Wie wählt man die Kühlmethode für ölgekühlte und trockenluftgekühlte Transformatoren aus?

Ölgekühlte Transformatoren mit Zwangsluftkühlung bieten zwei wählbare Kühlmethoden: Ölgekühlte Zwangsluftkühlung (ONAF) und ölgekühlte Selbstkühlung (ONAN). Im Allgemeinen wird die ONAF-Kühlung gewählt, wenn der Transformator mit 100 % der Nennkapazität arbeitet, während die ONAN-Kühlung gewählt werden kann, wenn er mit 67 % (oder anderen vom Hersteller angegebenen Prozentsätzen) der Nennkapazität betrieben wird. Diese Auswahl basiert auf dem Prinzip, den durchschnittlichen Temperaturanstieg in der Wicklung und den oberen Öltemperaturanstieg innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten. Ohne forcierte Luftkühlung ist die Wärmeableitungseffizienz geringer, was zu einer entsprechenden Verringerung der Ausgangsleistung führt. Andererseits verbessert die forcierte Luftkühlung die Wärmeabfuhr und ermöglicht so eine Erhöhung der zulässigen Leistungskapazität.

Bei der Auswahl der Kühlmethode, die auf dem Prinzip basiert, den Temperaturanstieg nahe der zulässigen Grenze zu halten, hängt der Lastverlust von der Durchschnittstemperatur der entsprechenden Wicklung ab. Die Wahl einer ONAN-Kühlung bei geringeren Kapazitäten kann zu Einsparungen führen, indem die Lüfterverluste reduziert werden. Selbst bei einem Betrieb mit 67 % der Nennkapazität oder weniger wird die Methode der Zwangsluftkühlung aufgrund ihrer höheren Wärmeableitungseffizienz immer noch bevorzugt, was zu einem geringeren Anstieg der durchschnittlichen Wicklungstemperatur unter den angegebenen Grenzwert führt. Folglich wird der tatsächliche Lastverlust reduziert, obwohl die Lüfterverluste nicht reduziert werden. Daher minimiert die Wahl einer forcierten Luftkühlung die tatsächlichen Betriebsverluste.

Beim Betrieb nahe der Nennleistung muss jedoch die ONAF-Kühlung gewählt werden. Wenn während des ONAF-Betriebs eine Fehlfunktion des Lüfters auftritt, die einen Austausch oder eine Wartung erfordert, sollte die Ausgangsleistung reduziert werden; andernfalls verringert sich die Lebensdauer des Transformators.

Bei Trockentransformatoren mit verschiedenen Temperaturbeständigkeitsstufen kann durch die Hinzufügung einer forcierten Luftkühlung die Ausgangskapazität des Transformators erhöht werden. Aus Sicht der Installationsgröße können kleinere Räume eine um 40 bis 50 % erhöhte Transformatorkapazität unterbringen.

Obwohl die Zwangsluftkühlung immer noch die zulässigen Temperaturanstiegsgrenzen einhält, ist sie aus energiesparender Sicht unwirtschaftlich. Betrachten Sie das folgende Beispiel: Ein Trockentransformator mit 10 kV und 800 kVA ohne Zwangsluftkühlung kann bei aktiviertem Lüfter die 1.4-fache Kapazität, also 1120 kVA, abgeben. Bei dieser Leistung betragen die Betriebsverluste 1500+1.4²×8950=19042W. Im Vergleich dazu führt die Wahl eines Trockentransformators mit 10 kV und 1250 kVA ohne Zwangsluftkühlung zu Verlusten von 2300+0.896²×11300=11372 W bei gleicher Ausgangsleistung von 1120 kVA. Die Gesamtverluste für die beiden Transformatoren unterschiedlicher Kapazität unterscheiden sich bei unterschiedlichen Kühlmethoden um 19042-11372 = 7670 W. Darüber hinaus führt die Zwangsluftkühlung zu einem Stromverbrauch des Lüfters und einem 1.4-fachen Anstieg der Impedanzspannung für den 800-kVA-Trockentransformator, was für die Spannungsregelung ungünstig ist. Daher ist die Zwangsluftkühlung als reguläre Betriebsmethode für Trockentransformatoren unwirtschaftlich und je größer die Leistung, desto größer der Unterschied in den Gesamtverlusten.

Ein weiteres Beispiel ist ein Trockentransformator mit 10 kV und 10000 kVA ohne Zwangsluftkühlung, der bei Verwendung von Zwangsluftkühlung 15000 kVA abgeben kann. Wenn man die Gesamtverluste während der Zwangsluftkühlung mit zwei 8000-kVA-Transformatoren vergleicht, die keine Zwangsluftkühlung verwenden, um die gleiche Ausgangskapazität von 15000 kVA zu erreichen, führt die Zwangsluftkühlung zu Gesamtverlusten von 13850+1.5²×43500=111725 W. Im Gegensatz dazu betragen die Gesamtverluste für zwei 8000-kVA-Transformatoren ohne Zwangsluftkühlung 2×13000+2×38900×0.9375²=94379 W, was zu einer Differenz von 17346 W bei den Gesamtverlusten führt. Daher kann die Zwangsluftkühlung als Kühlmethode für Trockentransformatoren im Notbetrieb über die auf dem Typenschild angegebene Kapazität hinaus dienen.

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