Detemperaturstigning på en tør-transformatorer en af ​​de tekniske detaljer, der kan se enkle ud på et datablad, men som faktisk fortæller dig en del om, hvordan transformeren vil fungere i virkeligheden.

Når som helst en transformer får strøm, producerer den varme. Nogle kommer fra den magnetiske kerne, mens der normalt genereres mere varme i viklingerne, når belastningen øges. Den varme skal ud. Hvis den forbliver fanget inde i transformeren, stiger temperaturerne, isoleringen ældes hurtigere, og pålideligheden kan lide over tid.

I grundlæggende termer:

Temperaturstigning=Transformatortemperatur − Omgivelsestemperatur

Så hvis den omgivende luft er 40 grader, og den gennemsnitlige viklingstemperatur når 140 grader, er viklingstemperaturstigningen 100 K.

Transformatorer af tørre-type køles afhellere luftend isoleringsolie. Det gør luftstrøm, ventilation, viklingskonstruktion, isoleringsmaterialer og kølekanaler særligt vigtige. I praksis bør selve transformatoren og det rum, hvor den er installeret, betragtes som ét termisk system.

Hvad forårsager temperaturstigning i en tør-transformator?

Der er flere varmekilder, menkernetab og viklingstaber de store.

Kernetab opstår, når transformatoren er spændt. Det kommer hovedsageligt fra hysterese og hvirvelstrømme i den magnetiske kerne. I modsætning til viklingstab forsvinder det ikke, når transformatoren belastes let.

Viklingstab er tættere knyttet til belastningsstrømmen. Den resistive komponent er almindeligvis udtrykt som:

P = I²R

Dette er værd at være opmærksom på, fordi strømmen er kvadratisk. Hvis strømmen stiger, kan viklingsopvarmningen stige meget hurtigere, end du måske forventer.Ved 80 % af nominel strøm, for eksempel, er I²R-komponenten af ​​viklingstabet omtrent 64 % af værdien ved nominel strøm, forudsat at de andre forhold forbliver ens.

Der er ogsåvildfarne og yderligere tab. Lækageflux kan inducere strømme i metalliske strukturelle dele, hvilket skaber lokal opvarmning. Harmoniske strømme kan også gøre situationen mere kompliceret. Udstyr såsom UPS-systemer, variabel-frekvensomformere, solcelle-invertere, EV-opladere og andre strøm-elektroniske belastninger kan introducere harmoniske og øge transformatoropvarmningen.

Så den endelige temperatur er dybest set en balance:hvor meget varme transformeren producerer kontra hvor meget varme den kan komme af med.

Omgivelsestemperaturen har også betydning. En transformer, der fungerer i et varmt elektrisk rum, har mindre termisk margin end den samme transformer, der er installeret i et køligere, godt-ventileret rum.

Temperaturstigning for transformatorer af ikke-harpikstørre-type

Transformere af ikke--harpikstørre-type bruger isoleringssystemer, der ikke er afhængige af komplet epoxyharpiksindkapsling. Afhængigt af designet kan viklingerne bruge lak, glasfiber, Nomex, luftisolering eller andre solide isoleringsmaterialer.

Fordi der ikke er noget tykt støbt-harpikslag rundt om viklingerne, kan luftstrømmen spille en særlig vigtig rolle. Designet skal give plads nok til, at varme kan bevæge sig væk fra de aktive dele uden at skabe unødvendige termiske flaskehalse.

Varmeafledningsoverflade på transformatorer af ikke-harpikstørre-type

Devarmeafledningsoverfladen på transformatorer af ikke-harpikstørre-typeer i det væsentlige det område, der er tilgængeligt til at overføre varme til den omgivende luft.

Varme, der genereres i kernen og viklingerne, skal bevæge sig gennem isolering og strukturelle komponenter, før den når luften. Et godt termisk design giver denne varme en rimelig direkte vej ud af transformeren.

Snoede geometribetyder noget her. Radiale og aksiale luftkanaler kan hjælpe køligere luft ind i de nederste sektioner af transformeren, mens varmere luft stiger op og forlader gennem de øvre sektioner. I naturligt afkølede transformere sker denne cirkulation hovedsageligt gennemkonvektion.

Det lyder enkelt, men installationen kan nemt komme i vejen.

Hvis en transformer er installeret for tæt på en væg, ventilationsåbninger er blokerede, eller elrummet har dårlig luftcirkulation, kan den faktiske driftstemperatur være meget højere end forventet.

For større enheder kan tvungen-luftkøling bruges til at øge luftstrømmen og give yderligere kapacitet. Men blot at sætte en ventilator ved siden af ​​transformeren er ikke nok. Luften skal nå de tilsigtede køleveje inde i transformeren.

Varmebelastning af transformatorer af ikke--harpikstørre-type

Devarmebelastning af transformatorer af ikke--harpikstørre-typeer hovedsageligt relateret til deres samlede tab under faktiske driftsforhold.

Kernetab er til stede, når transformatoren aktiveres, mens viklingstabet ændres med belastningen. Når strømmen nærmer sig den nominelle værdi, øges viklingsopvarmningen betydeligt på grund af I²R-forholdet.

Selve den tilsluttede belastning fortjener også opmærksomhed. En transformer, der leverer en ligetil lineær belastning, kan have en ret forudsigelig termisk profil. En transformer, der forsyner UPS-udstyr, drev med variabel-hastighed, ensrettere eller andre ikke-lineære belastninger kan være en anden historie.

Harmoniske strømme kan øge yderligere tab og forårsage ekstra opvarmning i viklingerne og metaldele. Dette er især relevant i datacentre, industrianlæg, vedvarende energiprojekter og el-opladningsinstallationer.

Til disse applikationer bør transformatorvalg ikke kun baseres på typeskiltet kVA. Harmonisk indhold, belastningsprofil, forventede driftstimer og fremtidig belastningsvækst skal muligvis alle overvejes.

Temperaturstigning for transformatorer af ikke-harpikstørre-type

Detemperaturstigning på transformatorer af ikke--harpikstørre-typebestemmes af balancen mellem varmeudvikling og varmeafgivelse.

Når en transformer først aktiveres, stiger dens temperatur gradvist. Efterhånden som temperaturforskellen mellem transformatoren og den omgivende luft bliver større, øges også varmeafgivelsen. Til sidst når transformeren en relativt stabil termisk tilstand.

Men temperaturen er ikke den samme alle steder.

Kernen, viklingerne, isoleringen, klemmerne og de strukturelle komponenter kan alle fungere ved forskellige temperaturer. Nogle sektioner af viklingen kan blive betydeligt varmere end den gennemsnitlige viklingstemperatur. Disse områder kaldes generelt hot spots.

Den skelnen er vigtig, fordi isoleringsældning er stærkt påvirket af de varmeste områder. Måling af transformerens yderside kan give nyttige oplysninger under vedligeholdelse, men det fortæller dig ikke nødvendigvis, hvad der sker inde i viklingen.

IEC 60076-11 indeholder krav til temperatur-stigningstest af transformatorer af tør type. Fælles referenceværdier omfatter ca80 K for Klasse B-isolering, 100 K for Klasse F og 125 K for Klasse H, afhængigt af den gældende standard og transformerdesign.

Temperaturstigning af harpikstørre-transformere af typen

Især harpikstørre-transformatorerstøbte-harpikstransformatorer, brug epoxyharpiks som en vigtig del af viklingsisoleringssystemet.

Harpiksen giver elektrisk isolering og mekanisk støtte, mens den hjælper med at beskytte viklingerne mod fugt, støv og andre miljøforurenende stoffer. Samtidig bliver det en del af varme-vejen.

Det betyder de termiske egenskaber af harpiksen. Det samme gør viklingsarrangementet, lederstørrelse, harpikstykkelse, kølekanaler og totale transformatortab.

Støbte-harpikstransformatorer bruges almindeligvis i kommercielle bygninger, industrianlæg, installationer til vedvarende energi, transportinfrastruktur og andre applikationer, hvor miljøbeskyttelse og pålidelig isolering er vigtig.

Temperaturstigning af harpikstørre-Type transformatorkerne

Detemperaturstigning for en transformerkerne af harpikstør-typehovedsagelig kommer frakernetab.

Hysterese og hvirvelstrøm-strømtabopstår, når kernen er aktiveret. Deres niveau afhænger af det magnetiske materiale, driftsfrekvens, fluxtæthed, lamineringstykkelse og det overordnede kernedesign.

Brug af elektrisk-kvalitetsstål af høj kvalitet og at holde den magnetiske fluxtæthed inden for et passende område kan hjælpe med at reducere kernetab. Men at reducere tab er kun en del af jobbet. Den varme, der er tilbage, skal stadig have en god vej ud af transformeren.

Overdreven omstrejfende flux eller dårligt magnetisk design kan også skabe lokal opvarmning i kernen og nærliggende metalliske komponenter. Det er grunden til, at elektromagnetisk og termisk design skal overvejes sammen i stedet for hver for sig.

Under fabrikstestning af temperaturstigning- betjenes transformeren, indtil den når en stabil termisk tilstand. De målte resultater hjælper med at bekræfte, at den kan fungere under de nominelle forhold uden at overskride de specificerede grænser.

Temperaturstigning af harpikstørre-Type transformatorviklinger

Detemperaturstigning af harpikstørre-transformatorviklingerer en af ​​de vigtigste termiske overvejelser i støbt-harpikstransformatordesign.

Strøm, der strømmer gennem lederne, producerer varme. Denne varme skal så rejse gennem isoleringen og harpiksen, før den kan nå den omgivende luft.

Som et resultat heraf påvirker lederstørrelse, strømtæthed, viklingsarrangement, isoleringstykkelse, harpiks termiske egenskaber, køleveje og belastningstab den endelige viklingstemperatur.

Og igen er temperaturen inde i en vikling ikke helt ensartet. Et internt hot spot kan være betydeligt varmere end den ydre overflade af harpiksen.

Dette er grunden til, at et infrarødt termometer er nyttigt til at kontrollere ydre forhold under vedligeholdelse, men det kan ikke i sig selv bestemme den faktiske interne varme-temperatur.

Dette bliver endnu vigtigere med krævende belastninger. Industrielt maskineri, datacentre, vedvarende energiudstyr og-elektroniske kraftsystemer kan skabe hurtigt skiftende eller relativt høje belastningsniveauer. En transformer, der er valgt til disse applikationer, bør evalueres ud fra dens faktiske driftsprofil, ikke kun dens nominelle kVA-klassificering.

Temperaturstigning og isoleringsklasse

Den termiske isoleringsklasse er en anden vigtig del af-temperaturstigningsbilledet.

For eksempel, hvis den omgivende temperatur er 40 grader, og den angivne temperaturstigning er 100 K, vil den gennemsnitlige viklingstemperatur være cirka 140 grader.

Det betyder ikke, at hvert punkt i viklingen er nøjagtigt 140 grader. Interne hot spots kan være højere.

En højere isoleringsklasse giver større termisk kapacitet, men det skal ikke tolkes som en grund til bevidst at drive transformeren varmere. At holde driftstemperaturerne under kontrol hjælper stadig med at reducere ældning af isoleringen og giver større termisk margin.

Harpiks vs. Ikke-Harpikstørre-Type Transformer Temperaturstigning

Både harpiks- og ikke-harpikstørre-transformatorer kan give pålidelig termisk ydeevne, når de er designet korrekt.

Der er ingen simpel regel, der siger, at én type altid har en lavere temperaturstigning.

En vel-designet ikke-harpikstransformator kan aflede varme effektivt gennem åbne viklingsstrukturer og god luftstrøm. En støbt-harpikstransformator kan i mellemtiden kombinere stærk mekanisk og miljøbeskyttelse med god termisk ydeevne, når dens harpiks- og viklingsdesign er korrekt konstrueret.

Det bedre valg afhænger af applikationen, installationsmiljøet, påkrævet isoleringssystem, belastningsforhold og projektspecifikationer.

Sådan kontrollerer du tør-Typetransformatortemperaturstigning

Grundideen er ret ligetil:generere mindre varme og fjerne den varme, der genereres mere effektivt.

Kernematerialer med lavt-tab, korrekt dimensionerede ledere, optimerede viklingsstrukturer og effektive kølekanaler kan alle bidrage til at reducere temperaturstigningen under designfasen.

Korrekt transformatorstørrelse er lige så vigtig. En transformer, der arbejder kontinuerligt ved eller tæt på fuld belastning, vil naturligvis opleve større termisk belastning end en med en vis ledig kapacitet.

Installationsmiljøet har også betydning. Der skal være plads nok omkring transformeren til luftcirkulation, og ventilationsåbninger skal forblive frie. Hvis transformeren er installeret inde i et elektrisk rum, skal rummets ventilations- eller-klimaanlæg tage højde for den varme, der frigives af transformeren.

For transformere designet til AN/AF-drift kan tvungen-luftkøling give ekstra kapacitet i perioder med stor efterspørgsel. Ventilatorer og styringer bør kontrolleres regelmæssigt, så den ekstra køling faktisk er tilgængelig, når det er nødvendigt.

Rutinemæssig vedligeholdelse kan forhindre mange undgåelige termiske problemer. Støvophobning kan begrænse luftstrømmen, mens løse elektriske forbindelser kan skabe lokale hot spots. Hvor ikke-lineære belastninger er til stede, kan kontrol af harmoniske strømme også hjælpe med at identificere uventede kilder til transformeropvarmning.

Hvorfor temperaturstigning er vigtig for transformatorens levetid

Temperatur har en direkte sammenhæng med isoleringsældning. Kontinuerlig drift ved for høje temperaturer kan fremskynde isolationsforringelse og i sidste ende forkorte transformatorens levetid.

Alligevel bør temperaturstigning ikke overvejes alene. Isolationsklasse, omgivende temperatur, belastning, kølemetode og transformerdesign arbejder alle sammen.

Når du vælger en transformer af tør-type, er det derfor bedre at se ud over de grundlæggende spændings- og kVA-klassificeringer. Vigtige termiske specifikationer omfatter temperaturstigning, isoleringsklasse, kølemetode, ingen-belastningstab, belastningstab, omgivende temperatur, installationshøjde, harmonisk belastning og forventet belastningsprofil.

Konklusion

Detemperaturstigning på transformatorer af tørre-typeer en vigtig del af evalueringen af ​​transformatorens ydeevne og pålidelighed. Kerne, vikling, omstrejfende og yderligere tab skaber varme, mens transformatorens konstruktion og installationsmiljø bestemmer, hvor effektivt denne varme fjernes.

Forikke-harpikstørre-transformatorer, spiller varmeafledningsoverfladen, luftstrømmen og snoede kølekanaler en særlig vigtig rolle. Forharpikstørre-transformatorer, de termiske egenskaber af harpiksen og designet af de indkapslede viklinger er lige vigtige.

Temperatur-stigningsværdien bør aldrig ses som et isoleret tal. Det giver meget mere mening, når det betragtes sammen med isoleringsklasse, omgivelsestemperatur, transformatorbelastning, kølemetode, tab, højde og harmonisk indhold.

Til industrianlæg, kommercielle bygninger, vedvarende energiprojekter, datacentre og andre krævende applikationer kan valget af en transformer af tør-type med det rigtige termiske design hjælpe med at holde driftstemperaturerne under kontrol, langsom isoleringsældning og understøtte pålidelig drift i hele transformatorens levetid.

Kontakt nu