Was ist das Transformatorkühlsystem?

Das Kühlsystem eines Transformators ist eine Schlüsselkomponente, um seinen sicheren, zuverlässigen und langfristigen Betrieb zu gewährleisten. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die beim Betrieb des Transformators entstehende Wärme (Kupfer- und Eisenverluste) effektiv an die Umgebung abzuleiten, um so die Temperatur der Transformatorkomponenten innerhalb zulässiger Grenzen zu halten und eine schnelle Alterung oder Beschädigung der Isoliermaterialien durch Überhitzung zu verhindern.

1. Warum ist Kühlung notwendig?
Während des Betriebs eines Transformators erzeugen die Wicklungen und der Kern aufgrund von Verlusten (Widerstandsverlust, Wirbelstromverlust usw.) große Wärmemengen, wodurch die Temperatur ansteigt. Isoliermaterialien (wie Öl und Papier) sind äußerst temperaturempfindlich. Nach der klassischen „6-Grad-Regel“ oder „8-Grad-Regel“ halbiert sich die Lebensdauer von Dämmstoffen pro 6-8 Grad Temperaturerhöhung etwa um die Hälfte. Daher ist eine effiziente Kühlung der Schlüssel zur Verlängerung der Lebensdauer eines Transformators.

2. Klassifizierung und Codes der Kühlmethoden
Die Kühlmethode eines Transformators wird normalerweise durch Buchstabencodes dargestellt, die internationalen Standards (z. B. IEC 60076) folgen und aus 2–4 Buchstaben bestehen und Folgendes darstellen:

Kühlmedium: Der erste Buchstabe gibt das interne Kühlmedium an, das mit den Wicklungen in Kontakt steht.
O: Mineralöl oder synthetische Isolierflüssigkeit mit einem Flammpunkt von weniger als oder gleich 300 Grad.
K: Insulating liquid with a flash point >300 Grad.
L: Isolierflüssigkeit mit nicht messbarem Flammpunkt (z. B. bestimmte synthetische Ester).
G: Gas (z. B. Luft).
W: Wasser.

Zirkulationsmethode: Der zweite Buchstabe stellt die Zirkulationsmethode des internen Kühlmediums dar.
N: Natürliche Konvektion (heißes Öl steigt auf, kaltes Öl sinkt ab, angetrieben durch Temperaturunterschiede).
F: Zwangsumlauf (nicht-gerichtet), Öl wird von einer Pumpe umgewälzt.
D: Gezielte Zwangsumwälzung, bei der die Pumpe das Öl direkt in bestimmte Kanäle innerhalb der Wicklungen leitet und so für eine höhere Kühleffizienz sorgt.

Externes Kühlmedium: Der dritte Buchstabe gibt das externe Kühlmedium an.
A: Luft.
W: Wasser.

Zirkulationsmethode des externen Kühlmediums: Der vierte Buchstabe gibt die Zirkulationsmethode des externen Kühlmediums an.
N: Natürliche Konvektion (z. B. natürliche Luftzirkulation).
F: Zwangsumwälzung (z. B. Gebläse-Zwangsluft).

3. Detaillierte Erläuterung gängiger Kühlmethoden

1. Öl-Transformatoren
Dies ist die gängigste Kühlmethode für Leistungstransformatoren. Der Transformator ist mit Transformatoröl gefüllt, das sowohl als Isoliermedium als auch als Hauptkühlmedium dient.

ONAN (Öl Natural Air Natural)

• Prinzip: Verlässt sich auf die natürliche Konvektion des Öls. Die von den Wicklungen und dem Kern erzeugte Wärme erwärmt das Transformatoröl. Das heiße Öl steigt zum oberen Ende des Öltanks und gibt Wärme über Kühler (Kühlrippen oder -rohre) an die Luft ab, während das gekühlte Öl zum Boden des Tanks sinkt und eine natürliche Zirkulation bildet.
• Eigenschaften: Einfacher Aufbau, zuverlässig, geräusch-{0}frei, wartungsfrei-.
• Anwendung: Kleine Verteiltransformatoren (z. B. für den Einsatz in Wohngebieten oder Gebäuden).

ONAF (Oil Natural Air Forced)

• Prinzip: Dem Kühler eines ONAN-Transformators wird ein Lüfter hinzugefügt. Wenn die Transformatorlast zunimmt und die Temperatur steigt, startet der Temperaturregler automatisch den Lüfter, wodurch der Luftstrom die Kühlung des Kühlers beschleunigt.
• Eigenschaften: Deutlich verbesserte Kühlleistung, mit Lüftern, die je nach Last/Temperatur automatisch starten und stoppen können, energieeffizient.
• Anwendung: Mittlere bis große Leistungstransformatoren, weit verbreitet.

OFAF/ODAF (Oil Forced Air Forced / Oil Directed Air Forced)

• Prinzip: Zusätzlich zum Lüfter wird auch eine Ölpumpe hinzugefügt. Die Pumpe zwingt das Transformatoröl dazu, schneller durch die Kühler zu zirkulieren. Die ODAF-Technologie (Directed) geht noch einen Schritt weiter, indem sie das Öl genau zu den Kapillarkanälen innerhalb der Wicklungen leitet und so die Kühleffizienz an den heißesten Stellen (innerhalb der Wicklungen) erheblich verbessert.
• Eigenschaften: Extrem starke Kühlleistung, relativ komplexer Aufbau.
• Anwendung: Große Ultrahochspannungstransformatoren, Haupttransformatoren in Großkraftwerken.

OFWF/ODWF (Oil Forced Water Forced)

• Prinzip: Verwendet einen Öl-zu-Wasser-Wärmetauscher (Kühler) anstelle eines luft-gekühlten Kühlers. Das heiße Transformatoröl wird in den Kühler gepumpt, wo die Wärme an fließendes Kühlwasser übertragen wird. Das abgekühlte Öl kehrt dann zum Transformator zurück.
• Eigenschaften: Sehr hohe Kühleffizienz, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Es erfordert jedoch ein zuverlässiges Wasserzirkulationssystem (Pumpen, Rohre, Ventile usw.), ist mit hohen Kosten und Wartungsanforderungen verbunden und birgt das Risiko einer Öl-{2}}Wasservermischung und -leckage.
• Anwendung: Ultragroße Transformatoren in Gebieten mit reichlich Wasser (z. B. Wasserkraftwerken) oder in Bereichen, in denen Platzbeschränkungen eine Luftkühlung verhindern (z. B. unterirdische Umspannwerke).

2. Trockentransformatoren vom-Typ
Trockentransformatoren vom -Typ verwenden Luft (oder eine feste Isolierung wie Epoxidharz) als internes Kühlmedium und ihre Kühlmethode ist relativ einfach.
AN (Natürliche Luftkühlung)

• Prinzip: Basiert auf natürlicher Luftkonvektion und Strahlungskühlung vom Transformatorgehäuse.
• Anwendung: Trockentransformatoren-mit kleiner-Kapazität.

AF (Forcierte Luftkühlung)

• Prinzip: Installieren Sie Ventilatoren unterhalb oder um das Transformatorgehäuse herum, um kühle Luft durch die Kanäle zwischen den Wicklungen zu drücken und so die Wärme abzuleiten.
• Merkmale: Normalerweise mit intelligenter Steuerung ausgestattet; Die Lüfter starten automatisch, wenn die Lastrate hoch ist, wodurch die Ausgangskapazität des Transformators um 40–50 % erhöht werden kann.
• Anwendung: Trockentransformatoren-mit mittlerer bis großer -Kapazität, die häufig in Innenumspannwerken, Gebäuden, U-Bahnen und anderen Orten mit hohen Brandschutzanforderungen verwendet werden.

Das Kühlsystem eines Transformators ist ein entscheidender Teil seines Designs und wirkt sich direkt auf die Ausgangskapazität, die Betriebseffizienz und die Lebensdauer des Transformators aus. Die Auswahl der geeigneten Kühlmethode ist ein Ergebnis der Abwägung von Kosten, Zuverlässigkeit, Wartungskomplexität und Installationsumgebung.