi u namotu). Stoga se takvi sustavi koriste u domaćoj industriji transformatora za transformatore kapaciteta 400 MB-A i više.
Metode hlađenja. Konstrukcija transformatora je u velikoj mjeri određena načinom hlađenja, koji ovisi o nazivnoj snazi. S povećanjem snage transformatora potrebno je povećati intenzitet njegovog hlađenja. U energetskim transformatorima za odvođenje topline iz namota i magnetskog kruga koriste se sljedeći načini hlađenja: zrakom, uljem i pomoću nezapaljivog tekućeg dielektrika. Svaka vrsta hlađenja ima odgovarajući simbol.
Transformatori hlađeni zrakom (suhi transformatori). Kod prirodnog zračnog hlađenja magnetski krug, namoti i ostali dijelovi transformatora su u neposrednom dodiru s okolnim zrakom, pa se hlade konvekcijom zraka i zračenjem. Suhi transformatori (slika 2.18) postavljaju se u zatvorenom prostoru (u zgradama, proizvodnim pogonima itd.), dok je glavni zahtjev osiguranje zaštite od požara.
U radu su praktičniji od uljnih, jer eliminiraju potrebu za povremenim čišćenjem i zamjenom ulja. Međutim, treba napomenuti da zrak ima nižu električnu čvrstoću od transformatorskog ulja, stoga su u suhim transformatorima svi izolacijski otvori i ventilacijski kanali veći nego u uljnim transformatorima. Zbog niže toplinske vodljivosti zraka u odnosu na ulje, elektromagnetska opterećenja aktivnih materijala u suhim transformatorima su manja nego u uljnim, što dovodi do povećanja presjeka žica namota i magnetskog kruga. Zbog toga je masa aktivnih dijelova (namota i magnetskog kruga) suhih transformatora veća od mase uljnih. Trenutno suhi transformatori imaju kapacitete do 10 MB A i VN napone namota do 35 kV. Montiraju se samo u suhim zatvorenim prostorijama s relativnom vlagom zraka do 80% kako bi se izbjeglo prekomjerno vlaženje namota.
Suhi transformatori s prirodnim zračnim hlađenjem mogu biti otvorene (C), zaštićene (SZ) ili zabrtvljene (SG) izvedbe. Transformatori tipa SZ zatvoreni su zaštitnim kućištem s rupama, a tip SG - hermetičkim kućištem. Za povećanje intenziteta hlađenja koristi se puhanje namota i magnetskog kruga strujanjem zraka iz ventilatora. Suhi transformatori sa mlazom zraka imaju oznaku SD.
Transformatori male snage obično se izrađuju s hlađenjem tipa C. U nekim slučajevima stavljaju se u kućište ispunjeno termoreaktivnim spojevima na bazi epoksidnih smola ili drugih sličnih materijala. Takvi spojevi imaju visoka električna izolacijska svojstva i svojstva zaštite od vlage. Nakon stvrdnjavanja, ne tope se kada povišene temperature i pružiti pouzdana zaštita transformatora od mehaničkih i atmosferskih utjecaja.
Transformatori hlađeni uljem. NA transformatora s prirodnim uljnim hlađenjem (M) magnetski krug s namotima uronjen je u spremnik napunjen temeljito pročišćenim mineralnim (transformatorskim) uljem (sl. 2.19).
Transformatorsko ulje ima veću toplinsku vodljivost od zraka, te dobro odvodi toplinu iz namota i magnetskog kruga transformatora na stijenke spremnika, koji ima veću površinu hlađenja od transformatora. Uranjanjem transformatora u spremnik s posebnim uljem također se povećava električna čvrstoća izolacije njegovih namota i sprječava njeno vlaženje i gubitak izolacijskih svojstava pod utjecajem atmosferskih utjecaja. Uz pravilan rad uljnih transformatora, kada temperatura izolacije na najtoplijem mjestu ne prelazi 105 ° C, transformator može služiti 20-25 godina. Povećanje temperature za 8 ° C dovodi do smanjenja vijeka trajanja transformatora za oko pola.
U transformatorima snage 20-30 kVA oslobađa se relativno mala količina topline, pa njihovi spremnici imaju glatke stijenke; kod jačih transformatora (20-1800 kVA) rashladna površina spremnika se umjetno povećava korištenjem rebrastih ili valovitih stijenki ili okružujući spremnik sustavom cijevi u kojima cirkulira ulje zbog koncepta. Za povećanje intenziteta hlađenja u transformatorima snage veće od 1800 kVA, montirani ili odvojeno instalirani cijevni izmjenjivači topline (radijatori) pričvršćeni su na spremnik, koji pomoću cijevi s prirubnicom komuniciraju s unutarnjom šupljinom spremnika (Sl. 2.20, a). Hladnjak ima pojačanu cirkulaciju ulja i intenzivno hlađenje. Uljni transformatori tipa M koriste se za kapacitete od 10-10000 kVA.
Transformatori snage 10000-63000 kV A obično se izrađuju s puhanjem (tip D). U ovom slučaju, prijenos topline s površine radijatora prisiljava se puhanjem ventilatora. Svaki radijator puše dva ventilatora (slika 2.20, b), dok se prijenos topline povećava za 1,5 -1,6 puta. U istosmjernim transformatorima ulje se pumpa iz spremnika pomoću pumpe i pokreće kroz montirane ili odvojeno ugrađene izmjenjivače topline (hladnjake) koje upuhuje zrak. Hlađenje s prisilnom cirkulacijom ulja koristi se kod kapaciteta od 16.000-250.000 kVA i više. Kada se koristi hlađenje ulje-voda, zagrijano ulje prolazi kroz izmjenjivače topline hlađene vodom. Ulje cirkulira prirodnom konvekcijom (za tip hlađenja MB) ili pomoću pumpe (za tip hlađenja C).
Transformatori hlađeni nezapaljivim tekućim dielektrikom. Hlađeni transformatori tipa H i ND izrađuju se sa zatvorenim spremnikom, koji je ispunjen nezapaljivim tekućim dielektrikom. Obično se koriste sintetski izolacijski materijali - sovtol i sl., koji imaju približno ista elektroizolaciona svojstva i toplinsku vodljivost kao transformatorsko ulje. Hlađeni transformatori tipa H i ND su vatrootporni i mogu se instalirati u zatvorenom prostoru. Proizvode se s kapacitetom od 160-2500 kV A na naponu od 6 i 10 kV.
Sovtol je mješavina polikloriranog bifenila (sovola) s triklorobenzenom koji se dodaje radi smanjenja viskoznosti i stiništa smjese. Kada se koristi sovtol u umjerenoj klimi, sadrži 65% polikloriranog bifenila i 35% triklorobenzena; za tropske uvjete, odnosno 90 odnosno 10%. Skuplje je od transformatorskog ulja, otrovno, što zahtijeva pažljivo brtvljenje rashladnog sustava.
Zaštita ulja od dodira s atmosferskim zrakom. Tijekom rada ulje u transformatoru se zagrijava i širi. Kada se opterećenje smanji, hladi se i vraća na prvobitni volumen. Stoga uljni transformatori snage 25 kVA i više imaju mali dodatni ekspanzijska posuda(Sl. 2.21), spojen na unutarnju šupljinu glavnog spremnika. Kada se transformator zagrijava, volumen ulja u ekspanderu se mijenja. Njegov volumen je oko 10% volumena ulja u spremniku. Upotrebom ekspandera može se znatno smanjiti površina kontakta ulja i zraka, čime se smanjuje njegovo onečišćenje i vlažnost.
Ekspanderi imaju sušilicu zraka ispunjenu sorbentom - tvari koja apsorbira vlagu iz zraka koji ulazi u ekspander. Na snazi od 160 kVA i više, također su instalirani termosifonski filter za kontinuiranu dehidraciju i pročišćavanje ulja. Za pouzdaniju zaštitu ulja od oksidacije, transformatori velike snage su zabrtvljeni s potpunom izolacijom ulja u ekspanderu od atmosferskog zraka. To se postiže pomoću jastuka formiranog od inertnog plina (dušika) koji se nalazi između površine ulja i fleksibilne rastezljive membrane - zaštita dušikom. Transformatori s dušičnom zaštitom mogu se izraditi i bez ekspandera.
Armature i uređaji za podizanje. Tijekom rada transformatora ulje se zagrijava, razgrađuje i onečišćuje produktima oksidacije (starenje), pa se povremeno čisti ili mijenja. Kako bi se izbjegao rizik od požara i eksplozije, uljni transformatori postavljaju se na otvorenim ograđenim prostorima ili u posebno izgrađenim prostorijama s vatrootpornim zidovima, potpornjima i stropovima. Za punjenje, uzorkovanje, ispuštanje i filtriranje ulja, uljni transformatori su opremljeni odgovarajućom armaturom (slavine, ventili, čepovi).
Svi transformatori imaju razne uređaje za njihovo podizanje i pomicanje: okovi zavrtnje, kuke, podesive valjke i okretna kolica.
Uređaji za nadzor stanja ulja i rashladnog sustava. Za praćenje razine i temperature ulja, transformatori punjeni uljem imaju mjerače razine i temperature. Indikator razine obično se postavlja na ekspander, a indikator temperature - na poklopac glavnog spremnika. U transformatorima snage do 1000 kVA u tu svrhu koristi se živin termometar, a u transformatorima većih snaga i u hermetički zatvorenim transformatorima poseban električni toplinski alarm. Hlađeni transformatori tipa D, DC i ND imaju dva toplinska alarma, od kojih jedan služi za mjerenje temperature gornjih slojeva ulja, a drugi za automatska kontrola proces puhanja.
Sustav automatizacije treba osigurati: automatsko uključivanje i isključivanje rashladnog sustava istovremeno s priključenjem na mrežu i isključivanjem transformatora, reguliranje intenziteta hlađenja ovisno o opterećenju, uključivanje rezervnog hladnjaka radi zamjene pokvarenog, ulazak u rezervni izvor napajanja kada se napajanje elektromotora ventilatora i pumpi sustava smanji ili nestane hlađenje i odgovarajuća signalizacija o prekidu rashladnog sustava. Transformatori s kapacitetom od 10.000 kVA i više također su opremljeni prekidačem niske razine ulja koji se nalazi u ekspanderu, koji signalizira smanjenje razine ulja i automatski isključuje transformator ako je neprihvatljivo smanjena.
Zaštita transformatora od nezgoda. Za zaštitu od mogućih nesreća, transformatori s kapacitetom većim od 1000 kVA imaju posebne plinske releje koji se ugrađuju u cjevovod između glavnog spremnika i ekspandera. Uz značajno ispuštanje eksplozivnih plinova koji nastaju raspadanjem ulja, relej automatski isključuje transformator, sprječavajući razvoj nesreće. Ovi transformatori također imaju ispušne cijevi(vidi sl. 2.21), prekriven staklenom membranom. S naglim povećanjem unutarnjeg tlaka, formirani plinovi istiskuju membranu i izlaze u atmosferu, sprječavajući deformaciju spremnika.
Kako bi se spriječila pojava visokog potencijala na NN namotu ako je izolacija VN namota oštećena, u transformatorima u kojima NN namot ima napon do 0,69 kV, između ovog namota i uzemljenog spremnika spaja se probojni osigurač. , koji se prekida pri naponu od 1000 V.
23. Uređaj i načini hlađenja transformatora.
Transformatori su uređaji za pretvorbu izmjenične struje i napona, pretvarački uređaji koji nemaju pokretnih dijelova. Nema značajnog gubitka snage. Moderni transformatori imaju visoku učinkovitost - preko 99%. Transformator se sastoji od nekoliko žičanih namota smještenih na magnetskom krugu (jezgri) izrađenom od feromagnetske legure.
Uređaj
Glavni dijelovi transformatora su magnetska jezgra i namoti.
Magnetski krug transformatora izrađen je od elektročeličnog lima. Prije montaže, listovi su izolirani lakom s obje strane. Ovaj dizajn magnetskog kruga omogućuje značajno slabljenje vrtložnih struja u njemu. Dio magnetskog kruga na kojem se nalaze namoti naziva se šipka.
Štapni transformatori imaju dvije šipke i dva jarma koji ih povezuju (slika 2, a). Oklopljeni transformatori imaju razgranati magnetski krug s jednom šipkom i jarmovima, djelomično prekrivajući ("oklopne") namote (slika 2, b).
Slika 2. Jednofazni transformatori štapnog (a) i oklopljenog (b) tipa
Šipkasta struktura je najraširenija, osobito u transformatorima velikih i srednjih snaga. Prednosti ovog dizajna su jednostavnost izolacije namota, bolji uvjeti hlađenja i lakoća popravka.
Jednofazni transformatori male snage često imaju oklopni dizajn, što omogućuje smanjenje dimenzija transformatora. Osim toga, bočni jarmovi štite namot od mehaničkih oštećenja; ovo je važno za transformatore male snage, koji često nemaju zaštitno kućište i nalaze se zajedno s ostalom električnom opremom na zajedničkoj ploči ili u zajedničkom ormariću.
Trofazni transformatori obično se izvode na štapnom magnetskom krugu s tri šipke (slika 3).
U transformatorima velike snage koristi se dizajn magnetskog kruga s oklopnom šipkom (slika 4), koji, iako zahtijeva malo povećanu potrošnju električnog čelika, omogućuje smanjenje visine magnetskog kruga (H BS< Н с), а следовательно, и высоту трансформатора.
sl.3. Trofazni štapni transformator: 1 - magnetski krug; 2 - namoti
sl.4. Magnetski krugovi pancirnog transformatora: jednofazni (a); trofazni (b)
Ovo je od velike važnosti kada se transportira u sastavljenom obliku.
Prema načinu spajanja šipki s jarmovima, razlikuju se magnetske jezgre (slika 5, a) i laminirane (slika 5, b). U čeonim magnetskim krugovima, šipke i jarmovi se sastavljaju odvojeno, a zatim spajaju pomoću spojnica. Ovaj dizajn magnetskog kruga olakšava postavljanje namota na šipke, jer je za to dovoljno ukloniti samo gornji jaram. Ali kada se sklop naboja magnetskog kruga, kada se listovi (trake) sastavljaju "preklapajući", zračni raspor na spoju šipki i jarma može se učiniti minimalnim, što će značajno smanjiti magnetski otpor magnetskog kruga. .
Slika 7. Oblik presjeka šipke
Oblik poprečnog presjeka šipki ovisi o snazi transformatora: u malim transformatorima koriste se pravokutne šipke (slika 7, a), u transformatorima srednje i velike snage - stepenaste šipke (slika 7, b, c ) pri čemu se broj koraka povećava s povećanjem snage transformatora. Stepenasti dio šipke omogućuje bolju iskorištenost područja unutar namota, budući da se opseg stepenaste šipke približava krugu. U transformatorima velike snage, ventilacijski kanali su raspoređeni između čeličnih paketa magnetske jezgre kako bi se poboljšao prijenos topline (slika 7, c).
Namoti transformatora izrađeni su od okruglih i pravokutnih žica izoliranih pamučnom pređom ili kabelskim papirom.
Namoti su cilindrični, smješteni na šipkama, koncentrični (slika 8, a) i disk, smješteni na šipkama u izmjeničnom redoslijedu (slika 8, b).
Magnetski krug transformatora zajedno s kućištem ili spremnikom je uzemljen, što osigurava sigurnost održavanja transformatora u slučaju pucanja izolacije namota.
Postoje dvije mogućnosti relativni položaj namotaji na šipkama magnetskih jezgri: odvojeni raspored (na jednoj šipki VN namot, a na drugoj, koristi se vrlo rijetko i samo u visokonaponskim transformatorima, jer to stvara najbolje uvjete za pouzdanu izolaciju VN namota od LV namot; međutim, u ovom slučaju, opaža se povećanje lutajućeg magnetskog toka ; najčešći je ravnomjerni koncentrični raspored namota na svim šipkama magnetskog kruga (vidi sliku 2, a), jer to osigurava mala količina curenja magnetskog toka. U ovom slučaju, NN namot obično se nalazi bliže šipki, jer zahtijeva manje električne izolacije od šipke (uzemljena), zatim položite sloj izolacije od kartona ili papira i VN namot .
Dizajn magnetskog kruga. Magnetska jezgra je konstrukcijska osnova transformatora. Služi za provođenje glavnog magnetskog toka. Da bi se smanjio magnetski otpor na putu tog protoka i, posljedično, smanjila struja magnetiziranja, magnetski krug je izrađen od posebnog elektrotehničkog čelika. Jer magnetski tok u transformatoru se mijenja tijekom vremena, a zatim kako bi se smanjili gubici od vrtložnih struja u magnetskom krugu, on je sastavljen od zasebnih čeličnih ploča koje su međusobno električno izolirane. Debljina ploča odabire se što je manja, što je veća frekvencija napona napajanja. Pri frekvenciji od 50 Hz pretpostavlja se da je debljina čeličnih limova 0,35 - 0,5 mm. Izolacija listova najčešće se izvodi s filmom laka, koji se nanosi na obje strane svakog lista.
U magnetskom krugu razlikuju se šipke i jarmovi. Štap je onaj dio magnetskog kruga na kojem se nalaze namoti, a jaram je dio koji ne nosi namote i služi za zatvaranje magnetskog kruga (slika 1).
Ovisno o međusobnom rasporedu štapova, jarma i namota, magnetski krugovi se dijele na štapne i oklopne. U štapnim magnetskim krugovima, jarmovi su uz krajnje površine namota, bez pokrivanja njihovih bočnih površina. U oklopljenim magnetskim krugovima, jarmovi pokrivaju ne samo kraj, već i bočne površine namota, kao da ih pokrivaju oklopom.
Magnetski krugovi jednofaznih transformatora prikazani su na sl. 2 i 3. U oklopljenom magnetskom krugu (slika 2) postoji jedna šipka i dva jarma, koji pokrivaju namote.
Za svaki jaram polovica magnetskog toka štapa je zatvorena, tako da je površina poprečnog presjeka svakog jarma 2 puta manja od površine poprečnog presjeka štapa. U magnetskom krugu jezgre (slika 3) postoje dvije šipke, od kojih svaka ima polovicu namota 1 i 2. Polovice svakog od namota spojene su jedna s drugom u seriju ili paralelno. Ovakvim rasporedom namota smanjuju se magnetski tokovi propuštanja i poboljšavaju karakteristike transformatora.
Metode hlađenja
Maksimalno zagrijavanje dijelova transformatora ograničeno je izolacijom, čiji vijek trajanja ovisi o temperaturi zagrijavanja. Što je veća snaga transformatora, sustav hlađenja mora biti intenzivniji.
Prirodno zračno hlađenje transformatora provodi prirodnom konvekcijom zraka i djelomičnim zračenjem u zraku. Takvi se transformatori nazivaju "suhi". Uobičajeno je prirodno hlađenje označiti otvorenom verzijom C, zaštitnom verzijom - SZ, hermetičkom verzijom SG, s prisilnom cirkulacijom zraka (puhom) - SD.
Dopušteni višak temperature namota suhog transformatora iznad temperature okoline ovisi o klasi toplinske otpornosti izolacije i, prema GOST 11677-85, ne smije biti veći od
60 °C za klasu A,
75 °S - za klasu E,
80 °S - za klasu B,
100 °S - za klasu F,
125 °S - za klasu H
Ovaj sustav hlađenja je neučinkovit, stoga se koristi za transformatore snage do 1600 kVA na naponu do 15 kV.
Prirodno hlađenje uljem (M) izvodi se za transformatore do 16000 kVA. U takvim transformatorima toplina koja se oslobađa u namotima i magnetskom krugu prenosi se na ulje koje cirkulira kroz spremnik i radijatore, a zatim na okolni zrak. Pri nazivnom opterećenju transformatora, sukladno Pravilniku o tehničkom radu (PTE), temperatura ulja u gornjim, najzagrijanijim slojevima ne smije prelaziti +95°C.
Za bolje odvođenje topline okoliš spremnik transformatora se isporučuje s rebrima, rashladnim cijevima ili radijatorima, ovisno o snazi.
Hlađenje ulja s puhanjem i prirodnom cirkulacijom ulja (D) koristi se za transformatore veće snage. U ovom slučaju ventilatori se postavljaju u montirane hladnjake iz cijevi radijatora. Ventilator usisava zrak odozdo i puše preko zagrijanog gornjeg dijela cijevi. Ventilatori se automatski pokreću i zaustavljaju ovisno o opterećenju i temperaturi zagrijavanja ulja. Transformatori s takvim hlađenjem mogu raditi s potpuno isključenim strujanjem, ako opterećenje ne prelazi 100% nazivne vrijednosti, a temperatura gornjih slojeva ulja nije veća od 55 °C, a također, bez obzira na opterećenje, na negativne temperature okoline i temperatura ulja nije viša od 45 °C (PTE). Najveća dopuštena temperatura ulja u gornjim slojevima kada transformator radi pod nazivnim opterećenjem je 95 °C.
Prisilnim puhanjem radijatorskih cijevi poboljšavaju se uvjeti hlađenja ulja, a time i namota i magnetskog kruga transformatora, što omogućuje izradu takvih transformatora snage do 80 000 kVA.
Shema sustava hlađenja s vjetrom i prirodnom cirkulacijom ulja: 1 - spremnik transformatora; 2 - radijatori hladnjaka; 3 - ventilator puhala
Hlađenje ulja s puhanjem i prisilnom cirkulacijom ulja kroz hladnjake zraka (AC) primjenjivo na transformatore kapaciteta 63 000 kVA i više. Hladnjaci se sastoje od tankih rebrastih cijevi koje puše izvana ventilator. Električne pumpe ugrađene u naftovode stvaraju kontinuiranu prisilnu cirkulaciju ulja kroz hladnjake. Zbog velike brzine cirkulacije ulja, velike rashladne površine i intenzivnog protoka zraka, hladnjaci imaju visoku toplinsku disipaciju i kompaktnost. Takav sustav hlađenja može znatno smanjiti ukupne dimenzije transformatora. Hladnjaci se mogu ugraditi zajedno s transformatorom na isti temelj ili na posebne temelje uz spremnik transformatora.
Shema hlađenja ulja s puhanjem i prisilnom cirkulacijom ulja kroz hladnjake zraka: 1 - spremnik transformatora; 2 - uljna električna pumpa; 3 - adsorpcijski filtar; 4 - hladnjak; 5 - ventilator puhala
Uljno-vodeno hlađenje transformatora s prisilnom cirkulacijom ulja (C) u osnovi je uređen na isti način kao i hlađenje DC-a, ali za razliku od potonjeg, hladnjaci u ovom sustavu sastoje se od cijevi kroz koje cirkulira voda, a ulje se kreće između cijevi. Temperatura ulja na ulazu u hladnjak ulja ne smije biti viša od 70 °C. Da bi spriječili ulazak vode u uljni sustav transformatora, tlak ulja u hladnjaku ulja u ovom slučaju mora biti veći od tlaka vode koja u njima cirkulira za najmanje 0,02 MPa (2 N/cm2). Ovaj sustav hlađenja je učinkovit, ali ima prilično složen dizajn i stoga se koristi za transformatore velike snage (160 MBA i više).
TRANSFORMATORSKI RASHLADNI SUSTAVI.
Prirodno hlađenje zrakom transformatora provodi se prirodnom konvekcijom zraka i dijelom zračenjem u zraku. Takvi se transformatori nazivaju "suhi". Uobičajeno je prirodno hlađenje zrakom označavati otvorenom verzijom C; sa zaštićenom izvedbom SZ, sa zatvorenom izvedbom SG. Dopušteni višak temperature namota suhog transformatora iznad temperature rashladnog medija ovisi o klasi toplinske otpornosti izolacije. Ovaj sustav hlađenja je neučinkovit, stoga se koristi za transformatore snage do 1600 kVA na naponu do 15 kV
Prirodno hlađenje uljem(M) izvodi se za transformatore do uključivo 16 000 kV-A. Kod ovakvih transformatora toplina oslobođena u namotima i magnetskom krugu prenosi se na okolno ulje koje ga, cirkulirajući kroz cijevi spremnika i radijatora, predaje okolnom zraku. Pri nazivnom opterećenju transformatora temperatura ulja u gornjim, najzagrijanijim slojevima ne smije prelaziti +95°C. Radi boljeg prijenosa topline u okolinu spremnik transformatora je opremljen rebrima, rashladnim cijevima ili radijatorima, ovisno o snazi.
^ Hlađenje ulja s puhanjem i prirodnom cirkulacijom ulja(E) odnosi se na transformatore veće snage. U ovom slučaju ventilatori se postavljaju u montirane hladnjake iz cijevi radijatora. Ventilator usisava zrak odozdo i puše preko zagrijanog gornjeg dijela cijevi. Ventilatori se mogu automatski pokretati i zaustavljati ovisno o opterećenju i temperaturi zagrijavanja ulja. Transformatori s takvim hlađenjem mogu raditi s potpuno isključenim strujanjem, ako opterećenje ne prelazi 100% nazivnog opterećenja, a temperatura gornjih slojeva ulja ne prelazi +55°C, kao i pri temperaturama okoline ispod nule. i pri temperaturi ulja ne višoj od +45°C, bez obzira na opterećenja. Najveća dopuštena temperatura ulja u gornjim slojevima tijekom rada s nazivnim opterećenjem je +95°S.
Hlađenje ulja puhanjem i prisilnom cirkulacijom ulja kroz hladnjake zraka(DTs) koristi se za transformatore kapaciteta 63 000 kV-A i više.Hladnjaci se sastoje od sustava tankih rebrastih cijevi koje se puše izvana ventilatorom. Električne pumpe ugrađene u naftovode stvaraju kontinuiranu prisilnu cirkulaciju ulja kroz hladnjake (slika 3).
Riža. 3. Shema hladnjaka istosmjernog sustava. 1 - spremnik transformatora; 2 - električna pumpa; 3 - adsorpcijski filtar; 4 - hladnjak; 5 - ventilatori za puhanje.
Zbog velike brzine kruženja ulja, razvijene rashladne površine i intenzivnog strujanja, hladnjaci imaju visok prijenos topline i kompaktnost. Prijelaz na takav sustav hlađenja može značajno smanjiti dimenzije transformatora.
Hlađenje ulje-voda s prisilnom cirkulacijom ulja(C) u osnovi je uređen na isti način kao i DC sustav, ali za razliku od potonjeg, hladnjaci se sastoje od cijevi kroz koje cirkulira voda, a ulje se kreće između cijevi. Temperatura ulja na ulazu u hladnjak ulja ne smije prelaziti +70°C. Kako bi spriječili ulazak vode u sustav transformatorskog ulja, tlak ulja u hladnjaku ulja mora biti veći od tlaka vode koja cirkulira u njima.
Na transformatorima s DC i C sustavima hlađenja uređaji za prisilnu cirkulaciju ulja moraju se automatski uključiti istovremeno s uključenjem transformatora i raditi neprekidno bez obzira na opterećenje transformatora. Istodobno, broj hladnjaka uključenih u rad određen je opterećenjem transformatora. Takvi transformatori moraju biti opremljeni alarmom za zaustavljanje cirkulacije ulja, rashladne vode ili zaustavljanje ventilatora.
Treba napomenuti da se trenutno razvijaju novi dizajni transformatora s namotima ohlađenim na vrlo niske temperature. Metal na niskim temperaturama ima supravodljivost, što omogućuje drastično smanjenje presjeka namota. Transformatori koji koriste princip supravodljivosti (kriogeni transformatori) imat će malu transportnu težinu pri kapacitetima od 1000 MB-A i više.
Simbolični simboli u transformatorima
Svaki transformator ima uvjetno slovna oznaka, koji sadrži sljedeće podatke prema gore navedenom redoslijedu:
1) broj faza (za jednofazne - O; za trofazne - T);
2) vrsta hlađenja - prema gore navedenim objašnjenjima;
3) broj namota koji rade na različitim mrežama (ako je više od dva); za transformator s tri namota T; za transformator s razdvojenim namotima P (nakon broja faza);
4) izvedba jednog od namota s izmjenjivačem pod opterećenjem dodatno je označena slovom H;
5) za označavanje autotransformatora, slovo A se dodaje na prvo mjesto.
Iza slovne oznake navedena je nazivna snaga i naponski razred. Za transformatore s istim parametrima istog dizajna, proizvedene u nekoliko poduzeća, naznačena je godina početka proizvodnje transformatora ovog dizajna.
Na primjer: TMN-10000/110-67 - trofazni dvonamotni transformator s prirodnim uljnim hlađenjem, s mjenjačem pod opterećenjem, nazivne snage 10.000 kVA, klase 110 kV, izgrađen 1967. godine.
Sustav hlađenja M
Ovakvim načinom hlađenja toplina koja se oslobađa u aktivnom dijelu i elementima metalne konstrukcije transformatora prirodnom konvekcijom predaje ulju, a ono je također prirodnom konvekcijom i zračenjem predaje okolnom zraku. U transformatorima male snage (do nekoliko desetaka kVA) površina spremnika za odvođenje topline dovoljna je za odvođenje oslobođene topline pri normaliziranom višku temperature ulja. Kod transformatora većih snaga potrebno ju je umjetno povećati primjenom rebrastih i cjevastih spremnika ili spremnika s ugrađenim ili udaljenim radijatorima.
Sustav hlađenja D
U transformatorima snage veće od 6,3-10 MBA, teško je razviti površinu spremnika za oslobađanje topline do te mjere da osigura zadanu razinu zagrijavanja. To postaje jasno ako se uzme u obzir da, prema zakonima rasta u nizu sličnih transformatora (tj. u onima u kojima su odgovarajuće linearne dimenzije proporcionalne), uz konstantno elektromagnetsko opterećenje (indukcija u magnetskom krugu i struja gustoća u namotima), gubici rastu proporcionalno kubu linearnih dimenzija, dok rashladne površine rastu proporcionalno kvadratu tih dimenzija. Stoga je potrebno poduzeti dodatne mjere za pojačano hlađenje propuhivanjem radijatora s ventilatorima. Dakle, koeficijent prijenosa topline i, sukladno tome, uklanjanje topline radijatora povećava se za 1,5-2 puta. Kada temperatura gornjih slojeva ulja padne na 50C, ako je struja opterećenja manja od nazivne, ventilatori se isključuju.
MC sustav hlađenja
Ovaj sustav hlađenja rijetko se koristi u domaćoj industriji. Ovakvim sustavom, zbog prisilne cirkulacije ulja pomoću pumpe, postiže se ravnomjernija raspodjela temperature ulja po visini spremnika transformatora i smanjenje temperature gornjih slojeva ulja.
DC sustav hlađenja
U transformatorima snage od oko 100 MBA i više, izvanredni gubici su toliko značajni da se za njihovo otklanjanje moraju koristiti posebni hladnjaci ulje-zrak, koji se upuhuju ventilatorima i opremljeni pumpama za prisilnu cirkulaciju ulja. Kako bi se povećala učinkovitost puhanja, cijevi u takvim hladnjacima imaju visoko razvijenu rebrastu vanjsku površinu. Zbog prisilne cirkulacije ulja postiže se ravnomjernija raspodjela temperature ulja po visini spremnika. Razlika u temperaturi ulja na vrhu i dnu spremnika je u ovom slučaju manja od 10°C, dok u prirodnoj cirkulaciji doseže 20-30°C. Hladnjaci koje trenutno proizvodi domaća industrija imaju odvođenje topline od 160-180 kW. U slučaju gašenja rashladnog sustava, transformatori mogu ostati uključeni vrlo kratko vrijeme, budući da površina spremnika za oslobađanje topline nije dovoljna ni za uklanjanje gubitaka u praznom hodu. Nedostatak ovakvog sustava hlađenja je što prijenos topline s namota na ulje ostaje gotovo isti kao kod prirodne konvekcije, budući da se prisilna cirkulacija ulja događa samo u području između vanjskog namota i stijenke spremnika transformatora.
MB sustav hlađenja
U domaćoj industriji transformatora ovaj sustav hlađenja nije široko korišten. Za hlađenje ulja koristi se voda koja cirkulira u cijevima smještenim u gornjem dijelu spremnika, u zoni najtoplijeg ulja. Voda se pumpa kroz cijevi uz pomoć pumpi.
Sustav hlađenja C
Ovaj vrlo učinkovit i kompaktan sustav hlađenja koristi se za transformatore velike snage kada ima dovoljno vode (hidroelektrane, vrlo snažne termoelektrane). Omogućuje vam da napustite DC sustav hlađenja, koji s vrlo velikom snagom transformatora postaje prilično glomazan. Ovaj sustav hlađenja temelji se na upotrebi hladnjaka ulje-voda s glatkim ili rebrastim cijevima i kretanju vode kroz cijevi, a ulja - u prstenastom prostoru. Zahvaljujući konstruktivnim mjerama, osigurano je cik-cak kretanje ulja u hladnjaku s poprečnim strujanjem oko cijevi. Veliki odvod topline (do 1000 kW ili više) i male ukupne dimenzije hladnjaka ulja i vode postižu se zbog povećanja koeficijenta prijenosa topline sa stijenke cijevi kada se hladi vodom. Kada je ovaj sustav hlađenja isključen, kao u istosmjernom sustavu, transformatori također mogu ostati u pogonu vrlo ograničeno vrijeme. Nedostatak ovoga: rashladni sustav po intenzitetu hlađenja namota jednak je istosmjernom sustavu hlađenja.
Sustavi hlađenja s usmjerenom cirkulacijom ulja u NDC i NC namotima
Moguće je poboljšati hlađenje namota i istodobno osigurati ravnomjerniju raspodjelu temperature u njima stvaranjem prisilne (usmjerene) cirkulacije ulja u rashladnim kanalima namota potrebnom brzinom, osiguravajući potrebne temperaturne uvjete . Ovdje su moguće dvije verzije - s jednokružnim i dvokružnim shemama cirkulacije ulja. U prvoj verziji, ulje uzeto s vrha spremnika prolazi kroz hladnjake ulje-zrak ili ulje-voda i dovodi se u namote. U drugoj verziji, uz krugove za hlađenje ulja slične DC ili C sustavima, postoje neovisni krugovi za hlađenje namota, a ulje koje crpka uzima iz gornjeg dijela spremnika dovodi se, zaobilazeći hladnjake, u donji dio spremnika i dalje do rashladnih krugova namota. Druga verzija rashladnog sustava je nešto kompliciranija i skuplja.
Ovaj sustav hlađenja omogućuje, ako je potrebno (na primjer, u transformatorima najveće snage), povećanje elektromagnetskih opterećenja, ali komplicira dizajn izolacije i namota, kao i tehnologiju sastavljanja i ispitivanja transformatora (hidraulička ispitivanja ulja nužni su cirkulacijski krugovi u namotu). Stoga se takvi sustavi koriste u domaćoj industriji transformatora za transformatore kapaciteta 400 MBA i više.