A transzformátorok hűtési osztályainak magyarázata: ONAN, ONAF és OFAF minősítések

Egy johori adatközpont-kivitelező tavaly elküldött nekünk egy terhelési ütemtervet, amelyen egyetlen szám szerepelt: 10 MVA, folyamatos üzemmód. olajimmersziós transzformátor a berendezés érkezett egy típustáblával, amelyen az állt: ONAN 8000 kVA / ONAF 10 000 kVA – a transzformátorok hűtési osztályai amelyeket minden árajánlat felsorol, de majdnem senki sem olvas el – és ő a második érték alapján méretezte meg a 11 kV-os kábelt, a kapcsolóberendezést és a védelmi beállításokat. A üzembe helyezés során a ventilátorok működtek, a terhelés nőtt, és a felső olajhőmérséklet-riasztó 96 °C-on aktiválódott egy 33 °C-os délutánon.

Semmi nem sérült. A berendezés pontosan azt tette, amit a teljesítményadat-lapja ígért – olyan feltételek mellett, amelyeket senki sem fogalmazott meg a beszerzési rendelésben. Ez a hézag a hűtési kód és a valós telepítés között az a pont, ahol a legtöbb transzformátor-teljesítményre vonatkozó vita kezdődik.

Mit is jelent valójában a transzformátorok hűtési osztályainak kódja

 

Transzformátorok hűtési osztályai négybetűs rövidítés, amely egyszerre két dolgot ír le: a tekercsekkel érintkező hűtőközeg típusát és a hő elvezetésének módját. Az első betű a belső közeg típusát jelöli (O – ásványi olaj, K – 300 °C-nál magasabb gyulladásponttal rendelkező nem ásványi folyadék, L – 300 °C-nál magasabb gyulladásponttal rendelkező szintetikus észter), a második betű a cirkuláció módját (N – természetes, F – kényszerített, D – irányított), az utolsó két betű ugyanezt a logikát alkalmazza a külső közegre – levegőre, vízre vagy kényszerített levegőre.

Az ONAN tehát olaj-természetes, levegő-természetes jelentést hordoz: az olaj termikus szifon hatására cirkulál, a tartály és a hűtőbordák pedig mozdulatlan levegőbe adják le a hőt, a rendszerben sem ventilátorok, sem szivattyúk nem találhatók. Az ONaf akkor válik ONAF-félevé, ha ventilátorok fújják a levegőt a hűtőbordák során. Az OFAF olajszivattyúkat is tartalmaz. Az ODAF az olajáramlást a tekercsek csatornáiba irányítja – ezt a módszert használják a nagy teljesítményű generátorfelépítő transzformátorok a tekercselési hőmérsékletgradiensek szabályozására.

Hűtési osztály	Működési állapot	Tipikus teljesítménynövekedés	Felhasználási helye
ONAN	Semmi – kizárólag termikus szifon	Alapérték	Elosztó egységek, vidéki alállomások, pad-montált egységek
ONAF (1. fokozat)	Egy ventilátorbank	+25%-tól +33%-ig az ONAN felett	Városi alállomások, csúcsfogyasztású ipari üzemek
ONAF (2. fokozat)	Második ventilátorbank	további +15%-tól +20%-ig	Adatközpontok, acél- és cementgyárak
OFAF	Ventilátorok plusz olajszivattyúk	+40%-tól +60%-ig az ONAN-hez képest	Teljesítménytranszformátorok 40 MVA-tól felfelé
ODAF	Irányított olajáramlás plusz ventilátorok	Legmagasabb egy adott keret esetében	Generátor-feljárat, HVDC-átalakító egységek

Ezek a százalékok a tervező irodánk által használt tartományok egy adott teljesítményleírás elkészítésekor. Nem származnak semmilyen szabványból – minden gyártó hűtőfelülete, olajtérfogata és ventilátorválasztása más és más, és az egyetlen szám, amely számít, az Ön garanciálisan megadott műszaki adatlapján szereplő érték.

A második névleges teljesítmény nem ingyenes kapacitás

 

Itt van az a rész, amit a legtöbb vevő figyelmen kívül hagy. Egy ONAF transzformátor nem egyszerűen nagyobb kapacitással rendelkezik, mint ugyanaz az egység ONAN üzemmódban üzemelve. Hanem olyan kapacitással rendelkezik, amely csak akkor létezik, ha egy meghatározott feltételhalmaz teljesül, és ezek közül minden egyes feltétel függetlenül meghibásodhat a transzformátor működésétől.

A ventilátorbanknak segédenergiára van szüksége. Több észak-amerikai projektben láttuk, hogy a villamosenergia-szolgáltató elutasította az ONAF névleges teljesítményt egy összekötési tanulmányban, mert a kisfeszültségű ellátás nem volt biztonsági átkapcsolási rendszerrel támogatva – ha a ventilátorok leállnak, az egység csendesen visszacsökken 8 MVA-ra, miközben a védelem továbbra is 10 MVA-ra van beállítva. A transzformátor nem változott. A névleges teljesítmény változott.

A ventilátoroknak szintén jelen kell lenniük. Egy 10 MVA-os hűtőegység általában két–négy tengelyirányú ventilátort tartalmaz, mindegyik kb. 0,55 kW teljesítménnyel, motorcsapágyakkal, kapcsolókészülékekkel, termosztátokkal és vezérlőkörrel, amely a felső olajhőmérséklet alapján kapcsolja a hűtési fokozatokat. Mindegyik ilyen elem karbantartási feladatot jelent, korlátozott élettartammal; egy megakadt ventilátormotor pedig egy hűtési fokozat elvesztését eredményezi nyári csúcsfogyasztás idején. Amikor egy egységet idézünk, a ventilátor-fokozat-vezérlési filozófiát ugyanabban a dokumentumban adjuk meg, mint az impedanciát, mert a névleges teljesítmény egy vezérlőrendszer-működés, nem csupán egy tekerceltervezés.

Akkor ott van a környezeti feltételezés. A hőmérséklet-emelkedési határok egy olyan környezeti hőmérsékletre vonatkoznak, amelyet napi és éves szinten határoznak meg, nem pedig egyetlen délutánra. Egy egység, amelynek átlagos tekercshőmérséklet-emelkedése 65 K, egy meghatározott maximális környezeti hőmérsékletre vonatkozó garancia, és Johorban a 33 °C-os nap nem okozott problémát – a probléma az volt, hogy senki sem kérdezte meg, mi történik 40 °C-on, ha a ventilátorok csak az első fokozatban működnek. Ez a leggyakoribb hiba, amelyet a transzformátorok hűtési osztályai specifikációkban látunk: a négy betűt átmásolják egy adatlapon, anélkül, hogy figyelembe vennék a környezeti feltételezést, amely nélkül ezek a számok nem érvényesek.

Hőmérséklet-emelkedés: a kód mögött rejtőző szám

 

A betűk azt mutatják meg, hogyan távozik a hő az egységből. A a hőmérséklet emelkedése szám azt jelzi, mennyi hőt bír el a szigetelés. Folyadékkal hűtött egységeknél a két lényeges határ az átlagos tekercshőmérséklet-emelkedés és a legmelegebb pont hőmérséklet-emelkedése, és ezeket az IEEE C57.12.00 szabvány határozza meg, amelyről összefoglaló információkat olvashat az IEEE Standards Association C57.12.00-2021 oldalán 65 K átlagos tekercsfelmelegedési tervezés esetén – amely továbbra is a leggyakoribb specifikáció Ázsiában és a Közel-Keleten – a megfelelő legmelegebb pont engedélyezett hőmérséklet-emelkedése 80 K, ami körülbelül 110 °C-ot jelent a referencia környezeti hőmérsékleten.

Ez az 110 °C-os érték határozza meg a szigetelés élettartamát. A 110 °C-on öregedő papír húzószilárdsága olyan sebességgel csökken, hogy minden további 6–8 K-os hőmérséklet-emelkedés a maradék élettartam felét elviszi – ezért egy olyan berendezés, amely 8 K-kal melegebb üzemel, mint amire tervezték, nem egyszerűen 8%-kal gyorsabban öregszik. Többszörös sebességgel öregszik, és a rutin vizsgálati jelentésben semmi sem figyelmeztet rá, amíg évekkel később meg nem kezdődik a furán számok növekedése.

 

 

Ez az oka annak is, hogy a hőfutás fontosabb, mint a tanúsítvány. Az IEEE C57.12.90 szabvány szerinti hőmérséklet-emelkedési vizsgálat a tényleges felső olaj- és tekercshőmérséklet-gradienseket méri névleges terhelés mellett; ez az egyetlen bizonyíték arra, hogy a rajzon szereplő hűtőfelület, az olajmennyiség és a ventilátor kiválasztása valóban összeadódik a névleges értékre. Egy ONAF transzformátor a hőpróba kétszeres jelentőséggel bír, mert minden ventillépcső külön üzemállapotot jelent, amelyet ellenőrizni kell, nem pedig következtetni rá.

Ventilátorok, szivattyúk és a karbantartási költség

 

A hűtési lépcsők megadása olcsó, de fenntartásuk drága. Minden mozgó alkatrész, amelyet egy transzformátorba építenek be, ütemezett ellenőrzést, tartalék alkatrészt valakinek a raktárában és egy hibamódosulást eredményez, amely nem tiszta lekapcsolásként, hanem tervezetlen teljesítménycsökkenésként jelenik meg.

Tapasztalataink szerint a ONAF transzformátor flották esetében a hibák rangsorolt listája rövid és előrejelezhető: először a ventilátor motorcsapágyak szárazodnak ki, majd a kapcsolótekercsek, végül a második bankot fokozatosan kapcsoló termosztát. Az OFAF egységeken alkalmazott szivattyúk tengelytömítéseket és differenciális nyomáskapcsolót adnak hozzá, amely akkor okoz zavaró lekapcsolódást, ha az olajszint csökken. Semmi ezek közül nem exotikus, és mindegyik elkerülhető a megrendelési szakaszban.

Egy pontot fel kell venni a specifikációba: mi történik az egységgel, ha meghibásodik egy hűtési fokozat. Ha a második fokozat meghibásodik, és a terhelés nem csökken, a tekercs elnyeli a különbséget. A tekercshőmérséklet-kapcsoló működése biztonságos kimenetel; azonban egy tekercs, amely csendesen 120 °C-on üzemel egy egész szezonon át, nem az.

Környezeti hőmérséklet, tengerszint feletti magasság és burkolat: ahol a névleges értékek csendben csökkennek

 

Két mérséklési tényező okoz több projektben problémát, mint bármely más: a telephely környezeti hőmérséklete és a tengerszint feletti magasság. Tervezési lapjaink kb. 1,0–1,2 % névleges teljesítménycsökkenést alkalmaznak fokonként a névleges környezeti hőmérséklet fölött, ami azt jelenti, hogy egy 50 °C-os sivatagi helyszínen egy 40 °C-ra méretezett egység névleges teljesítménye jelentősen csökken, még mielőtt bármilyen terhelést csatlakoztatnának. 1000 m felett a levegő sűrűségének csökkenése ugyanígy befolyásolja a levegővel hűtött hőelvezetést, és a korrekciót a névleges érték táblázatának számításában kell feltüntetni, nem lábjegyzetben.

A burkolat a harmadik tényező. Egy pad-montált egység, amely az IEEE C57.12.28 szabvány szerinti behatásálló burkolatban helyezkedik el, nem ugyanazt a levegőt szívja, mint egy nyitott alállomás-transzformátor; továbbá egy olyan egység, amelyet falhoz rögzítve vagy korlátozott légáramlású kerített területen belül telepítenek, melegedése nagyobb lesz, mint amit a tesztállomáson mért érték jelez. Ha a Golfozón sötét burkolatra ráesik a napfény, a különbség már nem csupán elméleti kérdés.

A zaj ugyanezt a logikát követi fordított irányban. A hűtőventilátorok kb. 5–8 dB(A)-t adnak hozzá, így egy 58 dB(A) értékre megadott ONAN üzemmódú egység éjszaka, a második fokozat bekapcsolásakor 64 dB(A)-t produkál. Ha a telephelyen zajkorlátozási megállapodás van érvényben, akkor a szomszédok a ONAF értéket fogják hallani.

Mit írjunk a műszaki adatlapon

 

Amikor mérnökeink egy olajban ültetett transzformátor gyár Kínában rövidített listára szűkített specifikációt vizsgálnak, azok a dokumentumok záródnak le leggyorsabban, amelyek írásban válaszolnak ezekre a pontokra:

• Hűtési osztály és fokozatszám , sorozatként megadva (pl. ONAN / ONAF1 / ONAF2), nem egyetlen címkeként.

• Minden fokozat teljesítménye , valamint a hozzá tartozó környezeti hőmérséklet minden egyes értékhez.

• Magassági és környezeti korrekció , alkalmazva és megjelenítve, nem bízva a gyárra a felfedezésre.

• Hűtőventilátor-vezérlési filozófia : indítási hőmérsékletek, szakaszok közötti késleltetések és viselkedés szakaszhiba esetén.

• Segédellátás : feszültség, fázis és az, hogy a töltőállomás egyenáramú (DC) forrása vagy átkapcsolási rendszer biztosítja-e a háttér-tápfeszültséget.

• Zajszint minden egyes szakaszban , dB(A) egységben, a megadott mérési távolságon.

• Vesztésadatok a referencia hőmérsékleten, amely az amerikai elosztási egységek esetében egyidejűleg meg kell, hogy feleljen meg a 10 CFR Part 431 Subpart K szabályzat hatékonysági táblázatainak , az amerikai Energiatárcának a transzformátorokra vonatkozó szabályozása, amely meghatározza a megfelelő egységek minimális hatásfokát.

Egy olyan specifikáció, amely mind a hét illeszkedési kérdést két oldalon válaszolja meg, és megelőzi a beüzemeléssel kapcsolatos vitát arról, hogy melyik gyártó nevét tartalmazó adattábla volt helyes.

Hogyan értékeljük és teszteljük, és mit ajánlunk

 

A vásárlók, akik ellenőriznek egy olajban ültetett transzformátor gyár Kínában általában a tekercselés vezetőanyagának minőségével kezdik, és a hűtésnél végződnek, ami a rossz sorrend. A hűtési szakasz az, ahol a névleges teljesítmény igénylése valójában elhelyezkedik. Jiangsu-i gyárunk minden egyedi névleges teljesítményű folyadékkal hűtött transzformátoron elvégzi a hőpróbát, és a transzformátorhoz mellékelt névleges teljesítmény-lap a garantált értékek mellett a mért felső olaj- és tekercselés-hőmérséklet-különbségeket is tartalmazza. Ez fontos, ha egy tanácsadónak védelmeznie kell egy túlterhelési tanulmányt vagy egy csatlakozási kérelmet: a számok mögött egy teszt áll.

Mindkét típust gyártjuk olajimmersziós transzformátor tartományok és száraz típusú egységek 120 000 m²-es telephelyen, 37 szabadalommal a portfólióban; 2023 óta Eaton közös vállalati partnereként működünk – ez az együttműködés elsősorban a dokumentációs gyakorlatban jelenik meg, nem pedig a marketingnyelvben. A UL-, CSA- és IEC-fájlok, rajzok és hőmérsékleti adatok egy csomagban érkeznek.

Egy gyakorlati megjegyzés: kérje a hűtési fázisok sorrendjét a vizsgálati jelentésből, ne csak a típistolcából – a technikus, aki üzembe helyezi az egységet, a jelentést olvassa, nem a típistolcát.

A johori egység végül rendben volt. Újraütemeztük a ventilátorokat úgy, hogy a második ventilátorbank 6 K-kal korábban kapcsolódjon be, és a tulajdonos 1,2 MVA nem kritikus terhelést áthelyezett egy második transzformátorra – ez olcsóbb megoldás volt, mint a cseréje, és csak azért volt lehetséges, mert a teljesítménytáblázat elárulta, hogy az egység valójában mire képes.

Transzformátorok hűtési osztályai a legolcsóbb kapacitási döntés az egész csomagban, és a legkönnyebb elrontani, mert a második értékelés mindig úgy tűnik, mintha ingyenes tartalék lenne – amíg a környezeti hőmérséklet, az auxiliáris tápellátás és a ventilátorcsapágy meg nem cáfolja ezt a véleményt. Ha jelenleg folyadékkal hűtött egységet ad meg, küldje el nekünk a terhelésprofilját, a telephely környezeti hőmérsékletét és a tengerszint feletti magasságát ryan-transformers.com — mérnökeink lépésről lépésre értékelést és mögötte álló tesztadatokat küldenek vissza.

A szerzőről: A Ryan Electric mérnöki csapatának írása – egy UL/CSA-s tanúsítvánnyal rendelkező transzformátor-gyártó cég Jiansu tartományban, Kínában, amely 2023 óta az Eaton közös vállalati partnere, és olajjal hűtött, száraz típusú és pad-mounthoz készült transzformátorokat szállít adatközpontoknak, közműprojekteknek és ipari berendezéseknek Észak-Amerikában, Délkelet-Ázsiában és a Közel-Keleten.