повышение температуры трансформатора сухого-типаЭто одна из тех технических деталей, которые могут выглядеть простыми в технических характеристиках, но на самом деле говорят вам довольно много о том, как трансформатор будет работать в реальной работе.

Всякий раз, когда трансформатор находится под напряжением, он выделяет тепло. Некоторое количество тепла исходит от магнитного сердечника, тогда как при увеличении нагрузки обычно в обмотках выделяется больше тепла. Это тепло должно уйти. Если он остается внутри трансформатора, температура повышается, изоляция стареет быстрее, а надежность со временем может ухудшиться.

В основных чертах:

Повышение температуры=Температура трансформатора − Температура окружающей среды

Итак, если окружающий воздух имеет температуру 40 градусов, а средняя температура обмотки достигает 140 градусов, повышение температуры обмотки составит 100 К.

Трансформаторы сухого-типа охлаждаютсялучше проветриватьчем изоляционное масло. Это делает особенно важными воздушный поток, вентиляцию, конструкцию намотки, изоляционные материалы и каналы охлаждения. На практике сам трансформатор и помещение, где он установлен, следует рассматривать как одну тепловую систему.

Что вызывает повышение температуры в трансформаторе сухого-типа?

Существует несколько источников тепла, нопотери в сердечнике и обмоткебольшие.

Потери в сердечнике происходят всякий раз, когда на трансформатор подается напряжение. В основном это происходит из-за гистерезиса и вихревых токов в магнитопроводе. В отличие от потерь в обмотке, они не исчезают при незначительной нагрузке трансформатора.

Потери в обмотке более тесно связаны с током нагрузки. Резистивный компонент обычно выражается как:

P = I²R

На это стоит обратить внимание, поскольку ток имеет квадратуру. Если ток увеличится, нагрев обмотки может увеличиться гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать.Например, при 80 % номинального тока составляющая I²R потерь в обмотке составляет примерно 64 % значения при номинальном токе, при условии, что остальные условия остаются аналогичными.

Есть такжеблуждающие и дополнительные потери. Поток утечки может индуцировать токи в металлических деталях конструкции, вызывая локальный нагрев. Гармонические токи также могут усложнить ситуацию. Такое оборудование, как системы ИБП, преобразователи-частоты, солнечные инверторы, зарядные устройства для электромобилей и другие силовые-электронные нагрузки, могут вносить гармоники и увеличивать нагрев трансформатора.

Итак, конечная температура — это, по сути, баланс:сколько тепла производит трансформатор по сравнению с тем, сколько тепла он может отвести.

Температура окружающей среды также имеет значение. Трансформатор, работающий в горячей электротехнической комнате, имеет меньший тепловой запас, чем тот же трансформатор, установленный в более прохладном, хорошо-проветриваемом помещении.

Повышение температуры трансформаторов не-сухого-типа смолы

В трансформаторах не-сухого-типа используются системы изоляции, которые не зависят от полной герметизации эпоксидной смолой. В зависимости от конструкции в обмотках может использоваться лак, стекловолокно, номекс, воздушная изоляция или другие твердые изоляционные материалы.

Поскольку вокруг обмоток нет толстого слоя литой-смолы, поток воздуха может играть особенно важную роль. Конструкция должна обеспечивать достаточно места для отвода тепла от активных частей, не создавая ненужных тепловых узких мест.

Поверхность рассеивания тепла трансформаторов не-сухого-типа с полимерным покрытием

поверхность рассеивания тепла трансформаторов не-сухого-типапо сути, это площадь, доступная для передачи тепла в окружающий воздух.

Тепло, вырабатываемое в сердечнике и обмотках, должно пройти через изоляцию и конструктивные элементы, прежде чем оно достигнет воздуха. Хорошая тепловая конструкция обеспечивает достаточно прямой выход этого тепла из трансформатора.

Геометрия намоткиздесь имеет значение. Радиальные и осевые воздушные каналы могут способствовать поступлению более холодного воздуха в нижние секции трансформатора, в то время как более теплый воздух поднимается и выходит через верхние секции. В трансформаторах с естественным охлаждением эта циркуляция происходит в основном за счетконвекция.

Звучит просто, но установка может легко помешать.

Если трансформатор установлен слишком близко к стене, вентиляционные отверстия заблокированы или в электропомещении плохая циркуляция воздуха, фактическая рабочая температура может быть намного выше ожидаемой.

В более крупных устройствах можно использовать принудительное-воздушное охлаждение, чтобы увеличить поток воздуха и обеспечить дополнительную производительность. Но просто поставить вентилятор рядом с трансформатором недостаточно. Воздуху необходимо достичь намеченных путей охлаждения внутри трансформатора.

Тепловая нагрузка трансформаторов не-сухого-типа смолы

тепловая нагрузка трансформаторов не-сухого-типав основном связано с их суммарными потерями в реальных условиях эксплуатации.

Потери в сердечнике присутствуют всякий раз, когда на трансформатор подается питание, тогда как потери в обмотке изменяются в зависимости от нагрузки. Когда ток приближается к номинальному значению, нагрев обмотки значительно увеличивается из-за зависимости I²R.

Сама подключаемая нагрузка также заслуживает внимания. Трансформатор, питающий прямую линейную нагрузку, может иметь довольно предсказуемый тепловой профиль. Трансформатор, питающий оборудование ИБП, приводы с регулируемой-скоростью, выпрямители или другие нелинейные нагрузки, может представлять собой совсем другую историю.

Гармонические токи могут увеличить дополнительные потери и вызвать дополнительный нагрев обмоток и металлических деталей. Это особенно актуально для центров обработки данных, промышленных предприятий, проектов по возобновляемым источникам энергии и установок для зарядки электромобилей.

Для этих применений выбор трансформатора не должен основываться только на паспортной табличке (кВА). Возможно, необходимо учитывать содержание гармоник, профиль нагрузки, ожидаемое время работы и будущий рост нагрузки.

Повышение температуры трансформаторов не-сухого-типа смолы

повышение температуры трансформаторов не-сухого-типаопределяется балансом между тепловыделением и теплоотдачей.

Когда на трансформатор впервые подается питание, его температура постепенно увеличивается. Поскольку разница температур между трансформатором и окружающим воздухом увеличивается, тепловыделение также увеличивается. В конце концов, трансформатор достигает относительно стабильного теплового состояния.

Но температура не везде одинакова.

Сердечник, обмотки, изоляция, зажимы и конструктивные элементы могут работать при разных температурах. Некоторые участки обмотки могут нагреваться значительно выше средней температуры обмотки. Эти области обычно называют горячими точками.

Это различие имеет значение, поскольку на старение изоляции сильно влияют самые жаркие зоны. Измерение внешней поверхности трансформатора может предоставить полезную информацию во время технического обслуживания, но оно не обязательно скажет вам, что происходит внутри обмотки.

В стандарте IEC 60076-11 предусмотрены требования к испытаниям-превышения температуры сухих трансформаторов. Общие эталонные значения включают приблизительно80 К для изоляции класса B, 100 К для класса F и 125 К для класса H, в зависимости от применимого стандарта и конструкции трансформатора.

Повышение температуры трансформаторов сухого-типа с полимерным покрытием

Трансформаторы сухого-типа, особеннотрансформаторы с литой-смолой, используйте эпоксидную смолу в качестве важной части системы изоляции обмоток.

Смола обеспечивает электрическую изоляцию и механическую поддержку, помогая защитить обмотки от влаги, пыли и других загрязнений окружающей среды. В то же время он становится частью пути-передачи тепла.

Это означает, что термические свойства смолы имеют значение. То же самое касается расположения обмоток, размера проводника, толщины смолы, каналов охлаждения и общих потерь в трансформаторе.

Трансформаторы с литой-изоляцией обычно используются в коммерческих зданиях, промышленных предприятиях, установках возобновляемых источников энергии, транспортной инфраструктуре и других объектах, где важны защита окружающей среды и надежная изоляция.

Повышение температуры сердечника трансформатора сухого-типа со смолой

повышение температуры сердечника трансформатора сухого-типа из смолыв основном происходит изосновные потери.

Гистерезис и потери на вихревые-токипроисходят всякий раз, когда ядро ​​находится под напряжением. Их уровень зависит от магнитного материала, рабочей частоты, плотности потока, толщины пластин и общей конструкции сердечника.

Использование высококачественной электротехнической стали-и поддержание плотности магнитного потока в соответствующем диапазоне может помочь снизить потери в сердечнике. Но сокращение потерь – это только часть работы. Остающееся тепло все еще нуждается в хорошем пути выхода из трансформатора.

Чрезмерный рассеянный поток или плохая магнитная конструкция также могут вызвать локальный нагрев в сердечнике и близлежащих металлических компонентах. Вот почему электромагнитное и тепловое проектирование необходимо рассматривать вместе, а не по отдельности.

Во время заводских испытаний-на повышение температуры трансформатор работает до тех пор, пока не достигнет стабильного теплового состояния. Результаты измерений помогают подтвердить, что он может работать в номинальных условиях, не выходя за указанные пределы.

Повышение температуры обмоток трансформатора сухого-типа с полимерным покрытием

повышение температуры смоляных обмоток трансформатора сухого-типаявляется одним из наиболее важных тепловых факторов при проектировании трансформаторов с литой-изоляцией.

Ток, протекающий по проводникам, выделяет тепло. Затем это тепло должно пройти через изоляцию и смолу, прежде чем оно достигнет окружающего воздуха.

В результате размер проводника, плотность тока, расположение обмотки, толщина изоляции, тепловые свойства смолы, пути охлаждения и потери на нагрузке — все это влияет на конечную температуру обмотки.

И опять же, температура внутри обмотки не совсем однородна. Внутренняя горячая точка может быть значительно горячее, чем внешняя поверхность смолы.

Вот почему инфракрасный термометр полезен для проверки внешних условий во время технического обслуживания, но сам по себе он не может определить фактическую внутреннюю температуру-горячей точки.

Это становится еще более важным при высоких нагрузках. Промышленное оборудование, центры обработки данных, оборудование, использующее возобновляемые источники энергии, и силовые-электронные системы могут создавать быстро меняющиеся или относительно высокие уровни нагрузки. Трансформатор, выбранный для этих применений, следует оценивать на основе его фактического рабочего профиля, а не только его номинальной мощности в кВА.

Превышение температуры и класс изоляции

Термический класс изоляции — еще одна важная часть картины-повышения температуры.

Например, если температура окружающей среды составляет 40 градусов, а заданное повышение температуры составляет 100 К, средняя температура обмотки составит примерно 140 градусов.

Это не означает, что каждая точка обмотки расположена под углом ровно 140 градусов. Внутренние горячие точки могут быть выше.

Более высокий класс изоляции обеспечивает большую тепловую способность, но это не должно интерпретироваться как причина намеренно эксплуатировать трансформатор при более высоких температурах. Поддержание рабочих температур под контролем по-прежнему помогает уменьшить старение изоляции и обеспечивает больший тепловой запас.

Сравнение трансформаторов типа -сухой- без смолы. Повышение температуры трансформатора

Трансформаторы как смоляного, так и не-сухого-типа могут обеспечить надежные тепловые характеристики при правильной конструкции.

Не существует простого правила, гласящего, что у одного типа всегда более низкий подъем температуры.

Хорошо спроектированный-трансформатор без-смолы может эффективно рассеивать тепло за счет открытой структуры обмотки и хорошего воздушного потока. Между тем, трансформатор с литой-изоляцией может сочетать в себе надежную механическую защиту и защиту от воздействия окружающей среды с хорошими тепловыми характеристиками, если его смола и конструкция обмотки правильно спроектированы.

Лучший выбор зависит от применения, условий установки, требуемой системы изоляции, условий нагрузки и спецификаций проекта.

Как контролировать повышение температуры трансформатора сухого-типа

Основная идея довольно проста:генерировать меньше тепла и более эффективно отводить образующееся тепло.

Материалы сердечника с низкими-потерями, проводники правильного размера, оптимизированная структура обмоток и эффективные каналы охлаждения — все это поможет снизить повышение температуры на этапе проектирования.

Правильный подбор трансформатора не менее важен. Трансформатор, который постоянно работает с полной нагрузкой или близкой к ней, естественно, будет испытывать большую термическую нагрузку, чем трансформатор с некоторой резервной мощностью.

Среда установки также имеет значение. Вокруг трансформатора должно быть достаточно места для циркуляции воздуха, а вентиляционные отверстия должны оставаться свободными. Если трансформатор установлен внутри электрощитового помещения, система вентиляции или-кондиционирования помещения должна учитывать тепло, выделяемое трансформатором.

Для трансформаторов, предназначенных для работы в режиме AN/AF, принудительное-воздушное охлаждение может обеспечить дополнительную мощность в периоды высокого спроса. Вентиляторы и органы управления следует регулярно проверять, чтобы дополнительное охлаждение действительно было доступно при необходимости.

Регулярное техническое обслуживание может предотвратить многие предотвратимые тепловые проблемы. Скопление пыли может ограничить поток воздуха, а ослабленные электрические соединения могут создать локальные точки перегрева. При наличии нелинейных нагрузок проверка гармонических токов также может помочь выявить неожиданные источники нагрева трансформатора.

Почему повышение температуры влияет на срок службы трансформатора

Температура имеет прямую связь со старением изоляции. Непрерывная работа при повышенных температурах может ускорить разрушение изоляции и в конечном итоге сократить срок службы трансформатора.

Тем не менее, повышение температуры не следует рассматривать само по себе. Класс изоляции, температура окружающей среды, нагрузка, метод охлаждения и конструкция трансформатора — все это работает вместе.

Поэтому при выборе трансформатора сухого-типа лучше ориентироваться не только на базовое напряжение и номинальную мощность в кВА. Важные тепловые характеристики включают превышение температуры, класс изоляции, метод охлаждения, потерю нагрузки без-, потерю нагрузки, температуру окружающей среды, высоту установки, гармоническую нагрузку и ожидаемый профиль нагрузки.

Заключение

повышение температуры трансформаторов сухого-типаявляется важной частью оценки производительности и надежности трансформатора. Сердечник, обмотка, паразитные и дополнительные потери создают тепло, а конструкция трансформатора и условия установки определяют, насколько эффективно отводится это тепло.

ДляТрансформаторы не-сухого-типа смолыОсобенно важную роль играют поверхность рассеивания тепла, воздушный поток и извилистые охлаждающие каналы. Длятрансформаторы сухого-типа из смолы, тепловые свойства смолы и конструкция герметизированных обмоток одинаково важны.

Значение повышения-температуры никогда не следует рассматривать как изолированную цифру. Это имеет гораздо больше смысла, если учитывать класс изоляции, температуру окружающей среды, нагрузку трансформатора, метод охлаждения, потери, высоту над уровнем моря и содержание гармоник.

Для промышленных предприятий, коммерческих зданий, проектов по возобновляемым источникам энергии, центров обработки данных и других требовательных приложений выбор трансформатора сухого-типа с правильной тепловой конструкцией может помочь контролировать рабочие температуры, замедлить старение изоляции и обеспечить надежную работу в течение всего срока службы трансформатора.

Свяжитесь сейчас