变压器冷却方法

变压器是效率最高的电机。一个典型的变压器的效率超过99%。小的低效率是由于铜损耗、铁芯损耗-滞回、涡流损耗、杂散和涡流损耗在变压器中发生。这些损失导致温度上升。为了保持足够的工作温度,采用了各种变压器冷却方法。

变压器冷却方法

一个有效的变压器冷却系统可以提高变压器容量25%到50%。根据所采用的冷却方式,变压器可分为风冷变压器和油冷变压器。在风冷变压器是通过循环空气冷却或通过外壳。风扇可以用来提供强制空气。可以在变压器外壳上增加翅片,以增加表面积和提高冷却效率。

油冷变压器线圈和铁芯浸在油中。油的自然循环、强制循环或水循环可提高冷却效率。变压器装有散热器或散热片,使冷却更有效。大型油浸变压器使用循环油和强制空气-类似于上图所示的变压器。冷水可在变压器壳体内循环,提高冷却效率。

传热方式

变压器的传热机理有传导、对流和辐射三种方式。来自核心的热量是直接的,但来自绕组,由于绝缘的存在,热量不能直接传递到油。因此,来自线圈的热量在到达冷却剂之前流过几层绝缘材料。

从变压器罐和散热器到环境的热量传递是通过辐射和对流进行的。表面积越大,通过辐射传递的热量就越多。辐射换热取决于表面发射系数。对于涂成灰色的水箱和散热器,其表面效率应为0.95。

在油浸式变压器中,铁芯和绕组的热量通过对流传递到油中。随着油温的升高,油的密度下降。因此,热油流向顶部,被底部的冷油所取代。这使得油罐内的油自然地持续循环,并通过油罐壁和散热器将热量传递到外部环境。

变压器冷却剂

用冷却剂将铁芯和绕组散发的热量提取出来。根据变压器的冷却方式、运行环境、电压和其他几个因素,可以选择冷却剂。以下是该变压器用的冷却剂。

  1. 矿物油或变压器油
  2. 阿斯卡列
  3. 高温碳氢化合物
  4. 硅树脂
  5. 酯类
  6. 六氟化硫

矿物油或变压器油

除了提高线圈绝缘体的介电强度外,变压器油还有冷却变压器铁芯和线圈的重要作用。变压器油由石蜡、环烷、芳烃和烯烃制成。变压器油俗称烃类矿物油。它从线圈和绕组中收集热量,并将其传递到罐表面,从而传递到环境中。

阿斯卡列

Askarels用于在可燃性严重的地方运行的变压器。Askarels最初是一种被称为多氯联苯的化合物。虽然这种化合物是易燃的,但它可以通过电弧或火分解,并可能导致形成呋喃和二恶英等有毒物质。这些化合物对环境有害。

高温碳氢化合物

高温碳氢化合物也被称为高分子量矿物油。它是一种不太易燃的化合物,在配电变压器中用作askarels的替代品。与矿物油或askarels相比,其最大的缺点是成本高和热提取能力下降。

硅树脂

硅酮也用作变压器的冷却剂,因为它们不太易燃。最常用的有机硅化合物是聚二甲基硅氧烷。

酯类

合成酯在许多欧洲国家普遍用作变压器冷却剂。它们具有高温能力,并可生物降解。但它们比碳氢化合物矿物油贵。

硫hexaflouride

在因环境原因不能使用变压器油或任何其他化合物的地方,可以使用加压六氟化硫。它是一种相对惰性气体,具有比空气更高的介电强度。它用于不能使用油的高压变压器。

变压器冷却方法

油和空气是变压器中使用的主要冷却材料。正如本文开头所提到的,油具有绝缘体和冷却剂的双重作用。在油浸式变压器中,热油通过散热器或其他热交换器循环,将热量转移到作为最终冷却介质的周围空气或水。

在小型配电变压器中,在罐体表面做翅片或波纹,以增加表面积,提供足够的冷却表面。以下是从变压器内部向环境转移的可能方法。

  • 通过自然空气循环。
  • 通过使用风扇强制空气流通。
  • 由于浮力,油自然循环
  • 使用泵强制油循环。
  • 强制水循环的热交换器。

油浸式变压器的冷却方法

上述一种或多种方式组合在一起,可有效冷却变形金刚。以下的变压器冷却安排可以加速热传递:

  • 油自然空气自然(ONAN)或OA冷却
  • 油自然空气强制(ONAF)或FA冷却
  • 油气强制冷却(OFAF)或FOA冷却
  • 油迫水迫(OFWF)冷却
  • 油导向空气压力(ODAF)/油导向水压力(ODWF)

油自然空气自然(ONAN)或OA冷却

在小型油浸变压器中,产生的热量可以直接散发到环境中,而不需要任何额外的冷却安排。它需要一个更大的耗散面,以散热器或管的形式直接安装在罐体上。散热器也可以从地面支撑散热器组的形式单独安装。

在天然油和天然空气变压器中,由于重力浮力,油自己循环。线圈和芯中产生的热量通过对流传递到油中。油变热,比重下降。这导致热油流向地表,而比重较高的冷油向下流动。来自油的热量然后被转移到变压器表面,然后转移到周围的空气。

变压器冷却法
上图为ONAN变压器冷却装置。在罐体上做额外的折叠,以增加表面积和加强传热。

通过安装额外的冷却管和散热器可以提高冷却效率。由于从有源部分到油以及从油到大气空气的热传递是通过自然方式进行的,这种变压器冷却方法被称为油自然空气自然冷却。采用这种冷却方法的变压器称为俄南变压器

油自然空气强制(ONAF)或FA冷却

随着变压器额定功率的增加,变压器有源部分产生的热量也会增加。因此,为了加强散热器和周围空气之间的传热,使用风扇将空气吹到散热器上。通过这样做,传热系数显著增加。在ONAF变压器中,油在变压器罐内的循环与在ONAN变压器中发生的方式相同。但唯一不同的是,额外的风扇被用来迫使空气在冷却表面,以加强冷却。

ONAF变压器冷却方法
上图显示的是装有冷却风扇的变压器散热器。这种变压器冷却方法被称为ONAF方法。

冷却风扇安装在散热器的底部或顶部。散热器顶部油的温度会比底部高。While mounting fans on the radiator, their operation should not produce appeciable vibrations on the transformer.

油气强制(OFAF)冷却

在ONAN和ONAF变压器中,变压器内部的油流受自然因素控制。为了加强循环和换热速率,在高额定变压器中使用外部泵。泵使油在散热器和油箱之间不断循环。风扇安装到辐射,以确保改善气流和加强冷却。与ONAF不同的是,风扇安装在散热器的两侧。

OFAF变压器冷却
变压器冷却方法:上面可以看到装有油循环泵和热交换器的变压器。你可以看到泵安装在底部和油到空气热交换器。

油迫水迫(OFWF)冷却

为了提高冷却性能,在OFWF变压器中采用油-水热交换器来传递热油。水的比热容比空气大。因此,水被用来冷却在热交换器中循环的油。这种冷却方式在总有足够电量的水电站中是非常可取的。

油导向空气压力(ODAF)/油导向水压力(ODWF)

为了进一步提高散热率,在变压器中做了额外的安排,使循环的油通过预定的路径。它与强制油系统一起使用。从热交换器进入罐内的油以预定的方式通过绕组,以加强传热。
热交换器中的油压总是大于水压,这样就不会有水渗漏到油中。

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变压器中的定向油流

干式变压器的冷却

由于无油,干式变压器不能采用上述任何一种变压器冷却方法。它们通常被周围的空气自然冷却。对于安装在机柜中的干式变压器,应提供适当的通风以使空气流通。干式变压器采用以下两种变压器冷却方法。

  • 空气自然冷却-由周围空气冷却。自然对流传热。
  • 空气强制(AF)冷却-使用风扇和鼓风机强制循环。
空气自然干式变压器
空气自然干式变压器

变压器冷却类字母说明

代码字母 描述
第一个字母 冷却介质(内部)
O 闪点小于或等于300°C的液体
K 闪点大于300°C的液体
l 没有可测闪点的液体
第二封信 冷却机制
N 自然对流通过冷却设备和绕组
F 通过冷却设备强制循环,在绕组中自然对流
D 通过冷却设备强制循环,在手动绕组中定向流动
第三个字母 冷却介质(外部)
一个 空气
W
第四个字母 冷却机制
N 自然对流
F 强制循环

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