Aantal keren bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 01-02-2026 Herkomst: Locatie
Het elektriciteitsnet is sterk afhankelijk van de stabiliteit en levensduur van stroomdistributieapparatuur. Een van de meest kritische activa in deze infrastructuur is de Driefasige olie-ondergedompelde transformator . Omdat deze units hoge spanningen en stromen kunnen verwerken, genereren ze aanzienlijke interne warmte als gevolg van elektrische weerstand en magnetische verliezen. Zonder een effectieve strategie voor warmteafvoer zou de isolatie binnen een driefasige olie-ondergedompelde transformator snel verslechteren, wat zou leiden tot catastrofale storingen en wijdverbreide stroomuitval.
ONAN-koeling, wat staat voor Oil Natural Air Natural, is een passieve koelmethode waarbij warmte wordt afgevoerd uit de transformatorkern en wikkelingen door de natuurlijke convectie van isolerende olie in de tank en de natuurlijke circulatie van omgevingslucht over de externe radiatoroppervlakken. Dit systeem vereist geen externe voeding voor ventilatoren of pompen, waardoor het de standaard koeloplossing is voor een olie-ondergedompelde distributietransformator die onder matige belasting werkt.
Het begrijpen van de nuances van ONAN-koeling is essentieel voor nutsingenieurs en industriële inkoopspecialisten. Hoewel het de eenvoudigste vorm van thermisch beheer is, omvat het ontwerp ervan complexe thermodynamica om ervoor te zorgen dat zelfs een grote driefasige olie-ondergedompelde transformator binnen veilige bedrijfstemperaturen blijft. Deze gids onderzoekt de werking, voordelen en technische specificaties van ONAN-systemen in vergelijking met intensievere methoden zoals die gevonden worden in een Oil Natural Air Forced Transformer.
De bron van de warmte: waarom hebben transformatoren koeling nodig?
ONAN decoderen: wat 'Oil Natural Air Natural' werkelijk betekent
De natuurkunde van ONAN: een natuurlijke convectiecyclus in twee fasen
Belangrijkste componenten van een ONAN-koelsysteem
ONAN in context: vergelijking met geforceerde koelmethoden
Toepassingen en beperkingen van ONAN-koeling
Conclusie
Transformatoren hebben koeling nodig omdat elektrische en magnetische verliezen thermische energie genereren die de interne isolatie kan beschadigen, en een efficiënt koelsysteem zorgt ervoor dat een driefasige olie-ondergedompelde transformator binnen de grenzen van de thermische klasse werkt om de levensduur te maximaliseren.
De warmteopwekking in een driefasige olie-ondergedompelde transformator komt voornamelijk voort uit twee bronnen: koperverliezen en ijzerverliezen. Koperverliezen, ook bekend als $I^2R$-verliezen, treden op als er stroom door de wikkelingen stroomt, waardoor warmte ontstaat die evenredig is aan het kwadraat van de stroom. Voor een olie-ondergedompelde distributietransformator fluctueren deze verliezen met de elektrische belasting. IJzerverliezen, of kernverliezen, zijn het gevolg van hysteresis en wervelstromen in de magnetische kern en zijn relatief constant, ongeacht de belasting.
Als deze warmte niet wordt afgevoerd, zal de temperatuur van de papierisolatie en de diëlektrische olie stijgen. Standaard transformatorisolatie is ontworpen om bij specifieke temperaturen te werken; het overschrijden van deze limieten met zelfs maar een paar graden kan de levensverwachting van de isolatie halveren. In een driefasige olie-ondergedompelde transformator fungeert het koelsysteem als de primaire verdediging tegen deze thermische veroudering, waardoor de 'hot spot'-temperatuur op een veilig niveau wordt gehouden.
Bovendien is thermisch beheer een kwestie van veiligheid. Door overmatige hitte kan de olie in een In olie ondergedompelde distributietransformator die afbreekt en brandbare gassen genereert. Efficiënte koeling zorgt ervoor dat de interne druk stabiel blijft en dat de fysieke integriteit van de tank niet wordt aangetast door thermische uitzetting. Dit maakt de koelmethode tot een fundamentele ontwerpparameter voor elke driefasige olie-ondergedompelde transformator.
ONAN staat voor 'Oil Natural Air Natural', een classificatie waarbij zowel het interne koelmedium (olie) als het externe koelmedium (lucht) via natuurlijke convectie circuleren zonder de hulp van mechanische apparaten zoals pompen of ventilatoren.
De 'O' in ONAN verwijst naar de minerale olie of synthetische ester die wordt gebruikt in de driefasige olie-ondergedompelde transformator . In deze configuratie is de olie 'natuurlijk', wat betekent dat deze beweegt op basis van drijfvermogen: hete olie stijgt naar de bovenkant van de tank terwijl koelere olie zinkt. Deze interne beweging is van cruciaal belang voor een olie-ondergedompelde distributietransformator omdat deze warmte wegvoert van de kern en de wikkelingen naar de tankwanden en radiatoren.
De 'A' verwijst naar de omgevingslucht rondom de unit. De 'natuurlijke' luchtkoeling betekent dat warmte uitsluitend door de natuurlijke beweging van lucht van de radiatoroppervlakken naar de atmosfeer wordt overgedragen. Naarmate de lucht nabij de radiatorvinnen warmer wordt, wordt deze minder dicht en stijgt deze, waardoor koelere lucht van onderaf naar binnen kan stromen. Dit proces is zeer betrouwbaar voor een driefasige olie-ondergedompelde transformator, omdat deze voor koeling niet afhankelijk is van elektrische energie.
Terwijl een Oil Natural Air Forced Transformer (ONAF) ventilatoren toevoegt om deze luchtbeweging te vergroten, wordt het ONAN-systeem gewaardeerd om zijn eenvoud en onderhoudsvrije koeling. Voor veel substationtoepassingen kan een olie-ondergedompelde distributietransformator met een vermogen tot 30 MVA efficiënt werken met alleen ONAN-koeling, op voorwaarde dat het radiatoroppervlak correct wordt berekend tijdens de engineeringfase.
Het ONAN-koelproces is gebaseerd op een thermodynamische cyclus in twee fasen, waarbij sprake is van het thermosifoneffect in de driefasige olie-ondergedompelde transformator en de externe convectie van lucht over de radiatorvinnen.
In de eerste fase wordt de door de wikkelingen gegenereerde warmte overgedragen aan de olie. Naarmate de temperatuur van de olie stijgt, neemt de dichtheid ervan af. Hierdoor ontstaat een drukverschil dat de hete olie naar boven drijft. In een driefasige olie-ondergedompelde transformator creëert dit 'thermosifon'-effect een continue lus. De hete olie komt via de bovenkant van de radiatoren binnen, verliest warmte aan de atmosfeer, wordt dichter en keert terug naar de bodem van de transformatortank om de cyclus opnieuw te beginnen.
De tweede fase vindt plaats op het grensvlak tussen de metalen radiatoren en de atmosfeer. De efficiëntie van een olie-ondergedompelde distributietransformator in deze fase hangt af van het totale oppervlak dat aan de lucht wordt blootgesteld. Ingenieurs moeten de radiatorvinnen zo ontwerpen dat ze een maximale luchtstroom mogelijk maken. Omdat dit een 'natuurlijk' proces is, wordt de snelheid van de warmteafvoer rechtstreeks beïnvloed door de omgevingstemperatuur en de fysieke plaatsing van de driefasige olie-ondergedompelde transformator.
Vergeleken met een Oil Natural Air Forced Transformer is de natuurlijke cyclus langzamer. Het is echter inherent zelfregulerend. Naarmate de belasting van de driefasige olie-ondergedompelde transformator toeneemt en er meer warmte wordt gegenereerd, neemt de temperatuurgradiënt tussen de olie en de lucht toe, wat op natuurlijke wijze de convectiestromen versnelt. Deze thermische traagheid is een belangrijk kenmerk van de olie-ondergedompelde distributietransformator.
Een ONAN-koelsysteem bestaat uit gespecialiseerde componenten, waaronder radiatorbanken, koelribben en een expansie-conservatortank, allemaal ontworpen om de natuurlijke beweging van olie en lucht in een driefasige olie-ondergedompelde transformator te vergemakkelijken.
De meest zichtbare componenten van een olie-ondergedompelde distributietransformator zijn de radiatoren. Dit zijn vaak grote rijen geperste stalen vinnen of buizen. Hun doel is om een zo groot mogelijk oppervlak te bieden voor warmte-uitwisseling. In een met hoge capaciteit driefasige olie-ondergedompelde transformator zijn deze radiatoren afneembaar om het transport te vergemakkelijken en kunnen ze worden uitgebreid als de thermische vereisten veranderen.
In de tank zijn schotten en koelkanalen strategisch geplaatst in de wikkelingen van de Three Phase Oil Immersed Transformer . Deze kanalen zorgen ervoor dat de olie direct over de heetste delen van de koperen spoelen stroomt. Zonder deze nauwkeurig ontworpen paden zou een olie-ondergedompelde distributietransformator plaatselijke 'hotspots' kunnen ontwikkelen die de natuurlijke oliecirculatie niet kan bereiken, wat kan leiden tot vroegtijdig falen van de isolatie.
De conservatortank is een ander essentieel onderdeel. Naarmate de olie in een driefasige olie-ondergedompelde transformator tijdens het ONAN-proces opwarmt, zet deze uit. De conservator biedt ruimte voor deze uitbreiding terwijl de hoofdtank volledig gevuld blijft met olie. Dit voorkomt dat zich luchtzakken vormen, die de natuurlijke convectiecyclus die nodig is voor een olie-ondergedompelde distributietransformator kunnen verstoren.
Hoewel ONAN de basiskoelmethode is voor een driefasige olie-ondergedompelde transformator, wordt deze vaak vergeleken met ONAF- en OFAF-systemen, die geforceerde lucht of geforceerde olie gebruiken om de vermogensdichtheid en de koelsnelheid te verhogen.
| Koeltype | Intern medium | Extern medium | Bewegingstype | Stroomvereiste |
| ONAN | Olie | Lucht | Natuurlijk/natuurlijk | Nul |
| ONAF | Olie | Lucht | Natuurlijk/geforceerd | Laag (ventilatoren) |
| OFAF | Olie | Lucht | Gedwongen/gedwongen | Hoog (pompen/ventilatoren) |
Zoals weergegeven in de tabel dient de Oil Natural Air Forced Transformer (ONAF) als middenweg. Door ventilatoren toe te voegen aan een ONAN-gecertificeerde driefasige olie-ondergedompelde transformator , kan de vermogenscapaciteit vaak met 25% tot 33% worden verhoogd. Dit komt omdat de geforceerde lucht de warmte veel sneller uit de radiatoren verwijdert dan natuurlijke convectie. Het ONAF-systeem vereist echter elektrische stroom en besturingscircuits, waardoor het complexer is dan een standaard olie-ondergedompelde distributietransformator.
De keuze tussen ONAN en een Oil Natural Air Forced Transformer komt vaak neer op het belastingsprofiel. Als een driefasige olie-ondergedompelde transformator hoge piekbelastingen maar lage gemiddelde belastingen ervaart, is een ONAF-systeem met ventilatoren die alleen tijdens pieken in werking treden ideaal. Voor een stabiele, betrouwbare distributie blijft de eenvoudige ONAN Oil Immersed Distribution Transformer de favoriet in de sector vanwege de lagere operationele kosten en het ontbreken van bewegende delen.
Voor zeer grote vermogenstransformatoren kan zelfs ONAF onvoldoende zijn. In die gevallen wordt gebruik gemaakt van geforceerde oliecirculatie (OFAF). Maar voor de overgrote meerderheid van de driefasige olie-ondergedompelde transformatoreenheden die in stedelijke en industriële netwerken worden gebruikt, biedt de ONAN-methode de perfecte balans tussen efficiëntie en duurzaamheid.
ONAN-koeling is bij uitstek geschikt voor middelgrote distributienetwerken en afgelegen onderstations waar de toegang voor onderhoud beperkt is, hoewel deze wordt beperkt door de lagere warmteafvoer in vergelijking met een Oil Natural Air Forced Transformer.
De olie-ondergedompelde distributietransformator die in woonwijken en kleine industrieparken wordt aangetroffen, maakt vrijwel uitsluitend gebruik van ONAN-koeling. De stille werking is een groot voordeel in bevolkte gebieden. Bovendien biedt de op afgelegen locaties waar hulpstroom voor ventilatoren niet beschikbaar is, driefasige olie-ondergedompelde transformator met ONAN-koeling een 'instellen en vergeten'-oplossing die met minimale tussenkomst 30 tot 40 jaar meegaat.
De prestaties van een ONAN-gekoelde driefasige olie-ondergedompelde transformator zijn zeer gevoelig voor de omgeving. In extreem warme klimaten neemt de koelefficiëntie af omdat het temperatuurverschil tussen de olie en de omgevingslucht kleiner is. In dergelijke gevallen kan een transformator die normaal gesproken een ONAN-eenheid zou zijn, worden geüpgraded naar een Oil Natural Air Forced Transformer, eenvoudigweg om de omgevingswarmte aan te kunnen, zelfs als de elektrische belasting standaard is.
Een belangrijke beperking van ONAN is de fysieke grootte. Om grote hoeveelheden warmte op natuurlijke wijze af te voeren, heeft een driefasige olie-ondergedompelde transformator zeer grote radiatoren nodig. Dit vergroot het gewicht en de voetafdruk van de Oil Immersed Distribution Transformer . Als de ruimte in een onderstation beperkt is, kunnen ingenieurs kiezen voor een Oil Natural Air Forced Transformer omdat de ventilatoren ervoor zorgen dat kleinere radiatoren dezelfde hoeveelheid koelwerk kunnen doen.
De driefasige olie-ondergedompelde transformator blijft de ruggengraat van de moderne stroomdistributie, en het ONAN-koelsysteem is de meest vertrouwde methode voor thermisch beheer. Door gebruik te maken van de fundamentele wetten van de natuurkunde – drijfvermogen en convectie – zorgt het ONAN-systeem ervoor dat een olie-ondergedompelde distributietransformator zijn eigen temperatuur kan regelen zonder de noodzaak van externe voeding of complexe mechanische onderdelen. Deze eenvoud vertaalt zich rechtstreeks in de decennialange betrouwbaarheid die de energie-industrie eist.
Terwijl intensievere systemen zoals de Oil Natural Air Forced Transformer hun plaats hebben in omgevingen met hoge capaciteit of beperkte ruimte, blijft de ONAN-methode de gouden standaard voor de meeste distributietoepassingen. Of het nu gaat om een kleine olie-ondergedompelde distributietransformator die een plattelandsgemeenschap bedient of een grotere driefasige olie-ondergedompelde transformator in een industriële faciliteit, de 'natuurlijke' benadering van koeling biedt een robuuste, stille en onderhoudsvrije oplossing.
Terwijl we op weg zijn naar een meer geëlektrificeerde toekomst, zal de techniek achter de Three Phase Oil Immersed Transformer blijven evolueren. De kernprincipes van ONAN-koeling zullen echter een essentieel onderdeel blijven van de netstabiliteit en ervoor zorgen dat onze energie-infrastructuur onder druk koel blijft.
