Temperatura del punto caldo del trasformatore: controlli di progettazione e verifica FAT per unità immerse in olio

Quando si discute di un trasformatore in fase di preventivo, le prestazioni termiche sono spesso ridotte a due righe in una scheda tecnica: metodo di raffreddamento e aumento di temperatura consentito. Ciò non basta. In Zisheng Electric, la nostra revisione del progetto di solito inizia chiedendo dove viene creato il calore, come si muove attraverso l'avvolgimento e l'olio e quale punto diventerà il collo di bottiglia termico nel ciclo di carico reale. La risposta è strettamente legata alla temperatura del punto caldo del trasformatore , non semplicemente alla temperatura media mostrata su uno strumento di routine.

Un trasformatore può avere un'indicazione accettabile dell'olio nel serbatoio mentre una sezione di un avvolgimento funziona a una temperatura molto più elevata del previsto. La temperatura locale influisce sull'invecchiamento dell'isolamento, sul margine di sovraccarico e sull'utilità delle impostazioni degli allarmi. Per gli appaltatori EPC e gli acquirenti industriali, la questione pratica quindi non è 'il trasformatore è dotato di un indicatore di temperatura?' ma 'la progettazione termica rappresenta il progetto e i relativi presupposti possono essere verificati durante il FAT?'

Applicazione in primo piano: un trasformatore immerso in olio in un sistema di distribuzione industriale.

Cosa significa realmente la temperatura del punto caldo del trasformatore

Tre temperature vengono comunemente mescolate insieme nelle discussioni tecniche. La temperatura dell'olio superiore descrive l'olio sfuso più caldo vicino alla parte superiore del serbatoio. La temperatura media dell'avvolgimento viene normalmente derivata dalle misurazioni della resistenza durante un test di aumento della temperatura. La temperatura del punto caldo dell'avvolgimento si riferisce alla temperatura locale più alta nel sistema di isolamento dell'avvolgimento. Questi valori sono correlati, ma non sono intercambiabili.

Il punto caldo appare dove le perdite del conduttore, le perdite parassite, la distribuzione del flusso d'olio e la geometria dell'isolamento si combinano sfavorevolmente. Potrebbe trovarsi in prossimità di un'estremità dell'avvolgimento, di una trasposizione, di un'uscita di piombo o di una regione con circolazione dell'olio limitata. Una misurazione della resistenza calcola la media dell'intero avvolgimento. Non può rivelare direttamente una piccola zona calda locale. Ecco perché una valutazione termica credibile combina i risultati misurati dell’aumento della temperatura con un modello termico rivisto e, per progetti appropriati, misurazioni dirette in fibra ottica.

La norma IEC 60076-2:2011 si applica ai trasformatori immersi in un liquido, definisce i requisiti di aumento della temperatura e stabilisce i metodi per le prove di aumento della temperatura. La norma IEC 60076-7:2018 affronta l'influenza della temperatura ambiente e del carico sulla temperatura operativa e sulla durata dell'isolamento. I limiti specifici del progetto, le condizioni ambientali di riferimento e il metodo di accettazione devono ancora essere definiti nella specifica. Un numero standard da solo non definisce il servizio termico completo.

Come le decisioni di progettazione termica creano o riducono un punto caldo

Inizia con il profilo di carico reale, non solo con i kVA sulla targa

Lo stesso trasformatore di taglia nominale può sopportare carichi termici molto diversi. Un'unità di distribuzione che serve carichi commerciali può avere un lungo picco serale. Un trasformatore di un cementificio può subire ripetuti avviamenti del motore e carichi elevati sostenuti. Un trasformatore step-up solare segue l’irraggiamento, mentre un trasformatore di accumulo dell’energia della batteria può funzionare in entrambe le direzioni del flusso di potenza con un profilo di distribuzione che cambia rapidamente.

L'ingegnere ha bisogno del carico continuo previsto, della durata del picco, del modello ciclico, del fattore di potenza e del contenuto armonico. Le correnti armoniche aumentano le perdite negli avvolgimenti e quelle parassite, ma il loro effetto dipende dallo spettro e dalla disposizione dei conduttori. Scrivere 'carico non lineare' in un foglio dati non è sufficiente. Per i carichi alimentati da convertitori, normalmente chiediamo lo spettro di corrente previsto o i dati armonici del produttore del convertitore prima di finalizzare il modello di perdita.

La geometria dell'avvolgimento controlla sia le perdite che il flusso dell'olio

La dimensione del conduttore non può essere selezionata solo dalla densità di corrente. Le dimensioni radiali e assiali influenzano il campo di perdita, la perdita parassita e la resistenza meccanica. I condotti di raffreddamento devono consentire all'olio di raggiungere i punti che effettivamente generano calore. Se un condotto viene ristretto a causa di un isolamento, di uno spostamento del distanziatore o di un'eccessiva deformazione del serraggio, il percorso del flusso calcolato potrebbe non esistere nell'avvolgimento prodotto.

Durante la revisione del progetto, controlliamo la relazione tra la distribuzione delle perdite negli avvolgimenti, la disposizione dei condotti e il supporto meccanico. L'aumento di un condotto non è automaticamente un miglioramento; modifica le dimensioni dell'avvolgimento, la reattanza di dispersione e le forze di cortocircuito. La progettazione termica e meccanica devono essere risolte insieme. Questo è anche il motivo per cui una richiesta tardiva di modifica dell'impedenza può richiedere un'altra revisione termica piuttosto che una semplice correzione del disegno.

La disposizione del nucleo, dell'avvolgimento e del percorso dell'olio determina dove può accumularsi il calore.

La distribuzione delle perdite conta più di una cifra di perdita totale

La perdita di carico garantita è importante per l’efficienza e la generazione di calore, tuttavia la perdita di carico totale non mostra dove è concentrato il calore. Le perdite dell'avvolgimento CC sono distribuite ampiamente. Le perdite parassite nei conduttori e le perdite parassite nelle parti strutturali possono essere localizzate. Conduttori, estremità degli avvolgimenti, pareti del serbatoio, morsetti e schermi magnetici richiedono attenzione su progetti più grandi o ad alta corrente.

Una perdita totale inferiore non dimostra automaticamente un punto caldo inferiore. Ciò che conta è se le dimensioni del conduttore, le trasposizioni, la schermatura e i percorsi di raffreddamento sono coerenti con la distribuzione delle perdite calcolata. Per informazioni utili su come viene prodotta e controllata la parte attiva, consulta il nostro articolo su Guida al monitoraggio e alla manutenzione predittiva dei trasformatori in olio . Quando i carichi industriali guidano la progettazione, il team di progetto dovrebbe anche confrontare i carichi industriali fattori di progettazione del trasformatore di distribuzione industriale rispetto al programma di carico.

I radiatori e il raffreddamento forzato devono essere controllati come un sistema

La superficie del radiatore, la prevalenza di circolazione dell'olio, le dimensioni dei tubi, il flusso d'aria della ventola e la spaziatura delle apparecchiature lavorano insieme. L'aggiunta di ventole a un sistema a circolazione naturale debole potrebbe non correggere una restrizione del flusso d'olio all'interno della parte attiva. Allo stesso modo, un trasformatore che passa con ogni ventola in funzione può avere poca resilienza operativa se un gruppo di ventole non è disponibile.

Un punto che chiariamo subito è la relazione tra la potenza nominale del trasformatore e la modalità di raffreddamento: se la potenza nominale è basata su ONAN o ONAF, quanti stadi di raffreddamento sono forniti, quale stadio è normale e se è richiesto il pieno funzionamento con un gruppo di ventilatori non disponibile. I contatti di allarme e di sgancio, la tensione di alimentazione del motore, la selezione locale/remota e i setpoint di controllo automatico fanno parte dello schema dell'interfaccia.

Ciò che un aumento di temperatura del FAT può e non può dimostrare

Un test di aumento della temperatura è prezioso perché verifica l'unità assemblata come sistema termico. Può esporre a prestazioni inadeguate del radiatore, rotazione errata della ventola, errori di cablaggio di controllo, perdite totali impreviste o un margine di temperatura insufficiente. Non riproduce tutte le condizioni del sito. L'ambiente di prova, il metodo di iniezione delle perdite, le apparecchiature di raffreddamento e i calcoli di accettazione devono pertanto essere registrati chiaramente.

Rivedere la sequenza del test prima della data del testimone

La procedura di test approvata dovrebbe identificare lo standard applicabile, il metodo di connessione, gli strumenti di misurazione, la misurazione della temperatura ambiente, le perdite iniettate, la configurazione di raffreddamento, il criterio di stabilizzazione, la sequenza di spegnimento e i tempi di misurazione della resistenza. Se la temperatura dell'avvolgimento viene determinata dalla resistenza, il tempo è fondamentale dopo lo spegnimento. Una serie di letture ritardate o incomplete può rendere inaffidabile l'estrapolazione.

Per le unità a più stadi di raffreddamento, la procedura dovrebbe indicare quale potenza e modalità di raffreddamento vengono verificate. È necessario registrare la corrente della ventola e della pompa, lo stato operativo e la sequenza di controllo. Se il progetto richiede un test di aumento della temperatura in una particolare posizione della rubinetteria, tale condizione deve essere concordata prima del test poiché la posizione della rubinetteria influisce sulle perdite e può influenzare il risultato termico.

L'accettazione termica deve corrispondere alla potenza nominale, al rubinetto e alla modalità di raffreddamento specificati.

Controlla le correzioni invece di leggere solo la riga finale

Un utile rapporto FAT preserva le misurazioni grezze e i calcoli finali. Esamina letture ambientali, temperature dell'olio, corrente, tensione, potenza in ingresso, resistenza dell'avvolgimento, stato del dispositivo di raffreddamento e timestamp. Confermare come le perdite misurate sono state corrette rispetto alla condizione di riferimento richiesta e come le temperature sono state regolate quando le perdite di prova differivano dalle perdite garantite.

Un report che contiene solo 'superato' rimuove le prove necessarie per la revisione tecnica. L'aumento misurato dell'olio superiore e l'aumento medio degli avvolgimenti dovrebbero essere riconducibili alle registrazioni dello strumento. Se viene calcolato un valore hot spot, il report dovrebbe identificare il modello o il fattore hot spot utilizzato. Se vengono specificati sensori a fibra ottica, le posizioni dei sensori e i canali validi devono essere concordati prima della produzione dell'avvolgimento, non dopo l'assemblaggio della parte attiva.

Condizioni sul campo che possono vanificare un buon risultato di fabbrica

L'installazione in loco modifica il flusso d'aria. Un trasformatore posizionato vicino a una parete, all'interno di un involucro scarsamente ventilato o accanto a un'altra fonte di calore può funzionare a temperature più elevate rispetto all'unità FAT in uno spazio di laboratorio aperto. I radiatori necessitano di spazio per la convezione naturale. Lo scarico della ventola non deve far ricircolare l'aria calda. Per le installazioni interne, il calcolo della ventilazione dell'ambiente deve includere le perdite del trasformatore durante il funzionamento effettivo.

Anche la contaminazione conta. Polvere, fibre o depositi di olio sulle superfici del radiatore riducono la trasmissione del calore. Un contattore della ventola guasto, un radiatore bloccato, un basso livello dell'olio o una selezione errata della modalità di controllo possono rimuovere il margine termico senza un guasto elettrico. La messa in servizio dovrebbe verificare il livello dell'olio, le posizioni delle valvole, il funzionamento del refrigeratore, la direzione della ventola, gli strumenti della temperatura e i contatti di allarme prima del carico sostenuto.

Le impostazioni della temperatura devono essere in linea con la filosofia di protezione. Un indicatore della temperatura dell'avvolgimento può includere un'immagine termica basata sulla corrente, mentre un monitor elettronico può calcolare la temperatura dalla temperatura dell'olio e dal carico. Le loro letture non corrisponderanno necessariamente a un sensore a fibra ottica locale. Il team EPC dovrebbe definire quale valore viene utilizzato per l'allarme, lo sgancio, la visualizzazione SCADA e l'andamento operativo.

Dati di approvvigionamento necessari per una garanzia termica difendibile

Non è necessario che l'acquirente esegua il calcolo termico del produttore, ma la richiesta deve fornire le condizioni al contorno corrette. Come minimo, inviare il programma di carico, il profilo ambientale, l'altitudine, la disposizione di installazione, i dati di ventilazione dell'armadio o della stanza, le informazioni sulle armoniche, i requisiti di ridondanza del raffreddamento e le interfacce di allarme/intervento richieste.

Indicare i test richiesti e i punti di riferimento nell'ordine di acquisto. I test di aumento della temperatura influiscono sui tempi di laboratorio e sulla pianificazione della produzione, quindi non dovrebbero apparire come un commento sull'ispezione tardiva. Per un confronto più ampio tra le tecnologie dei trasformatori e il loro comportamento termico, utilizzare il file guida alla scelta dei trasformatori industriali.

Le prestazioni termiche dipendono sia dal progetto approvato che dalla coerenza della produzione.

Cosa controlla Zisheng Electric prima di confermare il progetto

Per un'unità a bagno d'olio, normalmente richiediamo la scheda tecnica, lo schema unifilare, il profilo di carico, le informazioni sulle armoniche, i dati ambientali del sito, l'altitudine, la filosofia di raffreddamento e i requisiti di monitoraggio. I nostri ingegneri controllano quindi le perdite elettromagnetiche, la disposizione degli avvolgimenti, i percorsi interni dell'olio, il funzionamento del radiatore, i valori nominali degli accessori e l'ambito FAT come un unico pacchetto. L'obiettivo non è aggiungere attrezzature senza motivo. Serve a rimuovere l'incertezza dal servizio termico prima che il rame venga avvolto e l'acciaio venga tagliato.

Zisheng Forniture elettriche trasformatori di potenza in olio per sottostazioni , trasformatori di distribuzione e di potenza, unità a secco e relative apparecchiature di sottostazione. Se il tuo progetto prevede la valutazione della temperatura dei punti caldi del trasformatore , invia la scheda tecnica del trasformatore, il programma di carico, le condizioni ambientali, i requisiti di raffreddamento e le specifiche FAT. Il nostro team di ingegneri esaminerà i requisiti e risponderà alle richieste di progetto entro 24 ore.