При работе любого трансформатора, независимо от типа, происходят потери энергии, ведущие к нагреву рабочих элементов, в особенности обмоток и сердечника.
Продолжительное безаварийное функционирование всех элементов, в частности изоляции, напрямую зависит от точности соблюдения температурного режима.
При этом, чем мощнее устройство, тем эффективнее необходимы системы охлаждения трансформаторов. Основные типы охлаждения силовых трансформаторов, технические характеристики, достоинства, недостатки и область использования каждого из них.
Система охлаждения сухих трансформаторов маркируется в отечественных нормативах буквой "С". В таких устройствах не предусмотрено использование охлаждающего масла.
Нормализация температуры магнитопровода и обмотки происходит путем естественной циркуляцией конвекционных потоков воздуха.
Существует несколько разновидностей систем охлаждения для оборудования такого типа:
Воздушное охлаждение характеризуется низкой эффективностью, поэтому для контроля температуры обмоток каждой фазы в таких устройствах устанавливается термические сенсоры. Сухие трансформаторы имеют небольшую мощность, параметры большинства моделей не превышают 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.
В соответствии с ГОСТ 11677-85 максимально допустимое превышение температуры обмотки трансформаторного оборудования разных классов серии "С" не должно превышать следующих граничных величин:
Трансформаторы с сухой системой охлаждения имеют следующие преимущества:
Область применения силовых трансформаторов с сухой системой охлаждения разнообразна. Прежде всего, это системы распределения электроэнергии в зданиях и сооружениях общественного, административного, бытового и жилого назначения с повышенными требованиями пожаро- и взрывозащищенности, а также необходимостью низкого уровня шумового загрязнения.
Чаще всего они применяются в гостиницах, офисных центрах, банках, больницах высотных зданиях любого типа и электротранспорте, как наземном, так и метрополитене.
Рынок может предложить потребителю сухие трансформаторы, рассчитанные на особые условия эксплуатации: тропический или северный климат, регионы с высокой сейсмической активностью.
Для трансформаторного оборудования средней мощности характерно использование более эффективного – жидкостного охлаждения. Чаще всего используется трансформаторное масло. Наиболее простая схема предусматривает естественную циркуляцию охлаждающей жидкости – тип "М".
Тепло, выделяемое обмотками и магнитопроводом, передается через масло в окружающее пространство. Внешний теплообменник представляет собой совокупность трубопроводов, радиаторов и бака накопителя для масла.
Максимальная температура теплоносителя в верхней части теплообменника (наиболее разогретые слои) не должна превышать +95°С.
Для трансформаторов типа "М" применение дополнительных охлаждающих устройств типа воздушного принудительного обдува не предусмотрено. Такое оборудование применяется в устройствах мощностью не более 16 МВА.
Отсутствие подвижных частей и дополнительных приспособлений значительно упрощает использование трансформаторного оборудования. Техобслуживание сводится к контролю уровня температуры масла.
Принудительное отведение тепла от обмоток и магнитопровода трансформатора реализовано несколькими способами:
Тип "Д" – естественная циркуляция масла и обдув радиаторов вентиляторами. Принудительный обдув включается автоматически при достижении в верхних слоях масла граничной температуры +55°С или при выходе оборудования в рабочий режим с номинальной нагрузкой на обмотки более 100%. Применяется для оборудования мощностью 16-80МВА.
Тип "ДЦ" – кроме обдува в предусмотрена принудительная циркуляция масла.
Масляные насосы встраиваются в бак. Быстрое перемещение жидкости дает следующие преимущества:
Системы охлаждения трансформатора тип "Д" с обдувом и циркуляцией масла должны функционировать постоянно. Отказ или выход из строя хотя бы одной подсистемы приводит к немедленному отключению все комплекса оборудования
Тип "НДЦ" – фактически повторяет конструкцию трансформаторного оборудования тип "ДЦ" с той разницей, что поток масла имеет строгую направленность. Это делает охлаждение обмоток еще более эффективным.
Трансформаторное оборудование мощностью более 160МВА комплектуется масляно-водяной системой отвода тепла. Водяной контур располагается между пластинами радиатора, что помогает более эффективно выводить тепло.
Маслопроводы располагаются в непосредственном контакте с трубами воды. Это повышает коэффициент теплопередачи. Практикуется применение как однотрубного так и двухтрубных контуров.
Такие конструкции устанавливаются, как правило, в закрытых помещениях оборудованных системой отопления, чтобы вода не замерзла при отрицательных температурах. Область применения включает сталелитейные предприятия, обогатительные комбинаты и другие производства с агрессивной средой.
Гибридные масляно-водяные охладители имеют компактные размеры. В них используются как трубчатые или радиаторные, так и плоские (мембранные) контуры. Максимальная рабочая температура в верхних слоях масла не должна превышать +70°С. Оба охлаждающих контура функционируют непрерывно и включаются в работу автоматически, при подаче электроэнергии на обмотку.
Протечки воды в маслопровод может вывести из строя все электрооборудование. Поэтому давление в масляном контуре немного превышает аналогичный показатель в водяном.
Тип "НЦ" – для систем такого типа характерно применение направленного движения охлаждающих жидкостей.
Независимо от специфики использования и типа системы охлаждения масляного трансформатора при его расположении внутри здания, помещение нуждается в вентиляции, так как отсутствие интенсивной циркуляции воздуха может стать причиной снижения номинальной мощности.
Как правило, на предприятиях помещения для трансформаторного и сервисного оборудования предусмотрены заранее и имеют вентиляционные отверстия: в нижней части для притока холодного воздуха и в верхней части для оттока теплого воздуха.
Если помещение для трансформаторной подстанции представляет собой отдельно стоящее здание, при большинстве режимов эксплуатации, вполне достаточно естественной циркуляции воздуха.
Принудительная циркуляция необходима следующих случаях:
В международных нормативах принята четырёхбуквенная маркировка систем охлаждения трансформаторов:
1. Первый символ - обозначение типа охлаждающей жидкости, которая находится в непосредственном контакте с электро несущими обмотками:
2. Второй символ - режим циркуляции теплоносителя:
3. Третий символ - тип внешнего охлаждающего вещества;
4. Четвертый символ - способ циркуляции внешних охлаждающих веществ;
Системы охлаждения силовых трансформаторов могут включать следующее дополнительное оборудование:
Защитное газовое реле.
При повреждениях масляной системы охлаждения или иных нарушениях функционирования маслопровода, масло начинает разлагаться, выделяя некоторое количество газов.
Газовое реле, в зависимости от заложенной функциональности, может подавать сигнал тревоги (при незначительном количестве газа) или отключать трансформатор, при скачкообразном возрастании объема газа.
Индикатор уровня масла.
Может быть выполнен, как в виде стеклянного патрубка (работает по принципу сообщающихся сосудов), так и в виде аналогового циферблата соединенного с поплавковой системой измерения.
Температурные датчики.
Индикаторы на основе термопар установленные в точках с максимальной температурой масла.
Влагопоглотители.
Устанавливаются в емкостях для масла и поглощают образующийся конденсат, препятствуя попаданию влаги в охлаждающую жидкость.
Система регенерации масла.
Используются термосифонные фильтры, наполненные крупнофракционным абсорбентом. Регенерация производится непрерывно, без снятия рабочей нагрузки.
Устройства сброса давления.
Механический предохранительный клапан многоразового срабатывания с возможностью регулировки граничной величины.
Как правило, конечный пользователь, будь то небольшой объект или крупное предприятие, в таких случаях обращается к представителям энергетической компании, которые и порекомендуют организацию, осуществляющую монтаж, подключение и последующее обслуживание трансформаторного оборудования.