Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-02-08 Origine: Sito
L’affidabilità di una rete elettrica è intrinsecamente legata alla gestione termica dei suoi asset più costosi. Un trasformatore trifase in olio è soggetto a notevoli stress termici durante il suo funzionamento, poiché il processo di trasformazione della tensione comporta inevitabilmente perdite di energia. Queste perdite si manifestano come calore all'interno del nucleo e degli avvolgimenti. Senza sofisticate strategie di raffreddamento, la rigidità dielettrica dell’olio isolante diminuirebbe e l’isolamento in cellulosa diventerebbe fragile, provocando un invecchiamento precoce o un guasto catastrofico dell’olio. Trasformatore di distribuzione a bagno d'olio.
I metodi di raffreddamento del trasformatore di potenza sono sistemi standardizzati progettati per dissipare il calore interno utilizzando varie combinazioni di circolazione naturale o forzata di olio e aria; i metodi più comuni includono ONAN (Oil Natural Air Natural) per la distribuzione standard, ONAF (Oil Natural Air Forced) per una maggiore capacità e OFAF (Oil Forced Air Forced) per la trasmissione di potenza ad alta capacità in un trasformatore trifase immerso in olio.
La scelta del metodo di raffreddamento appropriato non è semplicemente una scelta tecnica, ma anche economica, che incide sul costo totale di proprietà e sull'ingombro operativo dell'unità. Nelle sezioni seguenti, analizzeremo la nomenclatura di questi sistemi, esploreremo la fisica alla base del trasferimento di calore in un trasformatore trifase immerso in olio e confronteremo l'efficienza di diverse configurazioni. Che si tratti di un trasformatore di distribuzione standard a bagno d'olio o di un ad alta tensione trasformatore forzato ad olio naturale , comprendere queste classi di raffreddamento è essenziale per l'ingegneria elettrica moderna.
Perché il raffreddamento è importante nei trasformatori di potenza?
Cosa significa il metodo di raffreddamento ONAN nei trasformatori di potenza?
Cos'è il sistema di raffreddamento ONAF e quando viene utilizzato?
Come funziona il metodo di raffreddamento OFAF nei trasformatori di potenza?
Cos'è il raffreddamento OFWF e dove viene applicato?
Come si seleziona il giusto metodo di raffreddamento per un trasformatore?
Prospettive degli specialisti del settore sulla tecnologia di raffreddamento
Conclusione
Domande frequenti
Il raffreddamento è vitale in un trasformatore trifase a bagno d'olio per prevenire il degrado dell'isolamento interno e per garantire che l'unità possa gestire il carico nominale senza superare i limiti termici di sicurezza.
Il motivo principale per raffreddare qualsiasi trasformatore trifase a bagno d'olio è proteggere il solido isolamento. In un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio , gli avvolgimenti in rame sono avvolti in carta e immersi in olio minerale. Poiché il calore viene generato dalle perdite $I^2R$ e dall'isteresi, la temperatura aumenta. Per ogni aumento da 8°C a 10°C rispetto alla temperatura nominale, la durata dell'isolamento in un trasformatore trifase in olio viene effettivamente dimezzata. Un raffreddamento efficace garantisce che la temperatura del 'punto caldo' rimanga entro livelli gestibili.
Inoltre, il raffreddamento influisce sulla densità fisica e sulla stabilità chimica dell'olio isolante. In un trasformatore trifase a bagno d'olio , l'olio funge sia da refrigerante che da barriera dielettrica. Se l’olio si surriscalda può ossidarsi producendo morchie e acidi che aggrediscono ulteriormente gli avvolgimenti Trasformatore di distribuzione a bagno d'olio . Mantenendo una temperatura costante, il sistema di raffreddamento preserva la capacità dell'olio di prevenire archi elettrici e cortocircuiti interni.
Dal punto di vista della capacità, il metodo di raffreddamento determina la potenza massima che un trasformatore trifase in olio può fornire in sicurezza. Ad esempio, l'aggiornamento di un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio con ventole esterne per creare un trasformatore forzato ad olio naturale gli consente di trasportare un carico maggiore rispetto alla sua potenza nominale di base. Questa flessibilità è fondamentale per le società di servizi pubblici che gestiscono le fluttuazioni della domanda sulla rete, poiché consente loro di estrarre più valore da una singola installazione di trasformatore trifase immerso in olio .
ONAN sta per Oil Natural Air Natural, un metodo di raffreddamento in cui sia l'olio interno che l'aria esterna circolano tramite convezione naturale per dissipare il calore dal trasformatore trifase a bagno d'olio.
In un classificato ONAN trasformatore trifase a bagno d'olio , il processo è interamente passivo. Man mano che gli avvolgimenti si riscaldano, l'olio circostante diventa meno denso e sale verso la parte superiore del serbatoio. Quindi entra nelle batterie dei radiatori, dove cede calore all'aria ambiente. Quando l'olio si raffredda, diventa più denso e ritorna sul fondo del serbatoio del trasformatore di distribuzione a immersione in olio . Questo ciclo, noto come effetto termosifone, non richiede pompe o alimentazione esterna, rendendolo il metodo più affidabile per un trasformatore trifase in olio.
La parte 'Air Natural' dell'acronimo si riferisce al modo in cui il calore viene rimosso dai radiatori. L'aria ambiente si muove naturalmente attraverso le alette del radiatore poiché viene riscaldata dalla superficie metallica. Ciò rende il trasformatore di distribuzione a bagno d'olio ONAN molto silenzioso e praticamente esente da manutenzione, poiché non vi sono parti mobili come ventole o pompe soggette a guasti. È la configurazione di raffreddamento standard per la maggior parte delle unità di trasformatori trifase a bagno d'olio utilizzate nelle aree residenziali e dell'industria leggera.
Tuttavia, poiché il raffreddamento si basa sul movimento naturale, i radiatori di un trasformatore trifase a bagno d'olio ONAN devono essere relativamente grandi per fornire una superficie sufficiente. Ciò aumenta le dimensioni complessive del trasformatore di distribuzione in olio . Nonostante l'ingombro maggiore, la semplicità di ONAN lo rende la scelta preferita per un trasformatore di distribuzione in olio con potenza nominale inferiore a 30 MVA, dove l'affidabilità e il basso rumore hanno la priorità rispetto alla densità di potenza.
Il sistema ONAF o Oil Natural Air Forced Transformer utilizza ventilatori elettrici esterni per soffiare aria attraverso i radiatori, aumentando significativamente il tasso di dissipazione del calore di un trasformatore trifase a bagno d'olio rispetto alla convezione naturale.
Un trasformatore forzato ad olio naturale funziona secondo lo stesso principio interno di un'unità ONAN: l'olio circola ancora in modo naturale tramite l'effetto termosifone. Tuttavia, l'aggiunta di ventole sui banchi dei radiatori modifica le dinamiche di raffreddamento esterno. Forzando l'aria sulle alette, il trasformatore forzato ad olio naturale può rimuovere il calore molto più velocemente, consentendo al trasformatore trifase a bagno d'olio di gestire un carico maggiore, spesso fino al 133% della sua classificazione ONAN di base.
Questo metodo viene generalmente utilizzato quando un trasformatore trifase immerso in olio deve gestire carichi di picco che superano la sua capacità normale. I ventilatori sono solitamente controllati da sensori di temperatura; entrano in azione solo quando la temperatura dell'olio nel trasformatore di distribuzione in olio raggiunge un determinato punto impostato. Ciò garantisce che il trasformatore forzato ad olio naturale rimanga efficiente dal punto di vista energetico, utilizzando l'energia ausiliaria solo quando assolutamente necessario per proteggere i componenti interni del trasformatore trifase a bagno d'olio.
Nelle sottostazioni moderne, il trasformatore forzato ad olio naturale è una scelta popolare perché offre una 'doppia potenza' (ad esempio, 20/26 MVA). Ciò significa che il trasformatore trifase in olio può funzionare a 20 MVA in condizioni ONAN e 26 MVA in condizioni ONAF. Questa versatilità rende il trasformatore forzato ad aria naturale a olio ideale per le aree urbane in crescita in cui la domanda di energia può aumentare durante i mesi estivi, richiedendo al trasformatore di distribuzione a bagno d'olio di lavorare di più senza surriscaldarsi.
OFAF sta per Oil Forced Air Forced, un sistema in cui sia l'olio che l'aria vengono spostati meccanicamente utilizzando pompe e ventilatori per ottenere la massima efficienza di raffreddamento in un trasformatore trifase a immersione in olio ad alta capacità.
Il metodo OFAF è riservato alle unità di grandi dimensioni di trasformazione trifase a bagno d'olio in cui la convezione naturale non è sufficiente per rimuovere le massicce quantità di calore generate. In questa configurazione, una pompa dell'olio è integrata nel circuito di raffreddamento del trasformatore di distribuzione a bagno d'olio . La pompa spinge l'olio caldo attraverso i radiatori ad alta velocità, mentre contemporaneamente le ventole spingono l'aria sulle superfici del radiatore. Questo approccio a doppia forza consente un design del trasformatore trifase in bagno d'olio molto compatto rispetto alla sua potenza in uscita.
Forzando lo spostamento dell'olio, il sistema OFAF elimina il lento periodo di 'riscaldamento' necessario per l'avvio di un termosifone in un trasformatore di distribuzione a immersione in olio standard . Il trasferimento di calore dagli avvolgimenti all'olio è molto più uniforme, riducendo il rischio di punti caldi interni al trasformatore trifase immerso in olio . Tuttavia, poiché si basa sulle pompe, questo metodo di raffreddamento richiede una manutenzione più frequente e una fonte di alimentazione ausiliaria affidabile per mantenere operativo il trasformatore di distribuzione in olio .
Sebbene altamente efficace, il metodo OFAF viene utilizzato raramente per un trasformatore di distribuzione standard in olio . Si trova tipicamente nei trasformatori step-up dei generatori o nelle principali sottostazioni di trasmissione. Per la maggior parte delle esigenze di distribuzione, un trasformatore forzato ad olio naturale offre un migliore equilibrio tra complessità e prestazioni. Il OFAF trasformatore trifase a bagno d'olio è l'atleta 'heavy duty' del mondo dei trasformatori, progettato per un costante rifiuto del calore ad alta intensità.
OFWF o raffreddamento forzato ad acqua forzato ad olio utilizza uno scambiatore di calore in cui l'olio viene pompato attraverso una camera raffreddata mediante circolazione di acqua, offrendo il trasferimento di calore più efficiente per un trasformatore trifase immerso in olio in ambienti con spazio limitato o ad alta temperatura.
L’acqua è un mezzo di trasferimento del calore molto più efficiente dell’aria. In un trasformatore trifase a bagno d'olio OFWF , l'olio viene pompato attraverso uno scambiatore di calore dove entra in stretto contatto con i tubi che trasportano acqua fredda. Ciò consente di rimuovere un'enorme quantità di calore dal trasformatore di distribuzione a bagno d'olio in uno spazio fisico molto piccolo. Questo è significativamente più compatto anche di un trasformatore forzato ad olio naturale , rendendolo ideale per sottostazioni sotterranee o centrali idroelettriche.
L'applicazione di OFWF in un trasformatore trifase a bagno d'olio è specializzata. Poiché acqua ed elettricità sono una combinazione pericolosa, lo scambiatore di calore deve essere progettato con tubi a doppia parete per evitare qualsiasi perdita di acqua nel serbatoio del trasformatore di distribuzione a immersione in olio . Nonostante queste complessità, il sistema OFWF consente a un trasformatore trifase immerso in olio di funzionare in luoghi in cui la temperatura dell'aria ambiente è troppo elevata per un efficace raffreddamento dell'aria o dove non c'è spazio per grandi banchi di radiatori.
Uno svantaggio di questo metodo per un trasformatore trifase a bagno d'olio è la necessità di una fornitura idrica continua e di un sistema di trattamento dell'acqua per prevenire incrostazioni nei tubi. A differenza di un trasformatore ad aria forzata naturale ad olio , che utilizza l'aria 'libera' attorno ad esso, il trasformatore di distribuzione a immersione in olio OFWF ha costi operativi più elevati. Tuttavia, per specifici siti industriali e di produzione di energia, è l'unico modo praticabile per mantenere un trasformatore trifase in olio ad alta potenza entro limiti di temperatura sicuri.
La scelta del giusto metodo di raffreddamento implica il bilanciamento della potenza MVA, del profilo di carico previsto, delle condizioni ambientali ambientali e del budget di manutenzione disponibile per il trasformatore trifase in olio.
Quando si sceglie tra ONAN e un trasformatore forzato ad olio naturale , gli ingegneri esaminano innanzitutto la capacità. Per un piccolo trasformatore di distribuzione in olio (ad esempio, da 500 kVA a 2500 kVA), ONAN è quasi sempre la scelta migliore grazie alla sua semplicità. Man mano che la potenza nominale del trasformatore trifase a immersione in olio aumenta verso 10 MVA o 20 MVA, la dimensione dei radiatori richiesti per ONAN diventa proibitiva, rendendo la configurazione del trasformatore a olio naturale forzato ad aria molto più attraente.
| Metodo di raffreddamento | Idoneità alla potenza nominale | Livello di manutenzione | Livello di rumore | Ambiente ideale |
| ONAN | Da piccolo a medio | Molto basso | Silenzioso | Residenziale/Standard |
| ONAF | Da medio a grande | Basso/Medio | Moderare | Carico urbano/fluttuante |
| OFAF | Molto grande | Alto | Alto | Sottostazioni di trasmissione |
| OFWF | Estremamente grande | Molto alto | Basso | Idro/metropolitana |
Anche i fattori ambientali giocano un ruolo importante. In un ambiente costiero polveroso o salato, le ventole di un trasformatore forzato ad olio naturale potrebbero richiedere una pulizia frequente per evitare che i radiatori si ostruiscano. In questi casi, un trasformatore trifase a bagno d'olio ONAN leggermente sovradimensionato potrebbe essere più conveniente nel corso della sua durata di 30 anni. Al contrario, in uno spazio interno ristretto, è necessaria l'elevata efficienza di un trasformatore di distribuzione in olio con raffreddamento forzato per prevenire l'accumulo di calore nella stanza.
Infine, il profilo di carico determina se è necessario un trasformatore forzato ad olio naturale . Se il trasformatore trifase in olio funziona con un carico costante del 70% tutto l'anno, ONAN è sufficiente. Ma se l’unità deve gestire un carico del 120% durante ondate di caldo o turni industriali, i ventilatori ONAF forniscono il margine di sicurezza necessario. La scelta del giusto raffreddamento per un trasformatore di distribuzione a bagno d'olio è essenzialmente un esercizio di ottimizzazione del 'margine termico' del trasformatore trifase a bagno d'olio.
Comprendere come i diversi leader di mercato vedono il raffreddamento del trasformatore trifase immerso in olio fornisce un quadro più chiaro delle tendenze globali e delle migliori pratiche.
Piattaforma di trasformazione Taishan: sottolineano che la transizione da ONAN a ONAF è uno dei modi più convenienti per aumentare la capacità delle sottostazioni. La loro prospettiva è che per un trasformatore trifase in olio , il lato 'A' (aria) dell'equazione rappresenta spesso il collo di bottiglia. Concentrandosi su progetti di ventole ad alta efficienza, sostengono che un trasformatore forzato ad olio naturale può essere reso molto più compatto rispetto ai modelli tradizionali. Evidenziano inoltre che per un trasformatore di distribuzione in olio , la scelta dell'olio minerale di raffreddamento è importante tanto quanto le ventole meccaniche.
Giga Energy Platform: questa fonte si concentra principalmente sugli aspetti di manutenzione e affidabilità del trasformatore trifase immerso in olio . Sottolineano che mentre i sistemi OFAF e OFWF sono tecnicamente superiori nello smaltimento del calore, il sistema ONAN rimane il 'gold standard' per i siti rurali e remoti di trasformatori di distribuzione immersi nell'olio . La loro opinione è che il trasformatore forzato ad olio naturale rappresenti la via di mezzo ideale per la maggior parte delle applicazioni di pubblica utilità, a condizione che i sistemi di controllo dei ventilatori siano robusti e protetti dalle intemperie.
La gestione termica è il guardiano silenzioso della rete elettrica. Ogni trasformatore trifase a bagno d'olio dipende dal proprio sistema di raffreddamento per sopravvivere alle dure realtà della resistenza elettrica e dell'attrito magnetico. Dalla silenziosa affidabilità del trasformatore di distribuzione a immersione in olio ONAN alle capacità ad alte prestazioni del trasformatore forzato ad aria naturale a olio , questi metodi di raffreddamento sono ciò che consente alla nostra infrastruttura elettrica di adattarsi alle esigenze moderne.
Mentre ci muoviamo verso un futuro sempre più digitale e assetato di energia, l’efficienza del trasformatore trifase immerso in olio diventerà ancora più critica. Le innovazioni negli oli biodegradabili e i controlli intelligenti delle ventole stanno rendendo il trasformatore forzato ad aria naturale a olio più sostenibile e intelligente. Abbinando attentamente il metodo di raffreddamento alle esigenze specifiche dell'installazione, gli ingegneri possono garantire che ogni trasformatore di distribuzione in olio fornisca energia sicura e affidabile per i decenni a venire.
In sintesi, la scelta tra ONAN, ONAF e OFAF è una decisione che bilancia spazio fisico, costo iniziale e affidabilità a lungo termine. Per la maggior parte delle esigenze di distribuzione, il trasformatore trifase in olio con raffreddamento ONAN o ONAF rimane la soluzione più efficace, garantendo la durata necessaria per mantenere le luci accese nelle nostre comunità.
In un trasformatore trifase a bagno d'olio, ONAN si affida al movimento naturale dell'aria, mentre ONAF utilizza ventole per forzare l'aria attraverso i radiatori. Ciò consente a un trasformatore forzato ad olio naturale di trasportare un carico maggiore rispetto a un'unità ONAN della stessa dimensione.
Spesso sì. Molti trasformatori di distribuzione a bagno d'olio sono costruiti con staffe per radiatori che possono ospitare ventole. L'aggiunta di ventole lo converte in un trasformatore forzato ad olio naturale, aumentandone di fatto la potenza nominale.
Per le applicazioni ad alta tensione e all'aperto, il trasformatore trifase in olio è generalmente superiore perché l'olio è un refrigerante e un isolante molto migliore dell'aria. Tuttavia, i trasformatori a secco sono preferiti per gli ambienti interni dove la sicurezza antincendio è una preoccupazione primaria.
Su un trasformatore forzato ad olio naturale, i ventilatori devono essere ispezionati almeno una volta all'anno per verificare l'usura dei cuscinetti e l'accumulo di polvere. Ciò garantisce che il trasformatore trifase immerso in olio rimanga protetto durante i periodi di carico di punta.
