Transformator Hot-Spot-temperatuur: ontwerpcontroles en FAT-verificatie voor in olie ondergedompelde eenheden

Wanneer een transformator in de offertefase wordt besproken, worden de thermische prestaties vaak teruggebracht tot twee regels in een datasheet: koelmethode en toegestane temperatuurstijging. Dat is niet genoeg. Bij Zisheng Electric begint onze ontwerpbeoordeling meestal met de vraag waar de warmte ontstaat, hoe deze door de wikkelingen en olie beweegt, en welk punt het thermische knelpunt zal worden onder de echte belastingscyclus. Het antwoord hangt nauw samen met de hotspottemperatuur van de transformator , en niet alleen met de gemiddelde temperatuur die op een routine-instrument wordt weergegeven.

Een transformator kan een acceptabele tankolie-indicatie hebben, terwijl een deel van een wikkeling veel heter werkt dan verwacht. De lokale temperatuur heeft invloed op de veroudering van de isolatie, de overbelastingsmarge en het nut van alarminstellingen. Voor EPC-aannemers en industriële kopers is de praktische vraag daarom niet 'heeft de transformator een temperatuurindicator?' maar 'representeert het thermische ontwerp het project en kunnen de relevante aannames worden geverifieerd tijdens FAT?'

Aanbevolen toepassing: een olie-ondergedompelde transformator in een industrieel distributiesysteem.

Wat Transformer Hot-Spot-temperatuur eigenlijk betekent

In technische discussies worden doorgaans drie temperaturen door elkaar gehaald. De topolietemperatuur beschrijft de heetste bulkolie nabij het bovenste deel van de tank. De gemiddelde wikkelingstemperatuur wordt normaal gesproken afgeleid uit weerstandsmetingen tijdens een temperatuurstijgingstest. De wikkelingshotspottemperatuur verwijst naar de hoogste lokale temperatuur in het wikkelingsisolatiesysteem. Deze waarden zijn gerelateerd, maar ze zijn niet uitwisselbaar.

De hotspot ontstaat daar waar geleiderverliezen, zwerfverliezen, oliestroomverdeling en isolatiegeometrie op een ongunstige manier samengaan. Het kan zich in de buurt van een kronkelend uiteinde, een transpositie, een lead-uitgang of een gebied met beperkte oliecirculatie bevinden. Bij een weerstandsmeting wordt de gehele wikkeling gemiddeld. Het kan niet direct een kleine lokale hete zone onthullen. Dat is de reden waarom een ​​geloofwaardige thermische beoordeling de gemeten temperatuurstijgingsresultaten combineert met een herzien thermisch model en, voor geschikte projecten, directe glasvezelmetingen.

IEC 60076-2:2011 is van toepassing op in vloeistof ondergedompelde transformatoren, definieert vereisten voor temperatuurstijging en zet methoden voor temperatuurstijgingstests uiteen. IEC 60076-7:2018 behandelt de invloed van de omgevingstemperatuur en belasting op de bedrijfstemperatuur en de levensduur van de isolatie. Projectspecifieke grenzen, referentieomgevingsomstandigheden en de acceptatiemethode moeten nog in de specificatie worden gedefinieerd. Een standaardnummer alleen definieert niet de volledige thermische belasting.

Hoe thermische ontwerpbeslissingen een hotspot creëren of verminderen

Begin met het echte belastingsprofiel, niet alleen het typeplaatje kVA

Dezelfde nominale transformator kan met zeer verschillende thermische taken worden geconfronteerd. Een distributie-eenheid die commerciële ladingen bedient, kan een lange avondpiek hebben. Een transformator van een cementfabriek kan herhaaldelijk starten van de motor en een aanhoudende hoge belasting ervaren. Een step-uptransformator op zonne-energie volgt de instraling, terwijl een transformator voor energieopslag op batterijen in beide stroomrichtingen kan werken met een verzendprofiel dat snel verandert.

De ingenieur heeft de verwachte continue belasting, piekduur, cyclisch patroon, arbeidsfactor en harmonische inhoud nodig. Harmonische stromen vergroten de wikkelings- en zwerfverliezen, maar hun effect hangt af van het spectrum en de opstelling van de geleiders. Het schrijven van 'niet-lineaire belasting' in een datasheet is niet voldoende. Voor door een converter gevoede belastingen vragen we normaal gesproken naar het verwachte stroomspectrum of de harmonische gegevens van de fabrikant van de converter voordat we het verliesmodel finaliseren.

De wikkelingsgeometrie regelt zowel verliezen als oliestroom

De grootte van de geleider kan niet alleen op basis van de stroomdichtheid worden geselecteerd. Radiale en axiale afmetingen beïnvloeden het lekveld, wervelverlies en mechanische sterkte. Koelkanalen moeten ervoor zorgen dat olie de plaatsen kan bereiken waar daadwerkelijk warmte wordt gegenereerd. Als een kanaal smaller wordt door de isolatie, verplaatsing van afstandhouders of overmatige klemvervorming, bestaat het berekende stroompad mogelijk niet in de vervaardigde wikkeling.

Tijdens onze ontwerpbeoordeling controleren we de relatie tussen de verdeling van de wikkelingsverliezen, de opstelling van de kanalen en de mechanische ondersteuning. Het vergroten van een kanaal is niet automatisch een verbetering; het verandert de afmetingen van de wikkelingen, de lekreactantie en de kortsluitkrachten. Thermisch en mechanisch ontwerp moeten samen worden opgelost. Dit is ook de reden waarom een ​​laattijdig verzoek om de impedantie te wijzigen een nieuwe thermische beoordeling kan vereisen in plaats van een eenvoudige tekencorrectie.

Kern-, wikkeling- en oliepadopstelling bepalen waar warmte zich kan ophopen.

De verdeling van de verliezen is van groter belang dan één totaalverliescijfer

Gegarandeerd belastingsverlies is belangrijk voor de efficiëntie en de warmteopwekking, maar het totale belastingsverlies laat niet zien waar die warmte geconcentreerd is. DC-wikkelingsverlies wordt breed verdeeld. Wervelverlies in geleiders en strooiverlies in structurele onderdelen kunnen worden gelokaliseerd. Kabels, wikkeluiteinden, tankwanden, klemmen en magnetische schilden vereisen aandacht bij grotere ontwerpen of ontwerpen met hoge stroomsterkte.

Een lager totaal verlies betekent niet automatisch een lagere hotspot. Waar het om gaat is of de geleiderafmetingen, transposities, afschermings- en koelpaden consistent zijn met de berekende verliesverdeling. Voor een nuttige achtergrondinformatie over hoe het actieve deel wordt geproduceerd en gecontroleerd, bekijk ons ​​artikel over de Gids voor monitoring van in olie ondergedompelde transformatoren en gids voor voorspellend onderhoud . Wanneer industriële belastingen het ontwerp bepalen, moet het projectteam ook de ontwerpfactoren van industriële distributietransformatoren ten opzichte van het belastingsschema.

Radiatoren en geforceerde koeling moeten als systeem worden gecontroleerd

Radiatoroppervlak, oliecirculatiekop, leidingafmetingen, ventilatorluchtstroom en apparatuurafstand werken samen. Het toevoegen van ventilatoren aan een opstelling met zwakke natuurlijke circulatie corrigeert mogelijk niet de oliestroombeperking in het actieve onderdeel. Op dezelfde manier kan een transformator die doorgaat terwijl elke ventilator draait, weinig operationele veerkracht hebben als één ventilatorgroep niet beschikbaar is.

Eén punt dat we al vroeg verduidelijken is de relatie tussen het vermogen van de transformator en de koelmodus: of het nominale vermogen gebaseerd is op ONAN of ONAF, hoeveel koeltrappen er aanwezig zijn, welke trap normaal is en of volledige werking vereist is als één ventilatorgroep niet beschikbaar is. Alarm- en uitschakelcontacten, motorvoedingsspanning, lokale/externe selectie en automatische besturingsinstelpunten horen thuis in het interfaceschema.

Wat een temperatuurstijging FAT wel en niet kan bewijzen

Een temperatuurstijgingstest is waardevol omdat hiermee de geassembleerde eenheid als thermisch systeem wordt gecontroleerd. Het kan ontoereikende radiatorprestaties, onjuiste ventilatorrotatie, bedradingsfouten in de besturing, onverwachte totale verliezen of een slechte temperatuurmarge aan het licht brengen. Het reproduceert niet elke locatieomstandigheid. De testomgeving, verliesinjectiemethode, koelapparatuur en acceptatieberekeningen moeten daarom duidelijk worden vastgelegd.

Bekijk de testvolgorde vóór de getuigedatum

De goedgekeurde testprocedure moet de toepasselijke norm, aansluitmethode, meetinstrumenten, meting van de omgevingstemperatuur, geïnjecteerde verliezen, koelconfiguratie, stabilisatiecriterium, uitschakelvolgorde en tijdstip van weerstandsmeting identificeren. Als de wikkelingstemperatuur wordt bepaald op basis van de weerstand, is de tijd na het uitschakelen van cruciaal belang. Een vertraagde of onvolledige reeks metingen kan extrapolatie onbetrouwbaar maken.

Voor units met meerdere koelfasen moet in de procedure worden vermeld welk vermogen en welke koelmodus worden geverifieerd. De ventilator- en pompstroom, bedrijfsstatus en regelvolgorde moeten worden geregistreerd. Als het project een temperatuurstijgingstest op een bepaalde kraanpositie vereist, moet deze voorwaarde vóór de test worden overeengekomen, omdat de kraanpositie verliezen beïnvloedt en het thermische resultaat kan beïnvloeden.

Thermische acceptatie moet overeenkomen met het opgegeven vermogen, tap- en koelmodus.

Controleer correcties in plaats van alleen de laatste regel te lezen

Een handig FAT-rapport bewaart zowel de ruwe metingen als de definitieve berekeningen. Bekijk omgevingswaarden, olietemperaturen, stroom, spanning, ingangsvermogen, weerstand van de wikkeling, status van het koelapparaat en tijdstempels. Bevestig hoe gemeten verliezen werden gecorrigeerd naar de vereiste referentieomstandigheden en hoe temperaturen werden aangepast wanneer testverliezen verschilden van de gegarandeerde verliezen.

Een rapport dat alleen 'voldoende' bevat, verwijdert het bewijsmateriaal dat nodig is voor een technische beoordeling. De gemeten top-oliestijging en de gemiddelde stijging van de wikkelingen moeten herleidbaar zijn naar instrumentregistraties. Als een hotspotwaarde wordt berekend, moet het rapport het gebruikte model of de gebruikte hotspotfactor identificeren. Als glasvezelsensoren zijn gespecificeerd, moeten de sensorlocaties en geldige kanalen worden overeengekomen vóór de productie van de wikkeling, en niet nadat het actieve onderdeel is geassembleerd.

Veldomstandigheden die een goed fabrieksresultaat teniet kunnen doen

Installatie op locatie verandert de luchtstroom. Een transformator die dicht bij een muur, in een slecht geventileerde ruimte of naast een andere warmtebron wordt geplaatst, kan heter werken dan de FAT-unit in een open laboratoriumruimte. Radiatoren hebben ruimte nodig voor natuurlijke convectie. De ventilatoruitlaat mag geen warme lucht recirculeren. Voor binneninstallaties moet bij de berekening van de ruimteventilatie rekening worden gehouden met de transformatorverliezen bij feitelijk gebruik.

Verontreiniging is ook van belang. Stof, vezels of olieafzettingen op radiatoroppervlakken verminderen de warmteoverdracht. Een defecte ventilatorschakelaar, geblokkeerde koeler, laag oliepeil of onjuiste selectie van de regelmodus kunnen de thermische marge wegnemen zonder dat er een elektrische storing optreedt. Bij de inbedrijfstelling moeten het oliepeil, de klepposities, de werking van de koeler, de ventilatorrichting, de temperatuurinstrumenten en alarmcontacten worden gecontroleerd vóór langdurige belasting.

Temperatuurinstellingen moeten aansluiten bij de beschermingsfilosofie. Een wikkelingstemperatuurindicator kan een thermisch beeld bevatten op basis van de stroom, terwijl een elektronische monitor de temperatuur kan berekenen op basis van de olietemperatuur en de belasting. Hun metingen komen niet noodzakelijkerwijs overeen met die van een lokale glasvezelsensor. Het EPC-team moet definiëren welke waarde wordt gebruikt voor alarm, uitschakeling, SCADA-weergave en operationele trending.

Aankoopgegevens vereist voor een verdedigbare thermische garantie

Een koper hoeft de thermische berekening van de fabrikant niet uit te voeren, maar de aanvraag moet wel de juiste randvoorwaarden opleveren. Verzend minimaal het belastingsschema, het omgevingsprofiel, de hoogte, de installatieopstelling, de ventilatiegegevens van de behuizing of kamer, harmonische informatie, de vereiste koelingsredundantie en de vereiste alarm-/uitschakelinterfaces.

Vermeld de benodigde testen en getuigenpunten in de inkooporder. Het testen van temperatuurstijgingen heeft invloed op de laboratoriumtijd en de productieplanning, en mag dus niet als commentaar op een late inspectie verschijnen. Voor een bredere vergelijking van transformatortechnologieën en hun thermisch gedrag gebruikt u de selectiegids voor industriële transformatoren.

De thermische prestaties zijn afhankelijk van zowel het goedgekeurde ontwerp als de consistentie van de productie.

Wat Zisheng Electric controleert voordat het ontwerp wordt bevestigd

Voor een in olie ondergedompelde unit vragen we normaal gesproken om het gegevensblad, het enkellijnsdiagram, het belastingsprofiel, de harmonische informatie, de omgevingsgegevens van de locatie, de hoogte, de koelfilosofie en de monitoringvereisten. Onze technici controleren vervolgens de elektromagnetische verliezen, wikkelopstelling, interne oliepaden, radiateurbelasting, accessoirewaarderingen en FAT-scope als één pakket. Het doel is niet om zonder reden apparatuur toe te voegen. Het is bedoeld om de onzekerheid over de thermische belasting weg te nemen voordat koper wordt opgewonden en staal wordt gesneden.

Zisheng Elektrische leveringen in olie ondergedompelde stroomtransformatoren voor onderstations , distributie- en stroomtransformatoren, droge eenheden en aanverwante onderstationapparatuur. Als uw project evalueert de hotspot-temperatuur van een transformator , stuur dan het gegevensblad van de transformator, het laadschema, de omgevingsomstandigheden, de koelingsvereiste en de FAT-specificatie. Ons engineeringteam beoordeelt de vereisten en reageert binnen 24 uur op projectvragen.