Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Повышение температуры в силовых трансформаторах определяет предельные эксплуатационные нагрузки, ожидаемый срок службы и долгосрочную надежность активов. Четырехбуквенные коды охлаждения -ONAN, ONAF, OFAF, ODWF - указывают, как тепло переходит от обмоток к окружающему воздуху, предоставляя инженерам по закупкам критерии выбора для согласования тепловой мощности с реальными условиями на объекте.
В основе физики лежат два механизма потерь: потери холостого хода в магнитопроводе и потери нагрузки в обмотках. Эти потери преобразуются в тепло, которое должно передаваться по тепловому пути - от медных проводников через изоляционную бумагу, в трансформаторное масло и, наконец, в окружающий воздух или воду. Температурный градиент на этом пути определяет температуру горячей точки - единственный наиболее критичный параметр старения целлюлозной изоляции.
Выбор кода охлаждения напрямую влияет на достижимые номинальные значения МВА при одинаковых тепловых ограничениях. Трансформатор с кодом ONAN может достичь только 60-75% от своего номинала ONAF из-за снижения теплоотвода без принудительной подачи воздуха. Понимание этой взаимосвязи позволяет избежать двух дорогостоящих ошибок при закупках: занижения спецификации устройств, которые работают в горячем режиме и преждевременно стареют, или завышения спецификации устройств с мощностью охлаждения, которую вы никогда не используете.
Каждый масляный трансформатор имеет на заводской табличке четырехбуквенное обозначение системы охлаждения. Эти буквы соответствуют номенклатуре IEC 60076-2 и кодируют полный путь передачи тепла в компактном формате, который определяет максимальную длительную нагрузочную способность, требования к вспомогательному оборудованию и характеристики долгосрочной надежности.
| Позиция | Описывает | Варианты писем | Значение |
|---|---|---|---|
| 1-й | Тип внутренней охлаждающей жидкости | O | Минеральное масло (температура вспышки ≤300°C) |
| K | Эфирная жидкость (натуральная или синтетическая) | ||
| 2-й | Внутренняя циркуляция охлаждающей жидкости | N | Естественный (термосифонный) |
| F | Принудительный (с насосным приводом) | ||
| D | Направляется через специальные каналы для намотки | ||
| 3-й | Тип внешней охлаждающей жидкости | A | Воздух |
| W | Вода | ||
| 4-й | Внешняя циркуляция охлаждающей жидкости | N | Естественная конвекция |
| F | Принудительный (вентиляторы или насосы) |
Онан (Масло натуральное, воздух натуральный): Минеральное масло циркулирует за счет термосифонного эффекта - горячее масло поднимается, охлажденное опускается. Тепло передается в окружающую среду через стенки бака и радиаторы посредством естественной конвекции. Нет насосов, нет вентиляторов.
ONAF (Естественная циркуляция масла, принудительная циркуляция воздуха): Та же естественная циркуляция масла, но вентиляторы нагнетают воздух на поверхности радиатора. Принудительный поток воздуха увеличивает мощность отвода тепла на 25-33% по сравнению с работой в режиме ONAN.
OFAF (масляные, воздушные): Насосы прогоняют масло через трансформатор, а вентиляторы перемещают воздух через охладители. Обе механические системы обеспечивают максимальную теплопередачу при минимальной занимаемой площади.
ODWF (масляные, водяные): Насосы нагнетают масло через специальные каналы обмотки. Внешние теплообменники используют перекачиваемую воду вместо воздуха - незаменимо для установки внутри помещений или в загрязненной атмосфере.
Естественная конвекция в трансформаторах ONAN основана на разнице плотности масла, создаваемой температурными градиентами. Горячее масло вблизи обмоток (обычно 85-95°C) поднимается по охлаждающим каналам, а более холодное масло (60-70°C) опускается с поверхностей радиаторов. Этот термосифонный эффект создает скорость потока примерно 0,1-0,3 м/с в каналах обмоток без механической помощи.
Методы принудительного охлаждения значительно повышают коэффициенты теплопередачи. Воздушно-дутьевое охлаждение в конструкциях ONAF увеличивает конвективную теплопередачу с поверхностей радиаторов на 2-3× по сравнению с естественной циркуляцией. Системы с водяным принудительным охлаждением достигают коэффициентов теплопередачи более 1 000 Вт/м²-К на поверхностях теплообменников, что делает их пригодными для мощных агрегатов свыше 100 МВА.
| Класс охлаждения | Относительная вместимость | Рейтинг надежности | Бремя обслуживания | Типичные области применения |
|---|---|---|---|---|
| Онан | 1,0× (база) | Самый высокий | Минимальный | Распространение в сельской местности, места, чувствительные к шуму |
| ONAF | 1.25-1.33× | Высокий | Низкий (обслуживание вентиляторов) | Городские подстанции, переменные нагрузки |
| OFAF | 1.5-1.67× | Умеренный | Средний (насосы + вентиляторы) | Большие силовые трансформаторы, ограниченные в пространстве |
| ODWF | 1.67-2.0× | Нижний | Высокий (очистка воды) | Установка внутри помещений, экстремальные условия окружающей среды |
Двойной номинал заслуживает внимания: табличка с надписью “10/12,5 МВА ONAN/ONAF” означает 10 МВА в непрерывном режиме при выключенных вентиляторах и 12,5 МВА при работающих вентиляторах. Такая гибкость позволяет операторам подбирать интенсивность охлаждения в соответствии с реальными условиями нагрузки.
Комплексные решения для трансформаторов с различными конфигурациями охлаждения см. в нашем каталоге производитель распределительных трансформаторов обзор.
[Экспертный взгляд: выбор класса охлаждения]
- Эксплуатационные данные более 80 проектов подстанций показывают, что агрегаты ONAN/ONAF с двумя номиналами обеспечивают оптимальную гибкость при нагрузках, варьирующихся в пределах 40-100% от паспортной.
- Постановка вентилятора при пороговых значениях нагрузки 70% и 100% позволяет сбалансировать энергопотребление и тепловой запас
- Спецификации OFAF добавляют 15-25% к капитальным затратам - оправдано только в том случае, если этого требует ограниченное пространство или плотность нагрузки
- Агрегаты с водяным охлаждением требуют постоянных программ водоподготовки; ежегодно выделяйте $3,000-8,000 на управление химическим составом
Путь теплового сопротивления следует предсказуемой последовательности: тепло течет от проводника обмотки (медь при повышении температуры ~75°C) → через бумажную изоляцию (теплопроводность ≈ 0,13 Вт/м-К) → в трансформаторное масло (конвекция, зависящая от вязкости) → через стенку бака → к внешним охлаждающим средам. Каждый интерфейс создает термическое сопротивление, которое должны преодолеть системы охлаждения.
| Параметр | IEC 60076-2 Предел | IEEE C57.12.00 Предел |
|---|---|---|
| Повышение температуры верхнего слоя масла | 60 K | 65 K |
| Средний подъем обмотки | 65 K | 65 K |
| Повышение температуры (обмотка) | 78 K | 80 K |
| Максимальная температура окружающей среды (для номинала) | 40°C | 30°C в среднем, 40°C в максимуме |
Температура самого горячего участка обычно превышает среднюю температуру обмотки на 13-23 К, в зависимости от геометрии обмотки и эффективности циркуляции масла. Этот перепад оказывает существенное влияние на старение изоляции в соответствии с уравнением Аррениуса.
Каждое повышение температуры на 6-8 К выше номинальной температуры горячей точки увеличивает скорость разрушения изоляции примерно в два раза. Эта экспоненциальная зависимость делает контроль горячей точки, а не контроль средней температуры истинным фактором, определяющим долговечность трансформатора.
| Температура горячей точки | Относительная скорость старения | Приблизительный срок службы |
|---|---|---|
| 98°C | 1,0× (ссылка) | ~180,000 часов |
| 104°C | 2.0× | ~90,000 часов |
| 110°C | 4.0× | ~45,000 часов |
| 116°C | 8.0× | ~22,500 часов |
Для получения технических характеристик запрашивайте как гарантированные значения повышения температуры, так и фактические результаты заводских испытаний. Агрегаты, достигающие в условиях испытаний подъема температуры верхнего слоя масла на 52-55 К, обеспечивают больший запас прочности при перегрузках по сравнению с агрегатами, испытанными на пределе 60 К.
Понимание тепловой координации между трансформаторами и вышестоящими защитами очень важно. Наше руководство Принципы работы вакуумного выключателя объясняет дополнительные соображения по защите.
Большинство распределительных трансформаторов не работают постоянно с номинальной нагрузкой. Переменная нагрузка создает тепловые циклы, в которых периоды малой нагрузки позволяют восстановиться после пиковых нагрузок. Стандарт IEC 60076-7 определяет приемлемые методы работы при перегрузке.
| Тип загрузки | Продолжительность | Типичный предел | Ограничение горячей точки |
|---|---|---|---|
| Обычный циклический | Неопределенный | Заводская табличка 100% | 98°C непрерывно |
| Запланированная перегрузка | Часы | 120-150% | 120°C пик |
| Аварийная перегрузка | <30 минут | 150-180% | 140°C абсолютный максимум |
Эти возможности предполагают, что трансформатор еще не был перегрет, системы охлаждения работают правильно, а после перегрузки наступает период восстановления при сниженной нагрузке.
Номинальные значения заводской таблички предполагают определенные условия окружающей среды. Если фактические условия окружающей среды превышают предполагаемые:
Высотные установки в горных районах сталкиваются с дополнительными проблемами - разреженный воздух снижает как эффективность конвективного охлаждения, так и прочность диэлектрика. Для установки на высоте 2500 м может потребоваться снижение мощности 6% плюс повышенные номиналы BIL.
Каждый класс охлаждения имеет свои характеристики надежности, которые напрямую влияют на стоимость жизненного цикла и эксплуатационные риски.
Режимы отказа ONAN:
Дополнительные сбои ONAF:
OFAF/ODWF Дополнительные неудачи:
Рейтинг надежности (от высшего к низшему): ONAN > ONAF > OFAF > ODWF
Для критически важных применений указывайте N+1 блоков вентиляторов (один блок может выйти из строя без немедленного снижения мощности), резервные масляные насосы для OFAF/ODAF и независимое питание управления вспомогательными устройствами охлаждения. Эти функции резервирования интегрируются с более широкими схемами защиты подстанций - см. производитель компонентов распределительных устройств страница для координации на уровне системы.
[Экспертный взгляд: наблюдения за надежностью в полевых условиях]
- Двигатели вентиляторов в прибрежных районах обычно служат 6-8 лет по сравнению с 12-15 годами на суше из-за загрязнения солью.
- Отказы уплотнений масляного насоса часто предшествуют обнаружению утечек масла на 6-12 месяцев; мониторинг вибрации позволяет выявить раннюю деградацию
- Повторная калибровка датчика температуры каждые 3-5 лет предотвращает ошибки в работе вентилятора, которые снижают мощность трансформатора
- Контроль потери мощности при возмущениях в сети отключает охлаждение именно тогда, когда трансформаторы нуждаются в нем больше всего - предусмотрите резервный ИБП
Точная характеристика нагрузки предотвращает как занижение, так и завышение спецификации:
| Артикул | Руководство |
|---|---|
| Класс охлаждения | Укажите первичное и вторичное оборудование (например, ONAN/ONAF) |
| Постановка вентилятора | Количество ступеней, температурные уставки (обычно 70%, нагрузка 100%) |
| Резервирование | N+1 вентиляторов для критических нагрузок, резервные насосы, если OFAF |
| Ограничения по уровню шума | Укажите дБ(A) на определенном расстоянии |
| Интерфейс управления | Местная индикация, дистанционная сигнализация, точки SCADA |
| Контроль температуры | Индикатор верхнего уровня нефти (стандартный), WTI с имитацией горячей точки (рекомендуемый) |
Последствия занижения спецификации: Преждевременное старение изоляции, ограничения по эксплуатационной нагрузке, гарантийные споры по тепловым характеристикам.
Последствия чрезмерной спецификации: 15-25% ненужные капитальные затраты, постоянное бремя обслуживания неиспользуемых мощностей.
Руководство по влиянию на стоимость: ONAN→ONAF добавляет 5-10% к стоимости трансформатора. ONAF→OFAF добавляет 15-25%. Подбирайте класс охлаждения в соответствии с реальным профилем нагрузки, а не с наихудшими предположениями.
Для согласованной закупки трансформаторов с коммутационным оборудованием, расположенным выше по потоку, мы производитель вакуумных выключателей На странице описаны интегрированные подходы к спецификации.
Когда рост нагрузки превышает первоначальные проектные предположения, систематическая тепловая оценка определяет решения по модернизации.
Визуальный осмотр:
Оперативная проверка:
Температурные тренды:
Добавьте ступени вентилятора: Преобразование ONAN в ONAF путем добавления вентиляторов на радиаторе. Требуется достаточная площадь поверхности радиатора и модернизация системы управления. Стоимость: $8 000-25 000 в зависимости от размера агрегата.
Добавьте банки радиаторов: Увеличение площади поверхности для отвода тепла. Ограничена точками подключения резервуара и конструктивными возможностями фундамента.
Оперативное управление нагрузкой: Распределите нагрузку между несколькими трансформаторами, реализуйте ответные меры на спрос или согласитесь на снижение пиковой мощности в качестве альтернативы с наименьшими затратами.
Компания XBRELE производит распределительные трансформаторы с конфигурацией охлаждения, соответствующей вашим реальным эксплуатационным требованиям, - не габаритные системы, на которые тратится капитал, и не заниженные блоки, которые ограничивают эксплуатационную гибкость.
Доступные варианты охлаждения: Конфигурации ONAN, ONAF и двойные конфигурации ONAN/ONAF во всем диапазоне распределительных трансформаторов.
Инженерная поддержка: Наша команда по работе с приложениями изучает данные о нагрузке, условия на объекте и стоимость жизненного цикла, чтобы рекомендовать подходящие спецификации класса охлаждения перед предложением.
Заводская проверка: Все устройства проходят испытания на повышение температуры в соответствии с требованиями IEC 60076-2, а сертифицированные протоколы испытаний документируют фактические тепловые характеристики в сравнении с гарантированными значениями.
Запросить консультацию чтобы рассмотреть ваши требования к охлаждению трансформатора, или отправьте свою спецификацию для получения конкурентного предложения с включением инженерных рекомендаций.
В: В чем разница между охлаждением трансформаторов ONAN и ONAF?
О: ONAN полностью полагается на естественную циркуляцию масла и пассивное воздушное охлаждение без механических компонентов, в то время как ONAF добавляет вентиляторы, установленные на радиаторе, которые увеличивают мощность отвода тепла на 25-33% при включении.
Вопрос: Насколько температура окружающей среды влияет на нагрузочную способность трансформатора?
О: Каждый градус Цельсия выше расчетной температуры окружающей среды 30°C обычно требует снижения нагрузки на 1,5% для поддержания безопасной рабочей температуры; окружающая среда 40°C может ограничить непрерывную работу примерно до 85% от номинальной мощности.
В: Могут ли трансформаторы работать выше номинала в аварийных ситуациях?
О: Кратковременные перегрузки до 150-180% обычно допустимы для периодов времени менее 30 минут, при условии, что устройство не подвергалось термической нагрузке, и после этого следует период восстановления при сниженной нагрузке.
Вопрос: Какой класс охлаждения обеспечивает наибольшую надежность?
О: ONAN обеспечивает наивысшую надежность, поскольку не содержит вращающегося оборудования - каждый дополнительный компонент (вентиляторы в ONAF, насосы в OFAF) создает дополнительные режимы отказов, требующие обслуживания.
В: От какой температуры зависит срок службы изоляции трансформатора?
О: Температура горячей точки обмотки регулирует скорость старения, обычно она на 13-23 К выше средней температуры обмотки в зависимости от конструкции; этот локализованный пик, а не температура масла, приводит к деградации целлюлозы.
В: Сколько дополнительных расходов влечет за собой переход с ONAN на ONAF?
О: Ожидается увеличение затрат на 5-10% для возможностей ONAF по сравнению с эквивалентным рейтингом ONAN; переход к OFAF добавляет 15-25% из-за насосов, улучшенных систем управления и требований к резервированию.
Вопрос: Можно ли модернизировать существующие трансформаторы ONAN с помощью принудительного охлаждения?
О: Модернизация с добавлением вентилятора возможна, если существующие радиаторы имеют достаточную площадь поверхности, и обычно стоит $8,000-25,000, включая управление; модернизация насоса для преобразования OFAF редко бывает экономически эффективной по сравнению с заменой.
Подробные расчеты нагрузки и методики моделирования температуры в горячей точке см. в документе IEEE C57.91 (Руководство по нагрузке трансформаторов с минеральным маслом), доступном на сайте Ассоциация стандартов IEEE.
В данном руководстве представлены инженерные рекомендации по спецификации и закупке систем охлаждения трансформаторов. Конкретные области применения требуют оценки квалифицированными инженерами с учетом местных условий, действующих норм и требований по подключению к электросетям.
