Detemperaturøkning for en tørr-transformatorer en av de tekniske detaljene som kan se enkle ut på et dataark, men som faktisk forteller deg ganske mye om hvordan transformatoren vil fungere i reell drift.

Når en transformator får strøm, produserer den varme. Noe kommer fra den magnetiske kjernen, mens det vanligvis genereres mer varme i viklingene etter hvert som belastningen øker. Den varmen må ut. Hvis den forblir fanget inne i transformatoren, stiger temperaturen, isolasjonen eldes raskere, og påliteligheten kan lide over tid.

I grunnleggende termer:

Temperaturstigning=Transformatortemperatur − Omgivelsestemperatur

Så hvis den omkringliggende luften er 40 grader og den gjennomsnittlige viklingstemperaturen når 140 grader, er viklingstemperaturstigningen 100 K.

Transformatorer av tørre-type kjøles avheller luftenn isolasjonsolje. Det gjør luftstrøm, ventilasjon, viklingskonstruksjon, isolasjonsmaterialer og kjølekanaler spesielt viktig. I praksis bør selve transformatoren og rommet der den er installert betraktes som ett termisk system.

Hva forårsaker temperaturstigning i en tørr-type transformator?

Det er flere varmekilder, menkjernetap og viklingstaper de store.

Kjernetap oppstår når transformatoren er aktivert. Det kommer hovedsakelig fra hysterese og virvelstrømmer i den magnetiske kjernen. I motsetning til viklingstap, forsvinner det ikke når transformatoren belastes lett.

Viklingstap er tettere knyttet til belastningsstrømmen. Den resistive komponenten uttrykkes vanligvis som:

P = I²R

Dette er verdt å ta hensyn til fordi strømmen er kvadratisk. Hvis strømmen øker, kan viklingsoppvarmingen øke mye raskere enn du kanskje forventer.Ved 80 % av merkestrømmen, for eksempel, er I²R-komponenten av viklingstap omtrent 64 % av verdien ved merkestrøm, forutsatt at de andre forholdene forblir like.

Det finnes ogsåbortkommen og ytterligere tap. Lekkasjefluks kan indusere strømmer i metalliske strukturelle deler, og skape lokalisert oppvarming. Harmoniske strømmer kan også gjøre situasjonen mer komplisert. Utstyr som UPS-systemer, frekvensomformere med variabel-frekvens, solcelle-omformere, EV-ladere og andre-elektroniske kraftbelastninger kan introdusere harmoniske og øke transformatoroppvarmingen.

Så, den endelige temperaturen er i utgangspunktet en balanse:hvor mye varme transformatoren produserer kontra hvor mye varme den kan kvitte seg med.

Omgivelsestemperaturen har også betydning. En transformator som opererer i et varmt elektrisk rom har mindre termisk margin enn den samme transformatoren som er installert i et kjøligere, godt -ventilert rom.

Temperaturstigning for transformatorer av ikke-harpikstørre-type

Ikke--harpikstørre-transformatorer bruker isolasjonssystemer som ikke er avhengige av fullstendig epoksyharpiksinnkapsling. Avhengig av design kan viklingene bruke lakk, glassfiber, Nomex, luftisolasjon eller andre solide isolasjonsmaterialer.

Fordi det ikke er noe tykt støpt-harpikslag rundt viklingene, kan luftstrømmen spille en spesielt viktig rolle. Designet må gi nok plass til at varme kan bevege seg bort fra de aktive delene uten å skape unødvendige termiske flaskehalser.

Varmeavledningsoverflate av ikke-harpikstørre-transformatorer

Devarmeavledningsoverflaten til transformatorer av ikke-harpikstørre-typeer i hovedsak det området som er tilgjengelig for å overføre varme til den omkringliggende luften.

Varme som genereres i kjernen og viklingene må reise gjennom isolasjon og strukturelle komponenter før den når luften. Et godt termisk design gir denne varmen en rimelig direkte vei ut av transformatoren.

Viklingsgeometribetyr noe her. Radielle og aksiale luftkanaler kan hjelpe kjøligere luft inn i de nedre delene av transformatoren mens varmere luft stiger opp og går gjennom de øvre delene. I naturlig avkjølte transformatorer skjer denne sirkulasjonen hovedsakelig gjennomkonveksjon.

Det høres enkelt ut, men installasjonen kan lett komme i veien.

Hvis en transformator er installert for nær en vegg, ventilasjonsåpninger er blokkert, eller det elektriske rommet har dårlig luftsirkulasjon, kan den faktiske driftstemperaturen bli mye høyere enn forventet.

For større enheter kan tvungen-luftkjøling brukes for å øke luftstrømmen og gi ekstra kapasitet. Men bare å sette en vifte ved siden av transformatoren er ikke nok. Luften må nå de tiltenkte kjølebanene inne i transformatoren.

Varmebelastning av transformatorer av ikke-harpikstørre-type

Devarmebelastning av transformatorer av ikke--harpikstørre-typeer hovedsakelig knyttet til deres totale tap under faktiske driftsforhold.

Kjernetap er tilstede når transformatoren er aktivert, mens viklingstap endres med belastningen. Når strømmen nærmer seg nominell verdi, øker viklingsoppvarmingen betraktelig på grunn av I²R-forholdet.

Den tilkoblede lasten i seg selv fortjener også oppmerksomhet. En transformator som leverer en enkel lineær belastning kan ha en ganske forutsigbar termisk profil. En transformator som mater UPS-utstyr, stasjoner med variabel-hastighet, likerettere eller andre ikke-lineære belastninger kan være en annen historie.

Harmoniske strømmer kan øke ytterligere tap og forårsake ekstra oppvarming i viklingene og metalldelene. Dette er spesielt aktuelt i datasentre, industrianlegg, prosjekter for fornybar energi og ladeinstallasjoner for elbiler.

For disse bruksområdene bør transformatorvalg ikke bare baseres på typeskiltet kVA. Harmonisk innhold, belastningsprofil, forventet driftstid og fremtidig belastningsvekst må alle vurderes.

Temperaturstigning for transformatorer av ikke-harpikstørre-type

Detemperaturøkning for transformatorer av ikke--harpikstørre-typebestemmes av balansen mellom varmeutvikling og varmeavledning.

Når en transformator først aktiveres, øker temperaturen gradvis. Ettersom temperaturforskjellen mellom transformatoren og omgivelsesluften blir større, øker også varmeavledningen. Etter hvert når transformatoren en relativt stabil termisk tilstand.

Men temperaturen er ikke den samme overalt.

Kjernen, viklingene, isolasjonen, klemmene og strukturelle komponenter kan alle operere ved forskjellige temperaturer. Noen deler av viklingen kan bli betydelig varmere enn gjennomsnittlig viklingstemperatur. Disse områdene kalles vanligvis hot spots.

Denne forskjellen er viktig fordi aldring av isolasjon er sterkt påvirket av de varmeste områdene. Å måle utsiden av transformatoren kan gi nyttig informasjon under vedlikehold, men det forteller deg ikke nødvendigvis hva som skjer inne i viklingen.

IEC 60076-11 gir krav til temperatur-stigningstesting av transformatorer av tørr type. Vanlige referanseverdier inkluderer ca80 K for klasse B-isolasjon, 100 K for klasse F og 125 K for klasse H, avhengig av gjeldende standard og transformatordesign.

Temperaturstigning for harpikstørre-transformatorer

Harpikstørre-transformatorer, spesieltstøpte-harpikstransformatorer, bruk epoksyharpiks som en viktig del av viklingsisolasjonssystemet.

Harpiksen gir elektrisk isolasjon og mekanisk støtte samtidig som den bidrar til å beskytte viklingene mot fuktighet, støv og andre miljøforurensninger. Samtidig blir det en del av-varmeoverføringsbanen.

Det betyr de termiske egenskapene til harpiksen. Det samme gjør viklingsarrangementet, lederstørrelse, harpikstykkelse, kjølekanaler og totale transformatortap.

Støpte-harpikstransformatorer brukes ofte i kommersielle bygninger, industrianlegg, installasjoner for fornybar energi, transportinfrastruktur og andre applikasjoner der miljøvern og pålitelig isolasjon er viktig.

Temperaturstigning for harpikstørr-Type transformatorkjerne

Detemperaturøkning for en transformatorkjerne av harpiks-typekommer hovedsakelig frakjernetap.

Hysterese og virvel-strømtapoppstår når kjernen er aktivert. Nivået deres avhenger av det magnetiske materialet, driftsfrekvensen, flukstettheten, lamineringstykkelsen og den generelle kjernedesignen.

Å bruke elektrisk-kvalitetsstål og holde den magnetiske flukstettheten innenfor et passende område kan bidra til å redusere kjernetap. Men å redusere tap er bare en del av jobben. Varmen som blir igjen trenger fortsatt en god vei ut av transformatoren.

Overdreven fluks eller dårlig magnetisk design kan også skape lokal oppvarming i kjernen og nærliggende metalliske komponenter. Dette er grunnen til at elektromagnetisk og termisk design må vurderes sammen i stedet for hver for seg.

Under testing av temperaturstigning- fra fabrikken, drives transformatoren til den når en stabil termisk tilstand. De målte resultatene bidrar til å bekrefte at den kan fungere under de nominelle forholdene uten å overskride de angitte grensene.

Temperaturstigning for harpikstørre-Type transformatorviklinger

Detemperaturøkning av harpiks tørre-transformatorviklingerer en av de viktigste termiske vurderingene i støpt-harpikstransformatordesign.

Strøm som strømmer gjennom lederne produserer varme. Den varmen må da gå gjennom isolasjonen og harpiksen før den kan nå luften rundt.

Som et resultat påvirker lederstørrelse, strømtetthet, viklingsarrangement, isolasjonstykkelse, harpiks termiske egenskaper, kjølebaner og belastningstap den endelige viklingstemperaturen.

Og igjen, temperaturen inne i en vikling er ikke helt jevn. En intern hot spot kan være betydelig varmere enn den ytre overflaten av harpiksen.

Dette er grunnen til at et infrarødt termometer er nyttig for å sjekke ytre forhold under vedlikehold, men det kan ikke i seg selv bestemme den faktiske interne varme{0}}temperaturen.

Dette blir enda viktigere med krevende belastninger. Industrielt maskineri, datasentre, utstyr for fornybar energi og kraft-elektroniske systemer kan skape raskt skiftende eller relativt høye belastningsnivåer. En transformator valgt for disse bruksområdene bør evalueres basert på dens faktiske driftsprofil, ikke bare dens nominelle kVA-klassifisering.

Temperaturstigning og isolasjonsklasse

Den termiske isolasjonsklassen er en annen viktig del av-temperaturstigningsbildet.

For eksempel, hvis omgivelsestemperaturen er 40 grader og den angitte temperaturøkningen er 100 K, vil den gjennomsnittlige viklingstemperaturen være omtrent 140 grader.

Det betyr ikke at hvert punkt i viklingen er nøyaktig 140 grader. Interne hot spots kan være høyere.

En høyere isolasjonsklasse gir større termisk evne, men det skal ikke tolkes som en grunn til bevisst å drive transformatoren varmere. Å holde driftstemperaturene under kontroll bidrar fortsatt til å redusere aldring av isolasjonen og gir større termisk margin.

Harpiks vs. ikke-harpikstørr-type transformator Temperaturøkning

Både harpiks- og ikke--harpikstørre-transformatorer kan gi pålitelig termisk ytelse når de er riktig utformet.

Det er ingen enkel regel som sier at en type alltid har lavere temperaturstigning.

En godt-utformet ikke-harpikstransformator kan spre varme effektivt gjennom åpne viklingsstrukturer og god luftstrøm. En støpt-harpikstransformator kan i mellomtiden kombinere sterk mekanisk beskyttelse og miljøbeskyttelse med god termisk ytelse når harpiks- og viklingsdesignen er riktig konstruert.

Det bedre valget avhenger av applikasjonen, installasjonsmiljøet, nødvendig isolasjonssystem, belastningsforhold og prosjektspesifikasjoner.

Slik kontrollerer du tørr-Typetransformatortemperaturstigning

Grunnideen er ganske grei:generere mindre varme og fjerne varmen som genereres mer effektivt.

Kjernematerialer med lite-tap, ledere med riktig størrelse, optimaliserte viklingsstrukturer og effektive kjølekanaler kan alle bidra til å redusere temperaturøkningen under designstadiet.

Riktig transformatordimensjonering er like viktig. En transformator som arbeider kontinuerlig med eller nær full belastning vil naturlig nok oppleve større termisk stress enn en med noe ledig kapasitet.

Installasjonsmiljøet er også viktig. Det bør være nok plass rundt transformatoren for luftsirkulasjon, og ventilasjonsåpningene bør være klare. Hvis transformatoren er installert inne i et elektrisk rom, bør rommets ventilasjons- eller-klimaanlegg ta hensyn til varmen som frigjøres av transformatoren.

For transformatorer designet for AN/AF-drift kan tvungen-luftkjøling gi ekstra kapasitet i perioder med stor etterspørsel. Vifter og kontroller bør kontrolleres regelmessig slik at tilleggskjølingen faktisk er tilgjengelig ved behov.

Rutinemessig vedlikehold kan forhindre mange unngåelige termiske problemer. Støvoppbygging kan begrense luftstrømmen, mens løse elektriske tilkoblinger kan skape lokale varme flekker. Der det er ikke-lineære belastninger, kan sjekking av harmoniske strømmer også bidra til å identifisere uventede kilder til transformatoroppvarming.

Hvorfor temperaturøkning er viktig for transformatorens levetid

Temperatur har en direkte sammenheng med isolasjonsaldring. Kontinuerlig drift ved for høye temperaturer kan akselerere isolasjonsforringelse og til slutt forkorte transformatorens levetid.

Temperaturøkning bør likevel ikke vurderes alene. Isolasjonsklasse, omgivelsestemperatur, belastning, kjølemetode og transformatordesign fungerer alle sammen.

Når du velger en transformator av tørr-type, er det derfor bedre å se forbi de grunnleggende spennings- og kVA-verdiene. Viktige termiske spesifikasjoner inkluderer temperaturøkning, isolasjonsklasse, kjølemetode, ingen-lasttap, lasttap, omgivelsestemperatur, installasjonshøyde, harmonisk belastning og forventet lastprofil.

Konklusjon

Detemperaturøkning for transformatorer av tørre-typeer en viktig del av evaluering av transformatorytelse og pålitelighet. Kjerne-, viklings-, bortkommen tap og ytterligere tap skaper varme, mens transformatorens konstruksjon og installasjonsmiljø bestemmer hvor effektivt denne varmen fjernes.

Tilikke-harpikstørre-transformatorer, spiller varmeavledningsoverflaten, luftstrømmen og svingete kjølekanaler en spesielt viktig rolle. Tilharpikstørre-transformatorer, de termiske egenskapene til harpiksen og utformingen av de innkapslede viklingene er like viktige.

Temperaturstigningsverdien- bør aldri sees på som et isolert tall. Det gir mye mer mening når det vurderes sammen med isolasjonsklasse, omgivelsestemperatur, transformatorbelastning, kjølemetode, tap, høyde og harmonisk innhold.

For industrianlegg, kommersielle bygninger, fornybar energiprosjekter, datasentre og andre krevende applikasjoner, kan valg av en tørr-transformator med riktig termisk design bidra til å holde driftstemperaturene under kontroll, langsom isolasjonsaldring og støtte pålitelig drift over transformatorens levetid.

Ta kontakt nå