Cистемы охлаждения силовых трансформаторов различных типов и исполнений: сухих и масляных

При работе любого трансформатора, независимо от типа, происходят потери энергии, ведущие к нагреву рабочих элементов, в особенности обмоток и сердечника.

Продолжительное безаварийное функционирование всех элементов, в частности изоляции, напрямую зависит от точности соблюдения температурного режима.

При этом, чем мощнее устройство, тем эффективнее необходимы системы охлаждения трансформаторов. Основные типы охлаждения силовых трансформаторов, технические характеристики, достоинства, недостатки и область использования каждого из них.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «С»

Система охлаждения сухих трансформаторов маркируется в отечественных нормативах буквой «С». В таких устройствах не предусмотрено использование охлаждающего масла.

Нормализация температуры магнитопровода и обмотки происходит путем естественной циркуляцией конвекционных потоков воздуха.

Существует несколько разновидностей систем охлаждения для оборудования такого типа:

• С — открытое исполнение корпуса;
• СГ — устройство герметично;
• СЗ — корпус защищен от внешнего механического воздействия;
• СД — возможна установка дополнительных элементов для принудительной циркуляции воздушных потоков направленных на охладительный радиатор корпуса.

Воздушное охлаждение характеризуется низкой эффективностью, поэтому для контроля температуры обмоток каждой фазы в таких устройствах устанавливается термические сенсоры. Сухие трансформаторы имеют небольшую мощность, параметры большинства моделей не превышают 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.

В соответствии с ГОСТ 11677-85 максимально допустимое превышение температуры обмотки трансформаторного оборудования разных классов серии «С» не должно превышать следующих граничных величин:

• «А» — 60°С;
• «Е» — 75°С;
• «В» — 80°С;
• «F» — 100°C;
• «Н» — 125°С.

Трансформаторы с сухой системой охлаждения имеют следующие преимущества:

1. Высокая устойчивость к ударному и переменному напряжению;
2. Возможность эксплуатации при повышенной влажности и загрязненности;
3. Высокий уровень пожарной безопасности;
4. Экологическая безопасность — нет риска загрязнения окружающей среды выбросами масла;
5. Небольшие размеры;
6. Низкий уровень шума;
7. Нет необходимости в систематическом обслуживании;
8. Высокая устойчивость коротким замыканиям и длительным тепловым нагрузкам;
9. Гибкость установки — возможна реализация различных вариантов использование внешних вентиляторов, что допускает увеличение мощности некоторых моделей до 50%.

Область применения силовых трансформаторов с сухой системой охлаждения разнообразна. Прежде всего, это системы распределения электроэнергии в зданиях и сооружениях общественного, административного, бытового и жилого назначения с повышенными требованиями пожаро- и взрывозащищенности, а также необходимостью низкого уровня шумового загрязнения.

Чаще всего они применяются в гостиницах, офисных центрах, банках, больницах высотных зданиях любого типа и электротранспорте, как наземном, так и метрополитене.

Рынок может предложить потребителю сухие трансформаторы, рассчитанные на особые условия эксплуатации: тропический или северный климат, регионы с высокой сейсмической активностью.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «М»

Для трансформаторного оборудования средней мощности характерно использование более эффективного – жидкостного охлаждения. Чаще всего используется трансформаторное масло. Наиболее простая схема предусматривает естественную циркуляцию охлаждающей жидкости – тип «М».

Тепло, выделяемое обмотками и магнитопроводом, передается через масло в окружающее пространство. Внешний теплообменник представляет собой совокупность трубопроводов, радиаторов и бака накопителя для масла.

Для увеличения эффекта отведения тепла могут быть выбраны разнообразные схемы с различным количеством радиаторов, труб и/или дополнительных ребер на бак.

Максимальная температура теплоносителя в верхней части теплообменника (наиболее разогретые слои) не должна превышать +95°С.

Для трансформаторов типа «М» применение дополнительных охлаждающих устройств типа воздушного принудительного обдува не предусмотрено. Такое оборудование применяется в устройствах мощностью не более 16 МВА.

Отсутствие подвижных частей и дополнительных приспособлений значительно упрощает использование трансформаторного оборудования. Техобслуживание сводится к контролю уровня температуры масла.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «Д»

Принудительное отведение тепла от обмоток и магнитопровода трансформатора реализовано несколькими способами:

Тип «Д» – естественная циркуляция масла и обдув радиаторов вентиляторами. Принудительный обдув включается автоматически при достижении в верхних слоях масла граничной температуры +55°С или при выходе оборудования в рабочий режим с номинальной нагрузкой на обмотки более 100%. Применяется для оборудования мощностью 16-80МВА.

Тип «ДЦ» – кроме обдува в предусмотрена принудительная циркуляция масла.

Масляные насосы встраиваются в бак. Быстрое перемещение жидкости дает следующие преимущества:

• существенное возрастание эффективности контроля и нормализации температуры;
• компактные размеры теплообменника;
• возможность размещения радиаторов отдельно от основного корпуса;
• увеличение номинальной мощности трансформатора до 65-160 МВА.

Системы охлаждения трансформатора тип «Д» с обдувом и циркуляцией масла должны функционировать постоянно. Отказ или выход из строя хотя бы одной подсистемы приводит к немедленному отключению все комплекса оборудования

Тип «НДЦ» – фактически повторяет конструкцию трансформаторного оборудования тип «ДЦ» с той разницей, что поток масла имеет строгую направленность. Это делает охлаждение обмоток еще более эффективным.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ «Ц»

Трансформаторное оборудование мощностью более 160МВА комплектуется масляно-водяной системой отвода тепла. Водяной контур располагается между пластинами радиатора, что помогает более эффективно выводить тепло.

Маслопроводы располагаются в непосредственном контакте с трубами воды. Это повышает коэффициент теплопередачи. Практикуется применение как однотрубного так и двухтрубных контуров.

Такие конструкции устанавливаются, как правило, в закрытых помещениях оборудованных системой отопления, чтобы вода не замерзла при отрицательных температурах. Область применения включает сталелитейные предприятия, обогатительные комбинаты и другие производства с агрессивной средой.

Гибридные масляно-водяные охладители имеют компактные размеры. В них используются как трубчатые или радиаторные, так и плоские (мембранные) контуры. Максимальная рабочая температура в верхних слоях масла не должна превышать +70°С. Оба охлаждающих контура функционируют непрерывно и включаются в работу автоматически, при подаче электроэнергии на обмотку.

Основными проблемами при эксплуатации оборудования такого типа является коррозия труб водяного контура охлаждения.

Протечки воды в маслопровод может вывести из строя все электрооборудование. Поэтому давление в масляном контуре немного превышает аналогичный показатель в водяном.

Тип «НЦ» – для систем такого типа характерно применение направленного движения охлаждающих жидкостей.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ПОМЕЩЕНИИ

Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.

Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.

Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.

Принудительная циркуляция необходима следующих случаях:

1. Помещение имеет небольшую площадь;
2. Работа оборудования характеризуется частыми перегрузками;
3. Расположение оборудования в помещении приводит к нарушению естественной циркуляции воздушных потоков;
4. Температура внешней среды превышает 20^оС;
5. Эксплуатируются трансформаторы типа С.

МАРКИРОВКА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПО МЕЖДУНАРОДНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

В международных нормативах принята четырёхбуквенная маркировка систем охлаждения трансформаторов:

1. Первый символ — обозначение типа охлаждающей жидкости, которая находится в непосредственном контакте с электро несущими обмотками:

• «О» — минеральные масла или синтетические хладагенты с температурой воспламенения около 300^oС;
• «К» — синтетические хладагенты и изоляционные жидкости с температурой воспламенения более 300^oС;
• «L» — изоляционные жидкости и масла с неопределяемой точкой воспламенения.

2. Второй символ — режим циркуляции теплоносителя:

• «N» — естественно-принудительная;
• «D» — принудительная;
• «F» — принудительная в системе охлаждения и термосифонная в обмотках.

3. Третий символ — тип внешнего охлаждающего вещества;

• «А» — воздушное;
• «W» — водяное.

4. Четвертый символ — способ циркуляции внешних охлаждающих веществ;

• «N» — естественный;
• «F» — принудительный.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Системы охлаждения силовых трансформаторов могут включать следующее дополнительное оборудование:

Защитное газовое реле.

При повреждениях масляной системы охлаждения или иных нарушениях функционирования маслопровода, масло начинает разлагаться, выделяя некоторое количество газов.

Газовое реле, в зависимости от заложенной функциональности, может подавать сигнал тревоги (при незначительном количестве газа) или отключать трансформатор, при скачкообразном возрастании объема газа.

Индикатор уровня масла.

Может быть выполнен, как в виде стеклянного патрубка (работает по принципу сообщающихся сосудов), так и в виде аналогового циферблата соединенного с поплавковой системой измерения.

Температурные датчики.

Индикаторы на основе термопар установленные в точках с максимальной температурой масла.

Влагопоглотители.

Устанавливаются в емкостях для масла и поглощают образующийся конденсат, препятствуя попаданию влаги в охлаждающую жидкость.

Система регенерации масла.

Используются термосифонные фильтры, наполненные крупнофракционным абсорбентом. Регенерация производится непрерывно, без снятия рабочей нагрузки.

Устройства сброса давления.

Механический предохранительный клапан многоразового срабатывания с возможностью регулировки граничной величины.

Выбор и использование трансформаторов требует тщательного расчета, производимого специалистами.

Как правило, конечный пользователь, будь то небольшой объект или крупное предприятие, в таких случаях обращается к представителям энергетической компании, которые и порекомендуют организацию, осуществляющую монтаж, подключение и последующее обслуживание трансформаторного оборудования.

  *  *  *

© 2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Виды охлаждения силовых масляных трансформаторов

В настоящее время в отечественных масляных трансформаторах применяются системы охлаждения, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Системы охлаждения масляных трансформаторов применяемые в отечественном трансформаторостроении

		Обозначение системы охлаждения
Циркуляция масла	Охлаждение масла	по ГОСТ	по МЭК
Естественная	Естественное воздушное	М	ONAN
Естественная	Принудительное воздушное	Д	ONAF
Принудительная	Естественное воздушное	МЦ	OFAN
Принудительная	Принудительное воздушное	ДЦ	OFAF
Естественная	Принудительное водяное	MB	ONWF
Принудительная	Принудительное водяное	Ц	OFWF
Принудительная направленная	Принудительное воздушное	НДЦ	ODAF
Принудительная направленная	Принудительное водяное	НЦ	ODWF

Система охлаждения М.

При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВ-А) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.

Система охлаждения Д.

В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Система охлаждения МЦ.

Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла.

Система охлаждения ДЦ.

В трансформаторах мощностью около 100 MB-А и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Система охлаждения MB.

В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов.

Система охлаждения Ц.

Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ.

Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже.
Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MB-А и выше.

Ещё по теме:

Способы охлаждения силовых масляных трансформаторов. Применяемые системы охлаждения силовых трансформаторов

В настоящее время в отечественных масляных трансформаторах применяются системы охлаждения, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Системы охлаждения масляных трансформаторов применяемые в отечественном трансформаторостроении

		Обозначение системы охлаждения
Циркуляция масла	Охлаждение масла
Естественная	Естественное воздушное
Естественная	Принудительное воздушное
Принудительная	Естественное воздушное
Принудительная	Принудительное воздушное
Естественная	Принудительное водяное
Принудительная	Принудительное водяное
Принудительная направленная	Принудительное воздушное
Принудительная направленная	Принудительное водяное

При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВ-А) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.

В трансформаторах мощностью более 6,3-10 MB-А затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5-2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по выс

Сравнение различных систем охлаждения трансформаторов

     Выбор системы охлаждения трансформатора определяется многими факторами. Применение той или иной системы в первую очередь зависит от мощности трансформатора, а следовательно, от величины потерь энергии в нем.
     В разных странах применяются различные системы охлаждения трансформаторов. В таблице ниже приведены применяемые системы охлаждения и их условные обозначения. Комбинированную систему охлаждения OA/FA; OA/FA/FA и др. применяют для повышения номинальной мощности трансформатора. Например, трансформатор при естественном охлаждении имеет мощность 120 МВА, при включении первой ступени дутьевого охлаждения 160 МВА и при включении второй ступени 200 МВА. Комбинированная система может также применяться для интенсивного охлаждения при повышенной температуре окружающего воздуха или для повышения мощности трансформатора лишь в периоды максимумов нагрузки. С ростом номинальной мощности охлаждающая поверхность растет медленнее, чем объем и потери трансформатора. Поэтому при больших мощностях естественная циркуляция масла становится недостаточной для охлаждения трансформатора, и необходимо применять принудительную циркуляцию масла при помощи насосов.

		Обозначение системы охлаждения
Циркуляция масла	Охлаждение масла	ГОСТ 11677-75	МЭК
Естественная	Естественное воздушное	М	ONAN
Естественная	Принудительное воздушное	Д	ONAF
Принудительная	Естественное воздушное	МЦ	OFAN
Принудительная	Принудительное воздушное	ДЦ	OFAF
Естественная	Принудительное водяное	MB	ONWF
Принудительная	Принудительное водяное	Ц	OFWF
Принудительная направленная	Принудительное воздушное	НДЦ	ODAF
Принудительная направленная	Принудительное водяное	НЦ	ODWF

Система охлаждения М

     При этом виде охлаждения теплота, выделяющаяся в активной части и элементах металлоконструкции трансформатора, передается путем естественной конвекции маслу, которое, в свою очередь, отдает его в окружающий воздух также путем естественной конвекции и излучения. В трансформаторах небольшой мощности (до нескольких десятков кВА) теплоотдающей поверхности баков достаточно для отвода выделяющейся теплоты при нормированном превышении температуры масла. В трансформаторах большей мощности приходится ее искусственно увеличивать путем применения ребристых и трубчатых баков или баков с навесными или выносными радиаторами.
 

Система охлаждения Д

     В трансформаторах мощностью более 6,3—10 MBА затруднительно развить теплоотдающую поверхность бака в такой мере, чтобы обеспечить заданный уровень нагрева. Это становится понятным, если учесть, что согласно законам роста в серии подобных трансформаторов (т. е. в таких, в которых соответствующие линейные размеры пропорциональны) при постоянстве электромагнитных нагрузок (индукции в магнитопроводе, и плотности тока в обмотках) потери растут пропорционально кубу линейных размеров, тогда как охлаждающие поверхности растут пропорционально квадрату этих размеров. Поэтому приходится принимать дополнительные меры для усиления охлаждения путем обдува радиаторов вентиляторами. Тем самым увеличивается в 1,5—2 раза коэффициент теплопередачи и соответственно теплосъем радиаторов. При снижении температуры верхних слоев масла до 50С, если при этом ток нагрузки меньше номинального, вентиляторы отключаются.

Система охлаждения МЦ
 

     Эта система охлаждения в отечественной промышленности применяется редко. При такой системе благодаря принудительной циркуляции масла с помощью насоса достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака трансформатора и снижение температуры верхних слоев масла.

Система охлаждения ДЦ

     В трансформаторах мощностью около 100 MBА и более выделяющиеся потери настолько значительны, что для их отвода приходится применять специальные масляно-воздушные охладители, обдуваемые вентиляторами и оснащенные насосами для принудительной циркуляции масла. Для увеличения эффективности обдува трубы в таких охладителях имеют сильно развитую ребристую наружную поверхность. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака. Разница температуры масла вверху и внизу бака составляет в данном случае менее 10°С, в то время как при естественной циркуляции она достигает 20—30°С. Выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью охладители имеют теплосъем 160—180 кВт. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от обмоток к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора.

Система охлаждения MB
 

     В отечественном трансформаторостроении эта система охлаждения не получила широкого распространения. Для охлаждения масла используется вода, циркулирующая в трубах, размещенных в верхней части бака, в зоне наиболее горячего масла. Вода прогоняется по трубам с помощью насосов.

Система охлаждения Ц
 

     Эта очень эффективная и компактная система охлаждения применяется для мощных трансформаторов тогда, когда имеется достаточное количество воды (гидростанции, очень мощные тепловые станции). Она позволяет отказаться от системы охлаждения ДЦ, которая при очень большой мощности трансформаторов становится достаточно громоздкой. Эта система охлаждения основана на применении масляно-водяных охладителей с гладкими или оребренными трубами и движением воды по трубам, а масла — в межтрубном пространстве. Благодаря конструктивным мероприятиям обеспечивается зигзагообразное движение масла в охладителе с поперечным обтеканием трубок. Большой теплосъем (до 1000 кВт и более) и малые габаритные размеры масляно-водяных охладителей достигаются благодаря увеличению коэффициента теплоотдачи от стенки трубы при охлаждении ее водой. При отключении этой системы охлаждения, как и при системе ДЦ, трансформаторы могут оставаться в работе также очень ограниченное время. Недостаток этой: системы охлаждения в части интенсивности охлаждения обмоток тот же, что и системы охлаждения ДЦ.

Системы охлаждения с направленной циркуляцией масла в обмотках НДЦ и НЦ

     Улучшить охлаждение обмоток и обеспечить при этом более равномерное распределение в них температуры можно путем создания принудительной (направленной) циркуляции масла в охлаждающих каналах обмоток с требуемой скоростью, обеспечивающей необходимый температурный режим. Здесь возможны два варианта исполнения — с одноконтурной и двухконтурной схемами циркуляции масла. В первом варианте масло, забираемое из верхней части бака, проходит через масляно-воздушные или масляно-водяные охладители и подается в обмотки. Во втором варианте кроме контуров охлаждения масла, аналогичных системам ДЦ или Ц, существуют независимые контуры охлаждения обмоток, причем масло, забираемое насосом из верхней части бака, подается, минуя охладители, в нижнюю часть бака и далее в контуры охлаждения обмоток. Второй вариант исполнения системы охлаждения несколько сложнее и дороже.
Эта система охлаждения позволяет при необходимости (например, в трансформаторах предельных мощностей) повысить электромагнитные нагрузки, но она усложняет конструкцию изоляции и обмоток, а также технологию сборки и испытаний трансформаторов (необходимы гидравлические испытания контуров циркуляции масла в обмотке). Поэтому такие системы применяются в отечественном трансформаторостроении для трансформаторов мощностью 400 MBА и выше.

Системы охлаждения трансформаторов

Конструктивное исполнения силового трансформатора в значительной степени определяется методом охлаждения, который обуславливается по большей части его номинальной мощностью. Наибольшее распространение в трансформаторах получили следующие системы охлаждения: естественная масляная и сухая воздушная.

Трансформаторы с воздушной системой охлаждения (сухие)

Активные части сухих трансформаторов охлаждаются с помощью окружающего воздуха. Воздух отводит тепло от деталей трансформатора при помощи конвекции, при этом определенная часть тепла отводится посредством теплового излучения. Такие устройства предназначены для установки внутри производственных помещений, зданий и др., в которых основным требованием является обеспечение высокой степени пожарной безопасности.

С точки зрения обслуживания они считаются более простыми и удобными в сравнении с масляными, поскольку в них отсутствует необходимость периодической очистки и слива трансформаторного масла. Но воздух характеризуется меньшей теплопроводностью в сравнении с маслом, поэтому обмотки магнитопровода и проводов выполняют с большим поперечным сечением. Как результат, вес активных деталей сухих трансформаторов оказывается больше масляных.

Трансформаторы с масляной системой охлаждения

В трансформаторах с масляной (естественной) системой охлаждения магнитопровод, обмотки, служащие источником выделяющегося тепла, размещают в специальном баке, наполненным хорошо отчищенным маслом. Тепло предается маслу, которое под воздействие температуры становиться менее плотным, в сравнении холодным у стенок бака. Таким образом, осуществляется циркуляция трансформаторного масла в баке. Около нагретых элементов оно перемещается вверх, тем самым охлаждаясь, у стенок бака, и перемещаясь вниз.

Масло характеризуется более высокой теплопроводностью в сравнении с воздухом, а поэтому замечательно отводит тепло от нагретых обмоток силовых трансформаторов к стенкам бака, с большей площадью поверхностного охлаждения. Опускание активных деталей трансформатора в бак гарантирует увеличенную электрическую прочность изоляции, что уменьшает увлажнение и потерю основных изоляционных свойств.

При увеличении номинальной мощности силовых трансформаторов, проблемы с эффективным отводом тепла возникают в большей степени. Это обуславливается пропорциональным увеличением потерь. С целью предотвращения повышения температуры выше установленного уровня специально увеличивают поверхность охлаждения, создавая на боковых гранях бака радиаторы, охладители или формируя каналы в магнитопроводе.

В трансформаторах большой мощности применяются системы охлаждения с дутьем и циркуляцией масла. В таких аппаратах радиаторы обдуваются вентиляторами, оборудованными индивидуальными приводными механизмами. Дополнительное увеличение степени охлаждения достигается использованием принудительной циркуляцией масла, которая реализуется посредством использования специальных насосов с отдельным электроприводным механизмом. Еще большая степень интенсификация теплоотвода получается при обустройстве масляно-водяных систем с принудительной либо естественной циркуляцией масла. Такие системы требуют наличия проточной воды, а поэтому устанавливаются на

Системы охлаждения трансформаторов и их обслуживание

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
При работе трансформатора выделяются значительные тепловые потери: в магнитопроводе, связанные с перемагничивание и вихревыми токами в стали; джоулевы потери в обмотках; добавочные потери в деталях конструкции из-за вихревых токов, наведенных потоками рассеяния. Тепло, выделяющееся в проводниках обмоток и магнитопроводе, передается наружным поверхностям за счет теплопроводимости. Передача тепла от наружных поверхностей к маслу происходит путем конвекции.
Масло, нагреваясь теплом, выделившимся в обмотках и магнитопроводе, поднимается вверх, под крышку трансформатора, где оно имеет наиболее высокую температуру, Вслед поднимающемуся маслу снизу идет масло, охлажденное у стенок бака трансформатора и в радиаторах. Горячее масло сверху замыкает циркуляцию, опускаясь вниз и постепенно охлаждаясь, отдавая тепло наружным поверхностям, которые в свою очередь отдают тепло охлаждающему воздуху.
Для трансформаторов небольшой и средней мощности (до  6000 кВА) применяют систему охлаждения М с естественной циркуляцией масла и воздуха. На баке таких трансформаторов крепятся радиаторы, состоящие из коллекторов с приваренными к ним трубами.
При большой мощности периметр бака недостаточен для дальнейшего увеличения числа радиаторов, поэтому используется форсировка охлаждения. Применяется система охлаждения Д с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха с помощью вентиляторов, установленных между пучками трубок радиаторов и создающих дутье (Д) (ряс, 2.6). У самых мощных трансформаторов система охлаждения Д не может обеспечить отвода выделяющегося тепла. Поэтому переходят к системе охлаждения Ц с принудительной циркуляцией масла и воды или к системе ДЦ с принудительной циркуляцией масла и воздуха. С помощью насосов масло прокачивают через охладители, в которых оно в первом случае принудительно охлаждается водой, во втором – воздухом. Система охлаждения Ц более эффективна и применяется на ТЭС и ГЭС (рис. 7).
При включении трансформатора без охлаждения или при отключении устройства охлаждения происходят быстрое повышение температуры верхних слоев масла и нагрев отдельных деталей трансформатора, который за короткое время может достигнуть недопустимых пределов и привести к аварии. Поэтому схема управления охлаждающими устройствами типа Ц и ДЦ должна обеспечивать автоматическое включение устройств охлаждения одновременно с включением трансформатора в сеть, а также включение первой группы охладителей при достижении 75 % номинальной нагрузки и второй – при нагрузке выше 75 %. Следует отметить, что при включении трансформатора из ремонта при минусовой температуре происходит замораживание воды в маслоохладителе и включение циркуляции масла в таких случаях может привести к повреждению трансформатора.

Рис. 6. Трансформатор масляный с принудительной циркуляцией воздуха ТД-10000/35:
1 – ввод ВН; 2 – ввод НН; 3 – ввод «0» ВН;
4 – маслоуказатель; 5 – расширитель, 6 – реле газовое; 7 — радиатор; 8 – воздухоосушитель; 9 – фильтр термосифонный; 10-доливка масла; 11 – клапан предохранительный; 12 — крышка трансформатора; 14 – электродвигатель с вентилятором

Рис. 7, Система охлаждения трансформатора ТЦ-400000/500:
1 – маслопровод всасывающий; 2 – коллектор всасывающий;
3 – насосы рабочие; 4 – насос пусковой; 5 – обратный клапан,
6 – коллектор промежуточный; 7 – маслоохладитель;
8 – коллектор нагнетательный; 9 – маслопровод охлажденного масла; 10 – абсорбционный фильтр; 11 – устройство для отбора проб масла; 12 – устройство для контроля наличия масла в воде;
13 – обводный маслопровод; 14 – напор коллекторной воды;
15 – слив коллекторной воды

Для своевременного принятия мер по исправлению повреждений в системе принудительного охлаждения трансформаторы должны быть оборудованы сигнализацией о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды, останове вентиляторов дутья, включении резервного источника питания, включении резервного охладителя, без чего эксплуатация трансформаторов не допускается.
Трансформаторы с охлаждением вида Д могут работать с отключенным дутьем, когда нагрузка меньше номинальной и температура верхних слоев масла меньше +55°, при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45°. Дутьевое охлаждение должно включаться автоматически при достижении температуры масла +55°С или при достижении номинальной нагрузки.
Для того чтобы в системе охлаждения вида Ц в масло не попадала вода, необходимо постоянное превышение давления масла в любой точке маслоохладителя над давлением воды в статическом и динамическом режимах. Поэтому при включении трансформаторов с масловодяным охлаждением сначала включается масляный насос, затем водяной. При отключении – наоборот, сначала останавливается водяной насос, затем масляный.
Зимой перед пуском воды в охладитель необходимо прогреть масло до +15°С для предотвращения ее замерзания и повреждения труб охладителя. Кроме того, для защиты системы охлаждения зимой от замораживания спускают воду из охладителей при отключении трансформатора, утепляют ее. Целесообразно располагать охладители в помещении с положительной температурой.
При выводе трансформатора с охлаждением вида ДЦ из работы в резерв никаких операций с вентиляторами в системе охлаждения и ключами управления в шкафу управления электродвигателями производить не требуется.
При выводе трансформатора с масловодяным охлаждением (Ц) на длительный ремонт закрывают все задвижки и открывают краны для спуска воды.
Текущий ремонт систем охлаждения Д, Ц, ДЦ производят ежегодно.

Ещё по теме:

Типы систем охлаждения трансформаторов

Практически каждый силовой трансформатор во время эксплуатации нагревается из-за естественных физических процессов. При сильном перегреве изнашивается изоляция, что приводит к преждевременному выходу устройства из строя. Чтобы снизить негативное влияние такого явления, магнитопровод, обмотки и другие части следует охлаждать. Для этого используются различные системы охлаждения трансформаторов.

Основное отличие последних связывается со средой, в которой находится оборудование и внедрения дополнительных устройств для контроля температуры. Обратите внимание, что в современных трансформаторах используется масляное, водяное, воздушное охлаждение. В отдельную категорию следует отправить сухие устройства.

Маркировки и типы систем охлаждения трансформаторов

Определение маркировки и типа выполняется согласно государственному стандарту ГОСТ 11677-75. Здесь прописана полная спецификация и градация. Рассмотрим каждую группу в отдельности:

1. С – сухие трансформаторы, которые в силу особенностей могут использовать естественное воздушное охлаждение. Некоторые вариации снабжаются принудительной циркуляцией воздуха и обозначаются СД.
2. М – силовое оборудование с естественным масляным и воздушным охлаждением. Применяются, в основном, для распределительной сети с небольшой мощностью трансформатора. На крупных подстанциях имеются вариации с принудительной циркуляцией масла МЦ, НМЦ.
3. Д – оборудование, которое обладает естественным охлаждением масла и принудительной воздуха. Существует несколько вариации ДЦ и НДЦ, в зависимости от дополнений в виде циркулирования технической жидкости.
4. Н – представленный тип встречается реже, так как для реализации применяются негорючие диэлектрики. В большинстве случаев подобные изделия менее подвержены взрывам, что обеспечивает большую безопасность людей и подстанции в целом.

Необходимо отметить, что в современной практике имеются иностранные градации в этом направлении. Практически все названые системы охлаждения трансформаторов дублируются в соответствующих стандартах.

Основные преимущества и недостатки

Практические каждый тип сопровождается рядом технических особенностей, преимуществами и недостатками. Далее, представляем основные критерии, по которым определяется позитивные или негативные позиции:

• Уровень температур. Главное назначение охлаждения — поддержать естественную, благоприятную рабочую среду для оборудования. Последнее во многом определяется средой установки, уровень нагрузки энергоустановок.
• Стоимость реализации. Практически каждая энергоснабжающая компания стремится сократить расходы на оборудование, поэтому использует старые проверенные решения в виде масляного охлаждения.
• Степень безопасности. Это важный критерий, который предполагает применение того или иного решения на разных объектах энергетики. Для атомных станций предпочтительно задействовать более современные и рациональные предложения, позволяющие поддерживать нужный температурный режим. Когда на подстанции распределительной сети с небольшими токами можно применять вариант по типу С.

Обратите внимание, что в России, Беларуси, Украине используются силовые трансформаторы с системой охлаждения НМЦ, НДЦ.

Охлаждение по типу М

Представленные тип считается самым распространенным в силу относительной дешевизны, расширенного срока службы и некоторых других особенностей. На подстанциях распределительных сетей используются маслонаполненные трансформаторы с естественной циркуляцией масла и без дополнительного обдува. Система охлаждения трансформатора М имеет некоторые нюансы эксплуатации:

1. Необходимость отслеживания уровня масла и отбор газа для определения состояния техники. Обслуживающий персонал обязан посетить подстанцию распредсетей не реже 1 раза в полгода.
2. Конструкция должна быть герметичной. Следы подтеков свидетельствует о необходимости проведения технического или капитального ремонта.

Негативным фактором эксплуатации считается воровство масла. Это распространенная практика, когда происходит пробитие и слив технической жидкости с бака трансформатора. Из-за варварских действий осуществляется перегрев и замыкание оборудования с последующим выгоранием.

Система охлаждения трансформатора Д, ДЦ

На крупных ПС естественная циркуляция масла дополняется автоматическим обдувом, который срабатывается при повышении температурного режима. Система охлаждения трансформатора ДЦ обладает более совершенной эксплуатацией, так как позволяет избежать перегрева даже при высоких нагрузках. Необходимо отметить, что данный тип является самым распространенным и будет таковым еще несколько десятилетий. Важной особенностью эксплуатации считается необходимость правильного регулирования обдува. Последний должен включаться автоматически при условии повышения температурного режима до 75 градусов, с обратным отключением при снижении.

Охлаждение по типу Н

Тип системы охлаждения трансформаторов Н сложно встретить в современной эксплуатации. Однако с течением времени их число будет возрастать. В качестве основной среды используется дистиллированная вода с присадками, которая служит хорошим диэлектриком и позволяет поддерживать нужную температуру. Необходимо отметить, что такую систему часто комбинируют с принудительным воздушным типом оборудования.

Что касается недостатков — продукция оценивается дороже. Этот момент ощущается и при эксплуатации, ведь для доливки жидкости потребуется использовать специальный раствор, который стоит денег. В остальном, представленный вариант имеет место в современной эксплуатации на подстанциях различного типа.

Варианты охлаждения С, СГ

В отличие от системы масляного охлаждения трансформаторов, варианты типа С не использует какую-либо жидкость для корректировки температурного режима. Снижение температур осуществляется естественной циркуляцией воздуха, что приемлемо в следующих случаях:

1. Трансформатор до 63 кВА, которые обладают нормальной средой эксплуатации и небольшой нагрузкой.
2. Силовое оборудование, которое задействовано в условиях низких температур.
3. Временная строительная площадка, где не важна длительность использования изделий.

В остальных случаях рекомендуется ориентироваться на описываемые выше решения. Это позволит продлить срок службы и сэкономить значительные средства.

Какому варианту отдать предпочтение?

На этот вопрос нет единого ответа, так как существует множество факторов, которые предопределяют решение. Как показывает практика, на современном рынке используются трансформаторы типа НДЦ и НМЦ, которые сопровождаются естественной циркуляцией масла и принудительной подачей воздуха. Подобные изделия обладают повышенной стойкостью к перепадам температуры, создает защитную пленку, которая продлевает жизнь оборудованию.

Вместе с этим, имеются более прогрессивные и безопасные технологии, которые помогают избежать форс-мажорных ситуаций. К примеру, пожаров на подстанциях, когда полностью выгорает все оборудование ОРУ. Необходимо двигаться вперед к технологическому прогрессу, но и не забывать о наработках прошлых лет. Ведь со старым оборудованием придется работать еще очень долго.

Заключение

Силовое оборудование подстанций находится в постоянной работе и под воздействием физических явлений нагревается. При повышении загруженности температура будет возрастать и приведет к выгоранию рабочих элементов. Чтобы продлить срок службы, используются различные системы охлаждения трансформатора. В современной практике применяются варианты с воздушным, масляным и водяным методом корректировки среды.

Выбор способа охлаждения во многом определяется рядом критериев, среди которых можно выделить стоимость, возможность создания системы поддержки, особенности окружающей среды. На подстанциях 220/110/35/10 используются в основном тип НМЦ, НДЦ, которые считаются комбинированными.