Vizualizări: 0 Autor: Editor site Ora publicării: 2026-02-01 Origine: Site
Rețeaua electrică se bazează în mare măsură pe stabilitatea și longevitatea echipamentelor de distribuție a energiei. Printre cele mai critice active din această infrastructură se numără Transformator trifazat cu scufundare în ulei . Deoarece aceste unități gestionează tensiuni și curenți înalți, generează căldură internă semnificativă datorită rezistenței electrice și pierderilor magnetice. Fără o strategie eficientă de disipare a căldurii, izolația dintr-un transformator trifazic immers în ulei s-ar degrada rapid, ducând la defecțiuni catastrofale și pene de curent pe scară largă.
Răcirea ONAN, care înseamnă Oil Natural Air Natural, este o metodă de răcire pasivă în care căldura este disipată din miezul transformatorului și înfășurările prin convecția naturală a uleiului izolator din interiorul rezervorului și circulația naturală a aerului ambiental peste suprafețele exterioare ale radiatorului. Acest sistem nu necesită alimentare externă pentru ventilatoare sau pompe, ceea ce îl face soluția standard de răcire pentru un transformator de distribuție cu scufundare în ulei care funcționează în condiții de sarcină moderată.
Înțelegerea nuanțelor răcirii ONAN este esențială pentru inginerii de utilități și specialiștii în achiziții industriale. Deși este cea mai simplă formă de gestionare termică, designul său implică o termodinamică complexă pentru a se asigura că chiar și un transformator trifazic immers în ulei rămâne la temperaturi de funcționare sigure. Acest ghid va explora mecanica, beneficiile și specificațiile tehnice ale sistemelor ONAN în comparație cu metode mai intensive, cum ar fi cele găsite într-un transformator forțat cu aer natural cu ulei..
Sursa de căldură: de ce necesită răcire transformatoarele?
Decodificarea ONAN: Ce înseamnă cu adevărat „Ulei natural aer natural”.
Fizica ONAN: un ciclu natural de convecție în două etape
Componentele cheie ale unui sistem de răcire ONAN
ONAN în context: comparație cu metodele de răcire forțată
Aplicații și limitări ale răcirii ONAN
Concluzie
Transformatoarele necesită răcire, deoarece pierderile electrice și magnetice generează energie termică care poate deteriora izolația internă, iar un sistem de răcire eficient asigură ca un transformator trifazic immers în ulei funcționează în limitele clasei sale termice pentru a-și maximiza durata de viață.
Generarea de căldură într-un transformator trifazic immers în ulei provine în principal din două surse: pierderi de cupru și pierderi de fier. Pierderile de cupru, cunoscute și ca pierderi $I^2R$, apar pe măsură ce curentul trece prin înfășurări, generând căldură proporțională cu pătratul curentului. Pentru un transformator de distribuție cu scufundare în ulei , aceste pierderi fluctuează în funcție de sarcina electrică. Pierderile de fier, sau pierderile de miez, rezultă din histerezis și curenți turbionari din miezul magnetic și sunt relativ constante, indiferent de sarcină.
Dacă această căldură nu este îndepărtată, temperatura izolației din hârtie și a uleiului dielectric va crește. Izolația standard a transformatorului este proiectată pentru a funcționa la anumite temperaturi; depășirea acestor limite chiar și cu câteva grade poate reduce la jumătate durata de viață a izolației. Într-un transformator trifazic cu scufundare în ulei , sistemul de răcire acționează ca apărare principală împotriva acestei îmbătrâniri termice, menținând temperatura „punctului fierbinte” la un nivel sigur.
Mai mult, managementul termic este o chestiune de siguranță. Căldura excesivă poate cauza uleiul într-un Transformator de distribuție cu scufundare în ulei se defectează, generând gaze combustibile. Răcirea eficientă asigură că presiunea internă rămâne stabilă și că integritatea fizică a rezervorului nu este compromisă de dilatarea termică. Acest lucru face ca metoda de răcire să devină un parametru de proiectare fundamental pentru orice transformator trifazic immers în ulei.
ONAN înseamnă „Oil Natural Air Natural”, o clasificare în care atât mediul de răcire intern (ulei) cât și mediul de răcire extern (aer) circulă prin convecție naturală fără ajutorul dispozitivelor mecanice precum pompe sau ventilatoare.
„O” din ONAN se referă la uleiul mineral sau esterul sintetic utilizat în interiorul transformatorului trifazic immers în ulei . În această configurație, uleiul este „natural”, adică se mișcă în funcție de flotabilitate – uleiul fierbinte se ridică spre partea de sus a rezervorului în timp ce uleiul mai rece se scufundă. Această mișcare internă este critică pentru un transformator de distribuție cu scufundare în ulei, deoarece transportă căldura departe de miez și înfășurări către pereții rezervorului și radiatoare.
„A” se referă la aerul ambiental din jurul unității. Răcirea cu aer „naturală” înseamnă că căldura este transferată de la suprafețele radiatorului în atmosferă numai prin mișcarea naturală a aerului. Pe măsură ce aerul din apropierea aripioarelor radiatorului se încălzește, devine mai puțin dens și se ridică, permițând aerului mai rece să curgă de jos. Acest proces este foarte fiabil pentru un transformator trifazat immers în ulei, deoarece nu se bazează pe energie electrică pentru răcire.
În timp ce un transformator forțat cu aer natural (ONAF) adaugă ventilatoare pentru a crește această mișcare a aerului, sistemul ONAN este apreciat pentru simplitatea sa și răcirea fără întreținere. Pentru multe aplicații de substație, un transformator de distribuție cu scufundare în ulei de până la 30 MVA poate funcționa eficient folosind doar răcirea ONAN, cu condiția ca suprafața radiatorului să fie calculată corect în timpul fazei de inginerie.
Procesul de răcire ONAN se bazează pe un ciclu termodinamic în două etape care implică efectul termosifon în interiorul transformatorului trifazic immers în ulei și convecția externă a aerului peste aripioarele radiatorului.
În prima etapă, căldura generată de înfășurări este transferată în ulei. Pe măsură ce temperatura uleiului crește, densitatea acestuia scade. Acest lucru creează o presiune diferențială care conduce uleiul fierbinte în sus. Într-un transformator trifazic immers în ulei , acest efect de „termosifon” creează o buclă continuă. Uleiul fierbinte intră în partea de sus a radiatoarelor, pierde căldură în atmosferă, devine mai dens și revine în partea de jos a rezervorului transformatorului pentru a începe din nou ciclul.
A doua etapă are loc la interfața dintre radiatoarele metalice și atmosferă. Eficiența unui transformator de distribuție cu scufundare în ulei în această etapă depinde de suprafața totală expusă la aer. Inginerii trebuie să proiecteze aripioarele radiatorului pentru a permite un flux maxim de aer. Deoarece acesta este un proces „natural”, rata de disipare a căldurii este direct afectată de temperatura ambiantă și de amplasarea fizică a transformatorului trifazic immers în ulei..
În comparație cu un transformator forțat cu aer natural cu ulei , ciclul natural este mai lent. Cu toate acestea, este în mod inerent autoreglabil. Pe măsură ce sarcina pe transformatorul trifazat immers în ulei crește și se generează mai multă căldură, gradientul de temperatură dintre ulei și aer crește, ceea ce accelerează în mod natural curenții de convecție. Această inerție termică este o caracteristică cheie a transformatorului de distribuție cu scufundare în ulei.
Un sistem de răcire ONAN constă din componente specializate, inclusiv bancuri de radiatoare, aripioare de răcire și un rezervor de conservare de expansiune, toate concepute pentru a facilita mișcarea naturală a uleiului și a aerului într-un transformator trifazat immers în ulei.
Cele mai vizibile componente ale unui transformator de distribuție cu scufundare în ulei sunt radiatoarele. Acestea sunt adesea bancuri mari de aripioare sau tuburi din oțel presat. Scopul lor este de a oferi suprafața maximă posibilă pentru schimbul de căldură. Într-un de mare capacitate transformator trifazic immers în ulei , aceste radiatoare sunt detașabile pentru a facilita transportul și pot fi extinse dacă cerințele termice se modifică.
În interiorul rezervorului, deflectoarele și conductele de răcire sunt plasate strategic în înfășurările transformatorului trifazic immers în ulei . Aceste conducte asigură că uleiul curge direct peste părțile cele mai fierbinți ale bobinelor de cupru. Fără aceste căi proiectate cu precizie, un transformator de distribuție cu scufundare în ulei ar putea dezvolta „puncte fierbinți” localizate pe care circulația naturală a uleiului nu le poate atinge, ceea ce duce la o defecțiune prematură a izolației.
Rezervorul conservator este o altă componentă vitală. Pe măsură ce uleiul dintr-un transformator trifazat immers în ulei se încălzește în timpul procesului ONAN, acesta se extinde. Conservatorul oferă un spațiu pentru această expansiune menținând în același timp rezervorul principal complet umplut cu ulei. Acest lucru previne formarea pungilor de aer, care ar putea interfera cu ciclul natural de convecție necesar pentru un transformator de distribuție cu scufundare în ulei..
În timp ce ONAN este metoda de bază de răcire pentru un transformator trifazat immers în ulei, este adesea comparat cu sistemele ONAF și OFAF, care folosesc aer forțat sau ulei forțat pentru a crește densitatea puterii și rata de răcire.
| Tip de răcire | Mediu intern | Mediu extern | Tipul de mișcare | Cerința de putere |
| ONAN | Ulei | Aer | Natural/Natural | Zero |
| ONAF | Ulei | Aer | Natural/Forțat | Scăzut (ventilatoare) |
| OFAF | Ulei | Aer | Forțat/Forțat | Ridicat (pompe/ventilatoare) |
După cum se arată în tabel, transformatorul forțat cu aer natural cu ulei (ONAF) servește ca punct de mijloc. Prin adăugarea de ventilatoare la un cu clasificare ONAN transformator trifazat immers în ulei , capacitatea de putere poate fi adesea crescută cu 25% până la 33%. Acest lucru se datorează faptului că aerul forțat elimină căldura din calorifere mult mai repede decât convecția naturală. Cu toate acestea, sistemul ONAF necesită alimentare electrică și circuite de control, făcându-l mai complex decât un transformator de distribuție immers în ulei standard.
Alegerea între ONAN și un transformator forțat cu aer natural cu ulei se reduce adesea la profilul de sarcină. Dacă un transformator trifazat cu scufundare în ulei întâmpină sarcini de vârf ridicate, dar sarcini medii scăzute, un sistem ONAF cu ventilatoare care pornesc numai în timpul vârfurilor este ideal. Pentru o distribuție stabilă și fiabilă, transformatorul simplu de distribuție ONAN cu scufundare în ulei rămâne favoritul industriei datorită costului său operațional mai mic și lipsei pieselor mobile.
Pentru transformatoarele de putere foarte mari, chiar și ONAF ar putea fi insuficient. În aceste cazuri, se utilizează circulația forțată a uleiului (OFAF). Dar pentru marea majoritate a unităților de transformatoare trifazate cu scufundare în ulei utilizate în rețelele urbane și industriale, metoda ONAN oferă echilibrul perfect între eficiență și durabilitate.
Răcirea ONAN este ideală pentru rețelele de distribuție de dimensiuni medii și substațiile îndepărtate unde accesul la întreținere este limitat, deși este limitat de rata sa mai mică de disipare a căldurii în comparație cu un transformator forțat cu aer natural cu ulei.
Transformatorul de distribuție cu scufundare în ulei care se găsește în cartierele rezidențiale și în parcuri industriale mici utilizează aproape exclusiv răcirea ONAN. Funcționarea sa silențioasă este un beneficiu major în zonele populate. Mai mult, în locațiile îndepărtate în care puterea auxiliară pentru ventilatoare nu este disponibilă, transformatorul trifazat immers în ulei cu răcire ONAN oferă o soluție „setează-l și uită-l” care poate dura între 30 și 40 de ani cu o intervenție minimă.
Performanța unui transformator trifazat immers în ulei răcit cu ONAN este foarte sensibilă la mediu. În climatele extrem de calde, eficiența de răcire scade deoarece diferența de temperatură dintre ulei și aerul ambiant este mai mică. În astfel de cazuri, un transformator care ar fi în mod normal o unitate ONAN ar putea fi actualizat la un transformator forțat cu aer natural cu ulei pur și simplu pentru a gestiona căldura ambientală, chiar dacă sarcina electrică este standard.
O limitare majoră a ONAN este dimensiunea fizică. Pentru a disipa cantități mari de căldură în mod natural, un transformator trifazic cu scufundare în ulei are nevoie de radiatoare foarte mari. Acest lucru mărește greutatea și amprenta la sol a transformatorului de distribuție cu scufundare în ulei . Dacă spațiul într-o substație este redus, inginerii pot opta pentru un transformator forțat cu aer natural cu ulei, deoarece ventilatoarele permit radiatoarelor mai mici să facă aceeași cantitate de muncă de răcire.
Transformatorul trifazat cu scufundare în ulei rămâne coloana vertebrală a distribuției moderne a energiei, iar sistemul de răcire ONAN este cea mai de încredere metodă de management termic. Folosind legile fundamentale ale fizicii – flotabilitate și convecție – sistemul ONAN permite unui transformator de distribuție cu scufundare în ulei să-și regleze propria temperatură fără a fi nevoie de energie externă sau piese mecanice complexe. Această simplitate se traduce direct în fiabilitatea de decenii pe care o cere industria energetică.
În timp ce sistemele mai intensive, cum ar fi transformatorul forțat cu aer natural Oil, își au locul în medii de mare capacitate sau spațiu limitat, metoda ONAN continuă să fie standardul de aur pentru majoritatea aplicațiilor de distribuție. Fie că este un mic transformator de distribuție cu scufundare în ulei care deservește o comunitate rurală sau un transformator trifazat cu ulei mai mare într-o instalație industrială, abordarea „naturală” a răcirii oferă o soluție robustă, silențioasă și fără întreținere.
Pe măsură ce ne îndreptăm către un viitor mai electrificat, ingineria din spatele transformatorului trifazic immers în ulei va continua să evolueze. Cu toate acestea, principiile de bază ale răcirii ONAN vor rămâne o componentă vitală a stabilității rețelei, asigurând că infrastructura noastră energetică rămâne rece sub presiune.
