Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 1 февраля 2026 г. Происхождение: Сайт
Электрическая сеть во многом зависит от стабильности и долговечности оборудования распределения электроэнергии. Одним из наиболее важных активов в этой инфраструктуре является Трехфазный масляный трансформатор . Поскольку эти устройства выдерживают высокие напряжения и токи, они генерируют значительное внутреннее тепло из-за электрического сопротивления и магнитных потерь. Без эффективной стратегии рассеивания тепла изоляция внутри трехфазного масляного трансформатора будет быстро ухудшаться, что приведет к катастрофическому отказу и массовым отключениям электроэнергии.
Охлаждение ONAN, что означает Oil Natural Air Natural, представляет собой метод пассивного охлаждения, при котором тепло рассеивается от сердечника и обмоток трансформатора за счет естественной конвекции изоляционного масла внутри бака и естественной циркуляции окружающего воздуха по внешним поверхностям радиатора. Эта система не требует внешнего питания для вентиляторов или насосов, что делает ее стандартным решением для охлаждения масляного распределительного трансформатора, работающего в условиях умеренной нагрузки.
Понимание нюансов охлаждения ONAN необходимо инженерам коммунальных предприятий и специалистам по промышленным закупкам. Хотя это самая простая форма управления температурным режимом, его конструкция включает в себя сложную термодинамику, гарантирующую, что даже большой трехфазный масляный трансформатор остается в пределах безопасных рабочих температур. В этом руководстве будут рассмотрены механика, преимущества и технические характеристики систем ONAN по сравнению с более интенсивными методами, такими как те, которые используются в воздушно-масляном трансформаторе..
Источник тепла: почему трансформаторам требуется охлаждение?
Расшифровка ОНАН: что на самом деле означает «Oil Natural Air Natural»
Физика ОНАН: двухэтапный цикл естественной конвекции
Ключевые компоненты системы охлаждения ONAN
ОНАН в контексте: сравнение с методами принудительного охлаждения
Применение и ограничения охлаждения ONAN
Заключение
Трансформаторам требуется охлаждение, поскольку электрические и магнитные потери генерируют тепловую энергию, которая может повредить внутреннюю изоляцию, а эффективная система охлаждения гарантирует, что трехфазный масляный трансформатор будет работать в пределах своего теплового класса, чтобы максимально увеличить срок его службы.
Выделение тепла в трехфазном масляном трансформаторе в основном происходит из двух источников: потерь в меди и потерь в железе. Потери в меди, также известные как потери $I^2R$, возникают при протекании тока через обмотки, выделяя тепло, пропорциональное квадрату тока. Для масляного распределительного трансформатора эти потери колеблются в зависимости от электрической нагрузки. Потери в железе или потери в сердечнике возникают в результате гистерезиса и вихревых токов в магнитном сердечнике и относительно постоянны независимо от нагрузки.
Если это тепло не отвести, температура бумажной изоляции и диэлектрического масла повысится. Стандартная изоляция трансформатора рассчитана на работу при определенных температурах; превышение этих пределов даже на несколько градусов может сократить срок службы изоляции вдвое. В трехфазном масляном трансформаторе система охлаждения действует как основная защита от термического старения, поддерживая температуру «горячей точки» на безопасном уровне.
Кроме того, управление температурным режимом является вопросом безопасности. Чрезмерное тепло может привести к тому, что масло загорится. Масляный распределительный трансформатор выходит из строя, образуя горючие газы. Эффективное охлаждение гарантирует, что внутреннее давление останется стабильным и что физическая целостность резервуара не будет нарушена тепловым расширением. Это делает метод охлаждения фундаментальным параметром конструкции любого трехфазного масляного трансформатора..
ONAN означает «Масло Натуральный Воздух Натуральный», классификация, в которой как внутренняя охлаждающая среда (масло), так и внешняя охлаждающая среда (воздух) циркулируют посредством естественной конвекции без помощи механических устройств, таких как насосы или вентиляторы.
Буква «О» в слове ONAN относится к минеральному маслу или синтетическому эфиру, используемому внутри трехфазного масляного трансформатора . В этой конфигурации масло является «натуральным», то есть оно движется за счет плавучести: горячее масло поднимается к верхней части резервуара, а более холодное опускается. Это внутреннее движение имеет решающее значение для масляного распределительного трансформатора, поскольку оно отводит тепло от сердечника и обмоток к стенкам резервуара и радиаторам.
Буква «А» относится к окружающему воздуху, окружающему устройство. «Естественное» воздушное охлаждение означает, что тепло передается от поверхностей радиатора в атмосферу исключительно за счет естественного движения воздуха. По мере того как воздух возле ребер радиатора нагревается, он становится менее плотным и поднимается вверх, позволяя более прохладному воздуху поступать снизу. Этот процесс очень надежен для трехфазного масляного трансформатора , поскольку для охлаждения он не использует электроэнергию.
В то время как масляный природный воздушный трансформатор (ONAF) добавляет вентиляторы для увеличения движения воздуха, система ONAN ценится за свою простоту и охлаждение, не требующее технического обслуживания. Для многих подстанций масляный распределительный трансформатор мощностью до 30 МВА может эффективно работать, используя только охлаждение ONAN, при условии, что площадь поверхности радиатора правильно рассчитана на этапе проектирования.
Процесс охлаждения ONAN основан на двухступенчатом термодинамическом цикле, включающем термосифонный эффект внутри трехфазного масляного трансформатора и внешнюю конвекцию воздуха над ребрами радиатора.
На первом этапе тепло, выделяемое обмотками, передается маслу. С повышением температуры масла его плотность уменьшается. Это создает перепад давления, который заставляет горячее масло подниматься вверх. В трехфазном масляном трансформаторе этот эффект «термосифона» создает непрерывный контур. Горячее масло попадает в верхнюю часть радиаторов, теряет тепло в атмосферу, становится более плотным и возвращается в нижнюю часть бака трансформатора, чтобы начать цикл заново.
Второй этап происходит на границе раздела металлических радиаторов и атмосферы. Эффективность масляного распределительного трансформатора на этом этапе зависит от общей площади поверхности, контактирующей с воздухом. Инженеры должны спроектировать ребра радиатора так, чтобы обеспечить максимальный поток воздуха. Поскольку это «естественный» процесс, на скорость рассеивания тепла напрямую влияют температура окружающей среды и физическое расположение трехфазного масляного трансформатора..
По сравнению с масляным естественным воздушным трансформатором , естественный цикл медленнее. Однако по своей сути оно саморегулируется. По мере увеличения нагрузки на трехфазный масляный трансформатор и выделения большего количества тепла градиент температуры между маслом и воздухом увеличивается, что естественным образом ускоряет конвекционные потоки. Эта тепловая инерция является ключевой характеристикой масляного распределительного трансформатора..
Система охлаждения ONAN состоит из специализированных компонентов, включая блоки радиаторов, охлаждающие ребра и расширительный бак, которые предназначены для облегчения естественного движения масла и воздуха в трехфазном масляном трансформаторе.
Наиболее заметными компонентами масляного распределительного трансформатора являются радиаторы. Часто это большие блоки прессованных стальных ребер или трубок. Их цель – обеспечить максимально возможную площадь поверхности для теплообмена. В высокой мощности трехфазном масляном трансформаторе эти радиаторы являются съемными для облегчения транспортировки и могут быть расширены в случае изменения тепловых требований.
Внутри резервуара перегородки и охлаждающие каналы стратегически расположены внутри обмоток трехфазного масляного трансформатора . Эти каналы обеспечивают поток масла непосредственно над самыми горячими частями медных змеевиков. Без этих точно спроектированных путей в масляном распределительном трансформаторе могут возникнуть локальные «горячие точки», недоступные для естественной циркуляции масла, что приведет к преждевременному выходу из строя изоляции.
Резервуар-расширитель — еще один жизненно важный компонент. Когда масло в трехфазном масляном трансформаторе нагревается во время процесса ONAN, оно расширяется. Расширитель обеспечивает место для такого расширения, сохраняя при этом основной бак полностью заполненным маслом. Это предотвращает образование воздушных карманов, которые могут нарушить естественный цикл конвекции, необходимый для масляного распределительного трансформатора..
Хотя ONAN является базовым методом охлаждения трехфазного масляного трансформатора, его часто сравнивают с системами ONAF и OFAF, в которых для увеличения удельной мощности и скорости охлаждения используется принудительное охлаждение воздухом или принудительное масло.
| Тип охлаждения | Внутренняя среда | Внешняя среда | Тип движения | Требование к питанию |
| ОНАН | Масло | Воздух | Натуральный/Натуральный | Ноль |
| ОНАФ | Масло | Воздух | Естественный/Принудительный | Низкий (Вентиляторы) |
| ОФАФ | Масло | Воздух | Принудительный/Принудительный | Высокий (Насосы/Вентиляторы) |
Как показано в таблице, масляный природный воздушный трансформатор (ONAF) служит золотой серединой. Добавляя вентиляторы к трехфазному масляному трансформатору , сертифицированному ONAN , мощность часто можно увеличить на 25–33%. Это связано с тем, что принудительный воздух отводит тепло от радиаторов гораздо быстрее, чем естественная конвекция. Однако для системы ONAF требуется электропитание и схема управления, что делает ее более сложной, чем стандартный масляный распределительный трансформатор..
Выбор между ONAN и масляно-воздушным трансформатором часто сводится к профилю нагрузки. Если трехфазный масляный трансформатор испытывает высокие пиковые нагрузки, но низкие средние нагрузки, идеальна система ONAF с вентиляторами, которые включаются только во время пиков. Для стабильного и надежного распределения простой масляный распределительный трансформатор ONAN остается фаворитом в отрасли благодаря более низким эксплуатационным расходам и отсутствию движущихся частей.
Для очень больших силовых трансформаторов даже ONAF может быть недостаточно. В этих случаях используется принудительная циркуляция масла (OFAF). Но для подавляющего большинства трехфазных масляных трансформаторов, используемых в городских и промышленных сетях, метод ONAN обеспечивает идеальный баланс эффективности и долговечности.
Охлаждение ONAN идеально подходит для распределительных сетей среднего размера и удаленных подстанций, где доступ для обслуживания ограничен, хотя он ограничен более низкой скоростью рассеивания тепла по сравнению с масляным естественным воздушным трансформатором.
Масляный распределительный трансформатор, установленный в жилых кварталах и небольших промышленных парках, почти исключительно использует охлаждение ONAN. Бесшумная работа является большим преимуществом в густонаселенных районах. Кроме того, в отдаленных местах, где вспомогательное питание для вентиляторов недоступно, трехфазный масляный трансформатор с охлаждением ONAN обеспечивает решение «установил и забыл», которое может прослужить от 30 до 40 лет с минимальным вмешательством.
Производительность трехфазного масляного трансформатора с охлаждением ONAN очень чувствительна к окружающей среде. В очень жарком климате эффективность охлаждения падает, поскольку разница температур между маслом и окружающим воздухом меньше. В таких случаях трансформатор, который обычно представляет собой блок ONAN, может быть модернизирован до масляно-воздушного трансформатора просто для того, чтобы справляться с окружающим теплом, даже если электрическая нагрузка является стандартной.
Одним из основных ограничений ONAN является физический размер. Для естественного рассеивания большого количества тепла трехфазному масляному трансформатору необходимы очень большие радиаторы. Это увеличивает вес и занимаемую площадь масляного распределительного трансформатора . Если пространство на подстанции ограничено, инженеры могут выбрать масляный трансформатор с естественным воздушным охлаждением, поскольку вентиляторы позволяют радиаторам меньшего размера выполнять тот же объем работы по охлаждению.
Трехфазный масляный трансформатор остается основой современного распределения электроэнергии, а система охлаждения ONAN является наиболее надежным методом управления температурным режимом. Используя фундаментальные законы физики — плавучесть и конвекцию — система ONAN позволяет масляному распределительному трансформатору регулировать собственную температуру без необходимости использования внешнего источника питания или сложных механических деталей. Эта простота напрямую приводит к надежности на протяжении десятилетий, необходимой энергетической отрасли.
В то время как более интенсивные системы, такие как масляный природный воздушный трансформатор, находят свое место в средах с высокой производительностью или в условиях ограниченного пространства, метод ONAN продолжает оставаться золотым стандартом для большинства распределительных приложений. Будь то небольшой масляный распределительный трансформатор, обслуживающий сельскую местность, или более крупный трехфазный масляный трансформатор на промышленном объекте, «естественный» подход к охлаждению обеспечивает надежное, бесшумное и не требующее обслуживания решение.
По мере того, как мы движемся к более электрифицированному будущему, технология трехфазного масляного трансформатора будет продолжать развиваться. Тем не менее, основные принципы охлаждения ONAN останутся жизненно важным компонентом стабильности сети, гарантируя, что наша энергетическая инфраструктура останется прохладной под давлением.
