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Die Bedeutung des Leistungsvermögens bei der Wärmeableitung für ölgefüllte Transformator spiegelt sich hauptsächlich in seiner unmittelbaren Auswirkung auf die Betriebsdauer und Sicherheit des elektrischen Transformators wider. Die Lebensdauer des Transformators wird weitgehend durch den Alterungsgrad des Öl-Papier-Isolationssystems bestimmt, wobei die thermische Alterung der bedeutendste Faktor für die Verschlechterung der Isolation ist. Für jede Zeitspanne, während der das Isolationsmaterial über seiner vorgesehenen Betriebstemperatur arbeitet, steigt die Alterungsrate exponentiell an. Daher kann eine effiziente Wärmeableitung die Hotspot-Temperatur der Wicklungen wirksam kontrollieren – dies ist ein entscheidender Indikator zur Bewertung des Betriebszustands und der verbleibenden Lebensdauer des Transformators.
Wenn die Wärmeableitung unzureichend ist und die Innentemperatur zu hoch wird, beschleunigt dies nicht nur die Alterung des Isolieröls und der festen Isoliermaterialien und verringert dadurch die Isolationsleistung, sondern kann auch zu Geräteausfällen führen und sogar den stabilen Betrieb des gesamten Stromnetzes beeinträchtigen. Man kann sagen, dass eine gute Wärmeableitung die grundlegende Voraussetzung dafür ist, dass der Transformator sicher und stabil unter Nennlast betrieben werden kann und seine projektierte Lebensdauer (in der Regel bis zu 30 Jahre oder mehr) erreicht.
Schlüsselfaktoren, die die Wärmeableitung von ölgekühlte Transformereinheiten
Die Wärmeableitungseffizienz von ölgekühlten Verteilungstransformatoren beruht im Wesentlichen auf der Synergie zwischen Ölzirkulation und Luftkonvektion. Die zentralen Einflussfaktoren dieses Prozesses lassen sich aus zwei Hauptaspekten analysieren: dem inneren Ölströmungszustand und den äußeren Kühlbedingungen.
- Die innere Ölzirkulation und die konstruktive Auslegung bilden die Grundlage der Wärmeableitung.
Während des Betriebs des Transformators wird die durch die Wicklungen und den Kern erzeugte Wärme mittels natürlicher oder erzwungener Konvektion des Isolieröls an den Kühlkörper übertragen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Ölfördergeschwindigkeit einen signifikanten Einfluss auf den Temperaturanstieg hat: Wenn die Ölfördergeschwindigkeit von 0,05 m/s auf 0,20 m/s erhöht wird, kann die maximale Kerntemperatur um 11,62 K gesenkt werden. Auch die innere Ölkanalstruktur ist entscheidend. Eine Verbreiterung der horizontalen Ölkanäle oder eine gezielte Anordnung von Ölstauplatten kann die Zirkulation in den stehenden Bereichen der Ölströmung wirksam verbessern und dadurch die mittlere Wicklungstemperatur senken.
- Die externe Kühlungsart und die Umgebungsbedingungen bestimmen die Effizienz der Wärmeabfuhr.
Die Kühlverfahren werden nach ihrer Effizienz in folgender Reihenfolge klassifiziert: ölgetauchte Selbstkühlung (ONAN), ölgetauchte Luftkühlung (ONAF) und erzwungene Ölumlauf-Luftkühlung (OFAF). Die Luftkühlung kann die Wärmeabfuhr im Vergleich zur Selbstkühlung um 150 % bis 200 % verbessern. Zudem verringert sich bei höherer Umgebungstemperatur die Temperaturdifferenz für die Wärmeabfuhr, wodurch die Kühlwirkung schlechter wird. Innovative Konstruktionsansätze durchbrechen zudem kontinuierlich traditionelle Grenzen – beispielsweise durch Erhöhungen an der Wand des Öltanks, die die thermische Grenzschicht stören und die Hotspot-Temperatur um 10,6 K senken.
Zusammenfassend erfordert die Optimierung der Wärmeabfuhr eines Transformators einen koordinierten Ansatz, der die innere Ölkanalstruktur, die Auswahl des Kühlverfahrens sowie neue, leistungsstärkere Wärmeaustauschtechnologien umfasst, um den Anstieg der Hotspot-Temperatur wirksam zu kontrollieren und die Alterung der Isolation zu verlangsamen.
Wie lässt sich die Kühlleistung eines Transformators bestimmen?
Um zu bewerten, ob die Kühlleistung den Standards entspricht, gibt es eine Reihe von Methoden – von der Standardprüfung bis zur Online-Überwachung:
- Standard-Temperaturerhöhungsprüfung (vor Auslieferung und Inbetriebnahme):
Dies ist das zentrale Bewertungskriterium. Gemäß nationaler Standards wird unter Simulation der Nennlast die Temperaturerhöhung jedes Transformatorteils (Differenz zwischen Temperatur und Umgebungstemperatur) gemessen und sichergestellt, dass sie den vorgegebenen Grenzwerten nicht übersteigt. Bei dieser Prüfung steht insbesondere die Überwachung der Temperaturerhöhung des obersten Öls sowie der Hot-Spot-Temperatur der Wicklungen im Fokus – dies ist entscheidend für die Beurteilung, ob das Kühldesign zugelassen werden kann.
- Betriebszustandsüberwachung (täglicher Betrieb):
Für in Betrieb befindliche Transformatoren können folgende Methoden zur Bewertung eingesetzt werden:
• Temperaturüberwachung: Die Überwachung der Temperatur des obersten Öls ist die direkteste Methode. Eine dauerhaft hohe Öltemperatur deutet in der Regel auf eine verminderte Effizienz des Kühlsystems hin.
• Bewertung der Kühlkörper-Effizienz: Auf Grundlage des Energiebilanzprinzips und unter Verwendung technischer Algorithmen lässt sich die aktuelle, tatsächliche Effizienz des Kühlkörpers aus Betriebsdaten wie Lastverlust und Öltemperaturanstieg ableiten, um festzustellen, ob die Kühllast nachgelassen hat.
• Infrarot-Thermografie-Detektion: Mit einer Infrarot-Wärmebildkamera kann das Transformatorgehäuse sowie die Kühlkörper abgetastet werden, wodurch lokal überhitzte Bereiche oder eine ungleichmäßige Kühlung direkt identifiziert werden können.
- Spezielle Prüfungen für bestimmte Kenngrößen:
Wenn ein Kühlproblem vermutet wird, können detailliertere Prüfungen durchgeführt werden, beispielsweise die Messung des thermischen Widerstands der Wicklungen zur Berechnung des mittleren Temperaturanstiegs der Wicklungen oder die Installation von Glasfasersensoren zur direkten Messung der kritischsten Hot-Spot-Temperatur.
Mithilfe dieser systematischen Bewertungsmethoden lässt sich der Kühlzustand des Transformators umfassend erfassen, wodurch Probleme rechtzeitig erkannt und Wartungsmaßnahmen eingeleitet werden können.
Jiangsu Unita Electrical Equipment Co.,Ltd. （JSZONMA）Vor der Inbetriebnahme jedes Transformators wird ein umfassendes Qualitätsprüfsystem angewendet. Dabei stellen die Temperaturerhöhungsprüfung und die Isolationsleistungsprüfung die zentralen, verpflichtenden Prüfpunkte der Werksinspektion dar, um die thermische Stabilität und elektrische Sicherheit des Produkts streng zu überprüfen und sicherzustellen, dass jeder ölgefüllte Transformator langfristig sicher, zuverlässig und stabil im Stromnetz betrieben werden kann.