Laden Sie unseren Produktkatalog 2025 herunter, um detaillierte Zeichnungen und technische Parameter aller Schaltanlagenkomponenten zu erhalten.
Katalog anfordern Laden Sie unseren Produktkatalog 2025 herunter, um detaillierte Zeichnungen und technische Parameter aller Schaltanlagenkomponenten zu erhalten.
Katalog anfordern
Der Temperaturanstieg in Leistungstransformatoren bestimmt die betrieblichen Belastungsgrenzen, die erwartete Lebensdauer und die langfristige Zuverlässigkeit der Anlage. Die aus vier Buchstaben bestehenden Kühlungscodes - ONAN, ONAF, OFAF, ODWF - kodieren, wie sich die Wärme von den Wicklungen in die Umgebungsluft bewegt, und liefern Beschaffungsingenieuren wichtige Auswahlkriterien für die Anpassung der Wärmekapazität an die tatsächlichen Standortbedingungen.
Die Physik dreht sich um zwei Verlustmechanismen: Leerlaufverluste im Magnetkern und Lastverluste in den Wicklungen. Diese Verluste werden in Wärme umgewandelt, die über einen Wärmeweg übertragen werden muss - von den Kupferleitern durch das Isolierpapier, in das Transformatorenöl und schließlich in die Umgebungsluft oder das Wasser. Der Temperaturgradient über diesen Weg bestimmt die Hotspot-Temperatur, den wichtigsten Parameter für die Alterung der Zelluloseisolierung.
Die Wahl des Kühlungscodes hat einen direkten Einfluss auf die erreichbaren MVA-Leistungen bei identischen thermischen Grenzwerten. Ein ONAN-Transformator erreicht möglicherweise nur 60-75% seiner ONAF-Nennleistung, da die Wärmeableitung ohne Zwangsluftunterstützung geringer ist. Das Verständnis dieser Beziehung verhindert zwei kostspielige Fehler bei der Beschaffung: die Unterspezifizierung von Geräten, die heiß laufen und vorzeitig altern, oder die Überspezifizierung von Geräten mit einer Kühlkapazität, die nie genutzt wird.
Jeder Öltransformator trägt auf seinem Typenschild eine vierstellige Kühlungsbezeichnung. Diese Buchstaben folgen der IEC 60076-2-Nomenklatur und kodieren den gesamten Wärmeübertragungsweg in einem kompakten Format, das die maximale Dauerbelastbarkeit, die Anforderungen an die Hilfsgeräte und die langfristigen Zuverlässigkeitseigenschaften bestimmt.
| Position | Beschreibt | Brief Optionen | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| 1. | Art des inneren Kühlmittels | O | Mineralöl (Flammpunkt ≤300°C) |
| K | Esterflüssigkeit (natürlich oder synthetisch) | ||
| 2. | Innerer Kühlmittelkreislauf | N | Natürlich (Thermosiphon) |
| F | Forciert (pumpengetrieben) | ||
| D | Geführt durch spezielle Wickelkanäle | ||
| 3. | Art des externen Kühlmittels | A | Luft |
| W | Wasser | ||
| 4. | Externer Kühlmittelkreislauf | N | Natürliche Konvektion |
| F | Erzwungen (Ventilatoren oder Pumpen) |
ONAN (Öl natürlich, Luft natürlich): Mineralöl zirkuliert durch den Thermosiphoneffekt - heißes Öl steigt auf, abgekühltes Öl sinkt ab. Die Wärme wird über die Tankwände und Heizkörper durch natürliche Konvektion an die Umgebung abgegeben. Keine Pumpen, keine Ventilatoren.
ONAF (Öl natürlich, Luft forciert): Gleiche natürliche Ölzirkulation, aber Ventilatoren treiben Luft über die Kühleroberflächen. Der erzwungene Luftstrom erhöht die Wärmeabfuhrkapazität um 25-33% im Vergleich zum ONAN-Betrieb.
OFAF (Ölgetrieben, luftgetrieben): Pumpen treiben Öl durch den Transformator, während Ventilatoren Luft durch die Kühler bewegen. Beide mechanischen Systeme maximieren die Wärmeübertragung bei geringstem Platzbedarf.
ODWF (ölgesteuert, wassergetrieben): Pumpen drücken Öl durch spezielle Förderkanäle. Externe Wärmetauscher verwenden gepumptes Wasser anstelle von Luft - unverzichtbar für Installationen in Innenräumen oder in kontaminierten Umgebungen.
Die natürliche Konvektion in ONAN-Transformatoren beruht auf dem Dichteunterschied des Öls, der durch das Temperaturgefälle entsteht. Heißes Öl in der Nähe der Wicklungen (typischerweise 85-95°C) steigt durch die Kühlkanäle auf, während kühleres Öl (60-70°C) von den Kühleroberflächen herabfließt. Dieser Thermosiphoneffekt erzeugt Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 0,1-0,3 m/s durch die Wicklungskanäle ohne mechanische Unterstützung.
Erzwungene Kühlmethoden verbessern die Wärmeübergangskoeffizienten erheblich. Blasluftkühlung in ONAF-Konstruktionen erhöht den konvektiven Wärmeübergang von den Kühleroberflächen um das 2-3fache im Vergleich zur natürlichen Zirkulation. Wasserbetriebene Systeme erreichen Wärmeübergangskoeffizienten von mehr als 1.000 W/m²-K an den Wärmetauscheroberflächen und eignen sich daher für leistungsstarke Einheiten über 100 MVA.
| Klasse Kühlung | Relative Kapazität | Zuverlässigkeitsrang | Belastung durch Wartung | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| ONAN | 1,0× (Basis) | Höchste | Minimal | Ländliche Verteilung, lärmempfindliche Standorte |
| ONAF | 1.25-1.33× | Hoch | Niedrig (Fan-Service) | Städtische Umspannwerke, variable Lasten |
| OFAF | 1.5-1.67× | Mäßig | Mittel (Pumpen + Ventilatoren) | Große Leistungstransformatoren mit begrenztem Platzangebot |
| ODWF | 1.67-2.0× | Unterer | Hoch (Wasseraufbereitung) | Inneninstallationen, extreme Umgebungsbedingungen |
Ein Typenschild mit der Angabe “10/12,5 MVA ONAN/ONAF” bedeutet 10 MVA bei ausgeschalteten Lüftern und 12,5 MVA bei laufenden Lüftern. Diese Flexibilität ermöglicht es den Betreibern, die Kühlintensität an die tatsächlichen Lastbedingungen anzupassen.
Umfassende Transformatorlösungen mit verschiedenen Kühlkonfigurationen finden Sie in unserem Verteilungstransformatorhersteller Überblick.
[Experteneinblick: Auswahl der Kühlklasse]
- Felddaten aus mehr als 80 Umspannwerksprojekten zeigen, dass ONAN/ONAF-Geräte mit zwei Leistungsstufen optimale Flexibilität für Lasten bieten, die zwischen 40 und 100% des Nennwerts schwanken
- Lüfterstaffelung bei 70% und 100% Lastschwellen gleicht den Energieverbrauch gegen die thermische Marge aus
- OFAF-Spezifikationen fügen 15-25% zu den Investitionskosten hinzu - nur zu rechtfertigen, wenn Platzbeschränkungen oder Lastdichte dies erfordern
- Wassergekühlte Einheiten erfordern laufende Wasseraufbereitungsprogramme; budgetieren Sie $3.000-8.000 jährlich für das Chemikalienmanagement
Der Weg des Wärmewiderstands folgt einer vorhersehbaren Abfolge: Wärme fließt vom Wicklungsleiter (Kupfer bei ~75°C Anstieg) → durch die Papierisolierung (Wärmeleitfähigkeit ≈ 0,13 W/m-K) → in das Transformatorenöl (viskositätsabhängige Konvektion) → durch die Tankwand → zu den externen Kühlmedien. Jede Schnittstelle bringt einen thermischen Widerstand mit sich, den die Kühlsysteme überwinden müssen.
| Parameter | IEC 60076-2 Grenzwert | IEEE C57.12.00 Grenzwert |
|---|---|---|
| Temperaturanstieg des Oberöls | 60 K | 65 K |
| Durchschnittliche Steigung der Wicklung | 65 K | 65 K |
| Anstieg des Hotspots (Wicklung) | 78 K | 80 K |
| Maximale Umgebung (für die Bewertung) | 40°C | 30°C durchschnittlich, 40°C maximal |
Die Temperatur der heißesten Stelle übersteigt die durchschnittliche Wicklungstemperatur in der Regel um 13-23 K, je nach Wicklungsgeometrie und Effizienz der Ölzirkulation. Diese Differenz hat einen entscheidenden Einfluss auf die Alterung der Isolation gemäß der Arrhenius-Gleichung.
Jede Erhöhung der Hotspot-Temperatur um 6-8 K über die Nenntemperatur hinaus verdoppelt in etwa die Abbaugeschwindigkeit der Isolierung. Diese exponentielle Beziehung macht die Kontrolle der Hotspot-Temperatur - und nicht die Kontrolle der Durchschnittstemperatur - zur wahren Determinante der Langlebigkeit von Transformatoren.
| Heißpunkt-Temperatur | Relative Alterungsrate | Ungefähre Lebensdauer |
|---|---|---|
| 98°C | 1,0× (Referenz) | ~180.000 Stunden |
| 104°C | 2.0× | ~90.000 Stunden |
| 110°C | 4.0× | ~45.000 Stunden |
| 116°C | 8.0× | ~22.500 Stunden |
Für Beschaffungsspezifikationen sollten Sie sowohl die garantierten Werte für den Temperaturanstieg als auch die tatsächlichen Testergebnisse des Werks anfordern. Geräte, die unter Testbedingungen einen Anstieg der Öltemperatur von 52-55 K erreichen, bieten einen größeren Spielraum für Überlastungsereignisse im Vergleich zu Geräten, die bei genau 60 K getestet wurden.
Das Verständnis der thermischen Koordination zwischen Transformatoren und vorgeschaltetem Schutz ist von entscheidender Bedeutung. Unser Leitfaden für Arbeitsweise von Vakuum-Leistungsschaltern erläutert ergänzende Schutzüberlegungen.
Die meisten Verteilertransformatoren werden nicht ständig mit Nennlast betrieben. Durch die variable Belastung entstehen thermische Zyklen, in denen Perioden mit geringer Last eine Erholung von Belastungsspitzen ermöglichen. Die IEC 60076-7 kodifiziert akzeptable Überlastungspraktiken.
| Ladeart | Dauer | Typischer Grenzwert | Hot-Spot-Beschränkung |
|---|---|---|---|
| Normal zyklisch | Unbestimmt | Typenschild 100% | 98°C kontinuierlich |
| Geplante Überlastung | Öffnungszeiten | 120-150% | 120°C Spitze |
| Notüberlastung | <30 Minuten | 150-180% | 140°C absolut max |
Dabei wird davon ausgegangen, dass der Transformator nicht bereits heiß gelaufen ist, dass die Kühlsysteme ordnungsgemäß funktionieren und dass auf das Überlastungsereignis Erholungsphasen mit reduzierter Last folgen.
Die auf dem Typenschild angegebenen Werte gehen von bestimmten Umgebungsbedingungen aus. Wenn die tatsächliche Umgebung die Annahmen übersteigt:
Hochgelegene Installationen in Gebirgsregionen sind mit zusätzlichen Herausforderungen konfrontiert - dünnere Luft verringert sowohl die Effektivität der Konvektionskühlung als auch die Durchschlagsfestigkeit. Eine Installation in 2.500 m Höhe kann eine Herabsetzung der 6%-Kapazität sowie verbesserte BIL-Werte erfordern.
Jede Kühlungsklasse weist unterschiedliche Zuverlässigkeitsmerkmale auf, die sich direkt auf die Lebenszykluskosten und das Betriebsrisiko auswirken.
ONAN-Ausfallmodi:
ONAF Zusätzliche Versäumnisse:
OFAF/ODWF Zusätzliche Versäumnisse:
Zuverlässigkeitsranking (höchste bis niedrigste): ONAN > ONAF > OFAF > ODWF
Spezifizieren Sie für kritische Anwendungen N+1-Lüfterbänke (eine Bank kann ohne sofortige Leistungsreduzierung ausfallen), redundante Ölpumpen für OFAF/ODAF und unabhängige Steuerspannung für Kühlhilfsaggregate. Diese Redundanzfunktionen lassen sich in umfassendere Schutzsysteme für Unterstationen integrieren - siehe unser Hersteller von Schaltanlagenkomponenten Seite für die Koordinierung auf Systemebene.
[Expert Insight: Beobachtungen zur Feldzuverlässigkeit]
- Gebläsemotoren in Küstengebieten halten in der Regel 6-8 Jahre, während sie im Landesinneren aufgrund der Salzverschmutzung 12-15 Jahre halten.
- Ölpumpendichtungen versagen oft 6-12 Monate vor erkennbaren Öllecks; die Schwingungsüberwachung erkennt frühzeitige Degradation
- Die Neukalibrierung des Temperatursensors alle 3 bis 5 Jahre verhindert Fehler bei der Einstufung der Lüfter, die die Transformatorleistung stillschweigend verringern.
- Kontrollierter Leistungsverlust bei Netzstörungen deaktiviert die Kühlung genau dann, wenn die Transformatoren sie am dringendsten benötigen - legen Sie eine USV-Unterstützung fest
Eine genaue Lastcharakterisierung verhindert sowohl Unter- als auch Überspezifizierung:
| Spezifikation Artikel | Leitfaden |
|---|---|
| Klasse Kühlung | Geben Sie primär und sekundär an (z. B. ONAN/ONAF) |
| Fan-Inszenierung | Anzahl der Stufen, Temperatursollwerte (typischerweise 70%, 100% Last) |
| Redundanz | N+1 Ventilatoren für kritische Lasten, redundante Pumpen bei OFAF |
| Lärmgrenzwerte | Geben Sie dB(A) in einer bestimmten Entfernung an |
| Steuerungsschnittstelle | Lokale Anzeige, Fernalarmierung, SCADA-Punkte |
| Überwachung der Temperatur | Top-Öl-Indikator (Standard), WTI mit Hot-Spot-Simulation (empfohlen) |
Folgen der Unterspezifizierung: Vorzeitige Alterung der Isolierung, Einschränkungen bei der Betriebsbelastung, Garantiestreitigkeiten bezüglich der thermischen Leistung.
Folgen der Überspezifizierung: 15-25% unnötige Investitionsausgaben, laufende Wartungskosten für ungenutzte Kapazitäten.
Leitlinien für die Kostenauswirkungen: ONAN→ONAF erhöht die Transformatorenkosten um 5-10%. ONAF→OFAF erhöht die Kosten um 15-25%. Passen Sie die Kühlklasse an das tatsächliche Lastprofil an, nicht an die Annahmen für den schlimmsten Fall.
Für die koordinierte Beschaffung von Transformatoren mit vorgelagerten Schaltanlagen bietet unser Hersteller von Vakuum-Leistungsschaltern Seite skizziert integrierte Spezifikationsansätze.
Wenn der Anstieg der Belastung die ursprünglichen Annahmen übersteigt, ist eine systematische thermische Bewertung die Grundlage für Modernisierungsentscheidungen.
Visuelle Inspektion:
Operative Verifizierung:
Temperatur-Trending:
Lüfterstufen hinzufügen: Umwandlung von ONAN in ONAF durch Hinzufügen von am Kühler montierten Lüftern. Erfordert eine angemessene Kühlerfläche und ein Upgrade des Steuersystems. Kosten: $8.000-25.000 je nach Größe der Einheit.
Heizkörperbänke hinzufügen: Vergrößerung der Oberfläche für die Wärmeabgabe. Begrenzt durch Tankanschlusspunkte und strukturelle Kapazität des Fundaments.
Operatives Lastmanagement: Verteilen Sie die Lasten auf mehrere Transformatoren, setzen Sie Demand Response ein oder akzeptieren Sie reduzierte Spitzenkapazitäten als kostengünstigste Alternative.
XBRELE stellt Verteiltransformatoren mit Kühlkonfigurationen her, die auf Ihre tatsächlichen Betriebsanforderungen abgestimmt sind - keine überdimensionierten Systeme, die Kapital verschwenden, oder unterdimensionierte Einheiten, die die betriebliche Flexibilität einschränken.
Verfügbare Kühloptionen: ONAN-, ONAF- und ONAN/ONAF-Konfigurationen mit doppelter Einstufung für unser gesamtes Verteilertransformatorenprogramm.
Technische Unterstützung: Unser Anwendungsteam prüft die Daten des Lastprofils, die Standortbedingungen und die Ziele der Lebenszykluskosten, um vor der Angebotsabgabe eine Empfehlung für die geeigneten Spezifikationen der Kühlklasse abzugeben.
Überprüfung im Werk: Alle Geräte werden einem Temperaturanstiegstest gemäß IEC 60076-2 unterzogen, wobei zertifizierte Prüfberichte die tatsächliche thermische Leistung im Vergleich zu den garantierten Werten dokumentieren.
Beratung anfordern um Ihre Anforderungen an die Transformatorenkühlung zu prüfen, oder reichen Sie Ihre Spezifikation für ein wettbewerbsfähiges Angebot ein, das auch technische Empfehlungen enthält.
F: Was ist der Unterschied zwischen ONAN- und ONAF-Transformatorkühlung?
A: ONAN verlässt sich vollständig auf die natürliche Ölzirkulation und die passive Luftkühlung ohne mechanische Komponenten, während ONAF mit am Kühler montierten Lüftern arbeitet, die die Wärmeabfuhrkapazität um 25-33% erhöhen, wenn sie eingeschaltet sind.
F: Wie stark wirkt sich die Umgebungstemperatur auf die Belastbarkeit von Transformatoren aus?
A: Jedes Grad Celsius über der Umgebungstemperatur von 30°C erfordert in der Regel eine Lastreduzierung um 1,5%, um sichere Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten; eine Umgebungstemperatur von 40°C kann den Dauerbetrieb auf etwa 85% der Nennleistung begrenzen.
F: Können Transformatoren in Notfällen über der Nennleistung betrieben werden?
A: Kurzzeitige Überlastungen bis zu 150-180% sind im Allgemeinen für Zeiträume unter 30 Minuten akzeptabel, sofern das Gerät nicht bereits thermisch belastet war und eine Erholungsphase mit reduzierter Last folgt.
F: Welche Kühlklasse bietet die höchste Zuverlässigkeit?
A: ONAN bietet die höchste Zuverlässigkeit, da es keine rotierende Ausrüstung enthält - jede zusätzliche Komponente (Ventilatoren in ONAF, Pumpen in OFAF) führt zu zusätzlichen Ausfallarten, die eine Wartung erfordern.
F: Welche Temperatur bestimmt eigentlich die Lebensdauer der Transformatorisolierung?
A: Die Hot-Spot-Temperatur der Wicklung bestimmt die Alterungsrate und liegt je nach Konstruktion typischerweise 13-23 K höher als die durchschnittliche Wicklungstemperatur; diese lokale Spitze - und nicht die Temperatur des Massenöls - führt zum Abbau der Zellulose.
F: Wie hoch sind die zusätzlichen Kosten für ein Upgrade von ONAN auf ONAF?
A: Erwarten Sie einen Kostenanstieg von 5-10% für die ONAF-Fähigkeit gegenüber der entsprechenden ONAN-Leistung; die Umstellung auf OFAF bedeutet einen zusätzlichen Kostenanstieg von 15-25% aufgrund von Pumpen, verbesserter Steuerung und Redundanzanforderungen.
F: Können bestehende ONAN-Transformatoren mit Zwangskühlung nachgerüstet werden?
A: Ein nachträglicher Einbau von Ventilatoren ist möglich, wenn die vorhandenen Heizkörper eine ausreichende Oberfläche haben, und kostet in der Regel zwischen $8.000 und 25.000, einschließlich Steuerung; die Nachrüstung von Pumpen für die OFAF-Umrüstung ist im Vergleich zum Austausch selten kosteneffizient.
Detaillierte Belastungsberechnungen und Methoden zur Modellierung von Hot-Spot-Temperaturen finden Sie in IEEE C57.91 (Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers), erhältlich bei der IEEE-Normungsvereinigung.
Dieser Leitfaden enthält technische Hinweise für die Spezifikation und Beschaffung von Transformatorenkühlung. Spezifische Anwendungen erfordern eine Bewertung durch qualifizierte Ingenieure unter Berücksichtigung der örtlichen Bedingungen, der geltenden Vorschriften und der Anforderungen an den Anschluss an das Versorgungsnetz.
