Wat is het transformatorkoelsysteem?

Het koelsysteem van een transformator is een belangrijk onderdeel om de veilige, betrouwbare werking en werking op lange- termijn ervan te garanderen. De belangrijkste taak is het effectief afvoeren van de warmte die wordt gegenereerd tijdens de werking van de transformator (koperverlies en ijzerverlies) naar de omgeving, waardoor de temperatuur van de componenten van de transformator binnen toegestane grenzen blijft en wordt voorkomen dat de isolatiematerialen snel verouderen of beschadigen als gevolg van oververhitting.

1. Waarom is koeling nodig?
Tijdens de werking van een transformator genereren de wikkelingen en de kern door verliezen (weerstandsverlies, wervelstroomverlies etc.) een grote hoeveelheid warmte, waardoor de temperatuur stijgt. Isolatiematerialen (zoals olie en papier) zijn extreem temperatuurgevoelig. Volgens de klassieke ‘6-gradenregel’ of ‘8-gradenregel’ halveert de levensduur van isolatiematerialen grofweg bij elke temperatuurstijging van 6 tot 8 graden. Daarom is efficiënte koeling essentieel voor het verlengen van de levensduur van een transformator.

2. Classificatie en codes van koelmethoden
De koelmethode van een transformator wordt meestal weergegeven door lettercodes, volgens internationale normen (bijv. IEC 60076), bestaande uit 2-4 letters, die staan ​​voor:

Koelmedium: De eerste letter geeft het interne koelmedium aan dat in contact is met de wikkelingen.
O: Minerale olie of synthetische isolatievloeistof met een vlampunt lager dan of gelijk aan 300 graden.
K: Insulating liquid with a flash point >300 graden.
L: Isolatievloeistof met een onmeetbaar vlampunt (zoals bepaalde synthetische esters).
G: Gas (zoals lucht).
W: Water.

Circulatiemethode: De tweede letter vertegenwoordigt de circulatiemethode van het interne koelmedium.
N: Natuurlijke convectie (hete olie stijgt, koude olie daalt, aangedreven door temperatuurverschil).
F: Geforceerde circulatie (niet-gericht), olie wordt gecirculeerd door een pomp.
D: Gerichte geforceerde circulatie, waarbij de pomp olie rechtstreeks naar specifieke kanalen binnen de wikkelingen leidt, wat een hogere koelefficiëntie oplevert.

Extern koelmedium: De derde letter geeft het externe koelmedium aan.
EEN: Lucht.
W: Water.

Circulatiemethode van het externe koelmedium: De vierde letter geeft de circulatiemethode van het externe koelmedium aan.
N: Natuurlijke convectie (zoals natuurlijke luchtcirculatie).
F: Geforceerde circulatie (zoals ventilator-geforceerde lucht).

3. Gedetailleerde uitleg van gebruikelijke koelmethoden

1. Olie-ondergedompelde transformatoren
Dit is de meest gangbare koelmethode voor stroomtransformatoren. De transformator is gevuld met transformatorolie, die zowel als isolatiemedium als als hoofdkoelmedium fungeert.

ONAN (Olie Natuurlijke Lucht Natuurlijk)

• Principe: Vertrouwt op natuurlijke convectie van de olie. Warmte gegenereerd door de wikkelingen en kern verwarmt de transformatorolie. De hete olie stijgt naar de bovenkant van de olietank en geeft warmte af aan de lucht via radiatoren (koelvinnen of buizen), terwijl gekoelde olie naar de bodem van de tank daalt en zo een natuurlijke circulatie vormt.
• Kenmerken: eenvoudige structuur, betrouwbaar, geluids-vrij, onderhouds-vrij.
• Toepassing: kleine distributietransformatoren (bijvoorbeeld die gebruikt worden in woonwijken of gebouwen).

ONAF (Oil Natural Air Forced)

• Principe: Aan de radiator van een ONAN-transformator wordt een ventilator toegevoegd. Wanneer de belasting van de transformator toeneemt en de temperatuur stijgt, start de temperatuurregelaar automatisch de ventilator, waardoor de luchtstroom wordt gedwongen om de koeling van de radiator te versnellen.
• Kenmerken: Aanzienlijk verbeterde koelcapaciteit, met ventilatoren die automatisch kunnen starten en stoppen op basis van belasting/temperatuur, energiezuinig-.
• Toepassing: Middelgrote tot grote vermogenstransformatoren, veel gebruikt.

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

• Principe: Naast het toevoegen van een ventilator wordt er ook een oliepomp toegevoegd. De pomp zorgt ervoor dat transformatorolie sneller door de radiatoren circuleert. De ODAF-technologie (directed) gaat nog een stap verder door de olie nauwkeurig naar de capillaire kanalen binnen de wikkelingen te leiden, waardoor de koelefficiëntie op de heetste punten (binnen de wikkelingen) aanzienlijk wordt verbeterd.
• Kenmerken: Extreem sterk koelvermogen, relatief complexe structuur.
• Toepassing: grote ultra-hoogspanningstransformatoren, hoofdtransformatoren in energiecentrales met grote- capaciteit.

OFWF/ODWF (Oliegeforceerd Watergeforceerd)

• Principe: Er wordt gebruik gemaakt van een olie-naar-water-warmtewisselaar (koeler) in plaats van een lucht-gekoelde radiator. De hete transformatorolie wordt in de koeler gepompt, waar de warmte wordt overgedragen aan stromend koelwater. De gekoelde olie keert vervolgens terug naar de transformator.
• Kenmerken: Zeer hoog koelrendement, niet beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Het vereist echter een betrouwbaar watercirculatiesysteem (pompen, leidingen, kleppen, enz.), heeft hoge kosten en onderhoudsvereisten en brengt het risico met zich mee dat olie-water vermengt en gaat lekken.
• Toepassing: ultra-grote transformatoren die zich bevinden in gebieden met veel water (zoals waterkrachtcentrales) of gebieden waar beperkte ruimte luchtkoeling verhindert (zoals ondergrondse onderstations).

2. Droge-typetransformatoren
Droge-transformatoren gebruiken lucht (of vaste isolatie zoals epoxyhars) als intern koelmedium, en hun koelmethode is relatief eenvoudig.
AN (natuurlijke luchtkoeling)

• Principe: Vertrouwt op natuurlijke convectie van lucht en stralingskoeling vanuit de transformatorbehuizing.
• Toepassing: droge- transformatoren met kleine- capaciteit.

AF (geforceerde luchtkoeling)

• Principe: Installeer ventilatoren onder of rond het transformatorlichaam om koele lucht door de doorgangen tussen de wikkelingen te persen, waardoor de warmte wordt afgevoerd.
• Kenmerken: Meestal uitgerust met intelligente besturing; ventilatoren starten automatisch wanneer de belasting hoog is, waardoor de uitgangscapaciteit van de transformator met 40%-50% kan toenemen.
• Toepassing: droge transformatoren van het type-met gemiddelde tot grote-capaciteit-, die vaak worden gebruikt in onderstations, gebouwen, metro's en andere plaatsen met hoge brandveiligheidseisen.

Het koelsysteem van een transformator is een cruciaal onderdeel van het ontwerp ervan en heeft rechtstreeks invloed op de uitgangscapaciteit, de operationele efficiëntie en de levensduur van de transformator. Het selecteren van de juiste koelmethode is het resultaat van het in evenwicht brengen van kosten, betrouwbaarheid, onderhoudscomplexiteit en installatieomgeving.