EN
Znaczenie wydajności odprowadzania ciepła dla transformatorów zapełnionych olejem odzwierciedla się głównie w bezpośrednim wpływie na czas eksploatacji oraz bezpieczeństwo transformatora elektrycznego. Czas życia transformatora zależy w dużej mierze od stopnia starzenia się izolacji olejowo-papierowej, przy czym starzenie termiczne jest najważniejszym czynnikiem powodującym degradację izolacji. Za każdy okres, w którym materiał izolacyjny pracuje powyżej zaprojektowanej temperatury, tempo starzenia wzrasta wykładniczo. Dlatego też skuteczne odprowadzanie ciepła pozwala skutecznie kontrolować temperaturę punktów gorących uzwojeń – jest to kluczowy wskaźnik służący ocenie stanu eksploatacyjnego oraz pozostałego czasu życia transformatora.
W przypadku słabej odprowadzania ciepła oraz zbyt wysokiej temperatury wewnętrznej nie tylko przyspiesza się degradację oleju izolacyjnego i materiałów izolacyjnych stałych, co prowadzi do obniżenia właściwości izolacyjnych, ale także może to spowodować awarie urządzeń, a nawet wpłynąć na stabilną pracę całej sieci elektroenergetycznej. Można powiedzieć, że skuteczne odprowadzanie ciepła stanowi podstawowy warunek zapewnienia bezpiecznej i stabilnej pracy transformatora przy obciążeniu znamionowym oraz osiągnięcia jego zaprojektowanej długości życia (zazwyczaj wynoszącej 30 lat lub więcej).
Kluczowe czynniki wpływające na odprowadzanie ciepła transformatory zanurzone w oleju
Skuteczność odprowadzania ciepła w transformatorach olejowych do rozdzielczych jest zasadniczo wynikiem synergii cyrkulacji oleju i konwekcji powietrza. Kluczowe czynniki wpływające na ten proces można przeanalizować pod kątem dwóch głównych aspektów: stanu wewnętrznego przepływu oleju oraz warunków chłodzenia zewnętrznych.
- Wewnętrzna cyrkulacja oleju oraz projekt konstrukcyjny stanowią podstawę odprowadzania ciepła.
W trakcie pracy transformatora ciepło wydzielane przez uzwojenia i rdzeń jest przekazywane do radiatora poprzez naturalną lub wymuszoną konwekcję oleju izolacyjnego. Badania wykazały, że prędkość przepływu oleju znacząco wpływa na wzrost temperatury: przy zwiększeniu prędkości przepływu oleju od 0,05 m/s do 0,20 m/s maksymalna temperatura rdzenia może zostać obniżona o 11,62 K. Budowa wewnętrznej struktury kanałów olejowych również ma kluczowe znaczenie. Poszerzenie poziomych kanałów olejowych lub racjonalne rozmieszczenie przegrod olejowych skutecznie poprawia cyrkulację oleju w strefach martwych przepływu, co prowadzi do obniżenia średniej temperatury uzwojeń.
- Zewnętrzna metoda chłodzenia oraz warunki środowiskowe decydują o skuteczności odprowadzania ciepła.
Metody chłodzenia są klasyfikowane według skuteczności jako: chłodzenie olejowe samoczynne (ONAN), chłodzenie olejowe powietrzem (ONAF) oraz wymuszona cyrkulacja oleju z chłodzeniem powietrzem (OFAF). Chłodzenie powietrzem może poprawić efekt odprowadzania ciepła o 150–200% w porównaniu do chłodzenia samoczynnego. Ponadto im wyższa temperatura otoczenia, tym mniejsza różnica temperatury odprowadzania ciepła i tym gorszy efekt. Innowacyjne rozwiązania również ciągle przekraczają tradycyjne ograniczenia, np. poprzez dodanie wypukłych struktur na ścianie zbiornika oleju w celu zakłócenia warstwy granicznej cieplnej, co prowadzi do obniżenia temperatury punktów gorących o 10,6 K.
Podsumowując, optymalizacja odprowadzania ciepła z transformatora wymaga spójnego podejścia obejmującego strukturę kanałów olejowych wewnątrz transformatora, dobór odpowiedniej metody chłodzenia oraz nowe, ulepszone technologie wymiany ciepła, aby skutecznie kontrolować wzrost temperatury punktów gorących i opóźnić starzenie się izolacji.
Jak określić wydajność chłodzenia transformatora?
Aby ocenić, czy wydajność chłodzenia spełnia wymagane normy, stosuje się zestaw metod obejmujących od standardowej weryfikacji po monitorowanie w czasie rzeczywistym:
- Standardowy test wzrostu temperatury (przed wprowadzeniem do eksploatacji i uruchomieniem):
Jest to podstawowy kryterium oceny. Zgodnie z normami krajowymi, poprzez symulację obciążenia znamionowego mierzy się wzrost temperatury poszczególnych części transformatora (różnica między temperaturą a temperaturą otoczenia) i zapewnia się, że nie przekracza on określonych limitów. Test skupia się na monitorowaniu wzrostu temperatury oleju na szczycie oraz temperatury najgorętszego punktu uzwojeń, co stanowi kluczowy czynnik decydujący o przydatności projektu systemu chłodzenia.
- Monitorowanie stanu eksploatacji (codzienna eksploatacja):
W przypadku transformatorów w eksploatacji można stosować następujące metody oceny:
• Monitorowanie temperatury: Monitorowanie temperatury oleju na szczycie jest najbardziej bezpośrednią metodą. Utrzymanie się wysokiej temperatury oleju zwykle wskazuje na spadek wydajności systemu chłodzenia.
• Ocena wydajności radiatora: Na podstawie zasady bilansu energii, przy użyciu algorytmów inżynieryjnych, rzeczywistą aktualną wydajność radiatora można wywnioskować na podstawie danych eksploatacyjnych, takich jak straty obciążenia i wzrost temperatury oleju, co pozwala określić, czy zdolność chłodzenia uległa pogorszeniu.
• Wykrywanie za pomocą termowizji podczerwieni: Skanowanie obudowy transformatora i radiatorów za pomocą termowizjera podczerwonego umożliwia bezpośrednie zidentyfikowanie obszarów lokalnego przegrzewania lub nieregularnego chłodzenia.
- Specjalistyczne badania określonych parametrów:
W przypadku podejrzenia problemów z chłodzeniem można przeprowadzić bardziej szczegółowe badania, np. pomiar oporności cieplnej uzwojeń w celu obliczenia średniego wzrostu temperatury uzwojeń lub montaż czujników światłowodowych do bezpośredniego pomiaru temperatury najbardziej krytycznego punktu gorącego.
Dzięki tym systematycznym metodom oceny można kompleksowo ocenić stan chłodzenia transformatora, co pozwala na szybkie wykrycie problemów oraz wdrożenie odpowiednich działań konserwacyjnych.
Jiangsu Unita Electrical Equipment Co., Ltd. (JSZONMA). Przed wprowadzeniem każdego transformatora do produkcji stosowany jest kompleksowy system kontroli jakości. Wśród nich testy podwyższenia temperatury oraz testy właściwości izolacyjnych są kluczowymi, obowiązkowymi elementami kontroli fabrycznej, mającymi na celu ścisłe zweryfikowanie stabilności termicznej i bezpieczeństwa elektrycznego produktu, zapewniając, że każdy transformator olejowy będzie mógł przez długi czas bezpiecznie, niezawodnie i stabilnie pracować w sieci energetycznej.