Come mantenere fresco il trasformatore: Un'immersione profonda nei metodi di raffreddamento dei trasformatori

Lavoro con l'elettricità da molti anni. Una cosa che ho imparato è che il calore è un grosso problema per un trasformatore. Queste macchine straordinarie che alimentano il nostro mondo producono molto calore quando funzionano. Se questo calore non viene gestito nel modo giusto, può causare grossi problemi. I problemi possono essere di qualsiasi tipo, dal cattivo funzionamento alla rottura completa. Ecco perché è così importante conoscere i metodi di raffreddamento dei trasformatori. In questo articolo vi illustrerò tutti i diversi modi per mantenere fresche queste macchine che lavorano duramente, in modo che funzionino bene. Esamineremo i metodi più semplici, come l'utilizzo dell'aria per raffreddare i trasformatori. Verranno anche illustrati metodi più difficili, come l'uso dell'olio e dell'acqua. Al termine della lettura capirete perché un buon sistema di raffreddamento aiuta un trasformatore a durare a lungo e a funzionare bene.

Perché il raffreddamento è così importante per un trasformatore?

Cominciamo con i fatti semplici. Un trasformatore ha il compito di spostare l'elettricità da un luogo all'altro. Questo processo non è perfetto. Una parte dell'energia si trasforma in calore. Questo calore si produce nel nucleo e negli avvolgimenti del trasformatore. Se questo calore non viene rimosso, la temperatura del trasformatore aumenta. Questo può causare molti danni. Le temperature elevate possono rovinare i rivestimenti speciali all'interno del trasformatore. Ciò può causare cortocircuiti o addirittura un guasto completo.

Si può pensare che sia come il motore dell'auto. Produce molto calore. Se il sistema di raffreddamento smette di funzionare, il motore si surriscalda e si danneggia. Lo stesso vale per un trasformatore. Un buon sistema di raffreddamento è molto importante. Permette al trasformatore di lavorare a una temperatura sicura. In questo modo si garantisce una lunga durata e un funzionamento senza problemi. Il sistema di raffreddamento ha un compito principale. Il suo compito è quello di allontanare il calore dal trasformatore. Il calore viene spostato nell'aria o nell'acqua che lo circonda.

Quali sono i principali tipi di trasformatori e le loro esigenze di raffreddamento?

I trasformatori possono essere suddivisi in due gruppi principali: trasformatori a secco e trasformatori in olio. Dai nomi si può intuire cosa significhi. La differenza sostanziale sta nel sistema di raffreddamento. I trasformatori a secco sono raffreddati dall'aria. I trasformatori a bagno d'olio utilizzano un olio speciale. La scelta del tipo di trasformatore da utilizzare dipende da alcuni fattori. Si tratta del livello di potenza, della funzione e dell'ubicazione.

I trasformatori a secco sono molto utilizzati in ambienti chiusi. Si trovano in luoghi come uffici e ospedali. Sono considerati più sicuri perché non contengono olio che può prendere fuoco. I trasformatori a bagno d'olio sono molto comuni. Si vedono nelle centrali elettriche all'aperto e per i lavori che richiedono molta energia. Questo perché l'olio è un refrigerante migliore dell'aria. Ogni tipo di trasformatore ha una propria serie di metodi di raffreddamento, che vedremo in seguito.

Come si raffreddano i trasformatori a secco?

I trasformatori a secco utilizzano l'aria per il raffreddamento. Il modo più semplice è Aria naturale (AN) raffreddamento. Con questo metodo, l'aria intorno al trasformatore si muove intorno agli avvolgimenti e al nucleo. Questo avviene da solo ed è chiamato convezione naturale. Quando il trasformatore si scalda, l'aria intorno si riscalda, sale e viene sostituita da aria più fredda proveniente dal basso. Questo movimento naturale dell'aria aiuta a eliminare il calore. Questo metodo è economico e funziona bene per i trasformatori più piccoli che non producono una quantità enorme di calore.

Per i trasformatori a secco più grandi, il raffreddamento ad aria naturale potrebbe non essere sufficiente. In questo caso Aria forzata (AF) Si utilizza un sistema di raffreddamento. Questo metodo utilizza ventole o soffianti per spingere l'aria sul nucleo e sugli avvolgimenti del trasformatore. In questo modo il calore viene eliminato molto più rapidamente. La circolazione forzata dell'aria consente al trasformatore di gestire una maggiore potenza senza surriscaldarsi. A volte, un trasformatore utilizza entrambe le modalità di raffreddamento. Si tratta del cosiddetto AN/AF. Le ventole entrano in funzione solo quando la temperatura raggiunge un certo livello.

Qual è il metodo di raffreddamento ONAN nei trasformatori in olio?

Parliamo ora dei trasformatori in olio. Il metodo di raffreddamento più semplice per questi trasformatori è Olio Aria Naturale (ONAN). In un trasformatore ONAN, il nucleo e gli avvolgimenti sono inseriti in un serbatoio pieno di olio per trasformatori. L'olio svolge due funzioni. Impedisce all'elettricità di andare dove non dovrebbe. Inoltre, aiuta a raffreddare il trasformatore. Quando il trasformatore funziona, il calore degli avvolgimenti e del nucleo si trasferisce nell'olio.

L'olio caldo è più leggero e si sposta verso la parte superiore del serbatoio del trasformatore. Quando si raffredda, diventa più pesante e torna sul fondo. In questo modo l'olio si muove da solo. Questo processo è chiamato convezione naturale. Il calore si sposta quindi dalla vasca del trasformatore all'aria esterna. Per migliorare il raffreddamento, il serbatoio viene spesso realizzato con una superficie esterna più ampia. Ciò avviene aggiungendo tubi di raffreddamento o radiatori. Il metodo ONAN è semplice, funziona bene ed è molto utilizzato per i trasformatori di piccole e medie dimensioni.

Quando è necessaria l'aria forzata? Capire il metodo ONAF

Per i trasformatori più grandi che producono più calore, il metodo di raffreddamento ONAN potrebbe non essere sufficiente. In queste situazioni, dobbiamo aiutare un po' il processo di raffreddamento. In questo caso utilizziamo il sistema Olio naturale ad aria forzata (ONAF) metodo. Il sistema ONAF è come il sistema ONAN, ma con un aiuto in più. L'olio continua a muoversi da solo all'interno del trasformatore grazie alla convezione. Tuttavia, le ventole vengono aggiunte all'esterno del trasformatore, di solito vicino ai radiatori.

Queste ventole soffiano l'aria all'esterno del serbatoio del trasformatore e dei radiatori. In questo modo il calore si disperde molto più rapidamente. Il movimento forzato dell'aria aiuta a raffreddare meglio l'olio. In questo modo il trasformatore è in grado di gestire lavori più grandi. Le ventole sono solitamente controllate da uno strumento che controlla la temperatura. Si accendono solo quando l'olio diventa troppo caldo, il che consente di risparmiare energia. Il metodo ONAF viene utilizzato spesso ed è una buona scelta di raffreddamento per i trasformatori di potenza di medie e grandi dimensioni.

Cosa succede quando si forzano sia l'olio che l'aria? Il metodo OFAF

Quando si parla di trasformatori molto potenti, anche il metodo ONAF potrebbe non essere sufficiente per mantenere la temperatura al sicuro. Per questi trasformatori più grandi, è necessario un metodo di raffreddamento più efficace. È qui che entra in gioco il metodo Aria forzata ad olio (OFAF) viene utilizzato il metodo del "metodo di trasporto". In questo sistema non si attende che l'olio si muova da solo. Si utilizza invece una pompa speciale per spingere l'olio attraverso il trasformatore e il suo sistema di raffreddamento.

Questo movimento forzato dell'olio fa sì che il calore si allontani dal nucleo e dagli avvolgimenti molto velocemente e in modo ottimale. Oltre al movimento forzato dell'olio, vengono utilizzate ventole per soffiare aria sui radiatori. Come nel metodo ONAF. Utilizzando sia l'olio che l'aria forzata si ottiene un ottimo sistema di raffreddamento. È in grado di gestire la grande quantità di calore prodotta da trasformatori molto grandi.

Si può usare l'acqua per raffreddare un trasformatore?

Sì, in alcune situazioni l'acqua viene utilizzata come liquido di raffreddamento per i trasformatori. Questo avviene spesso in luoghi dove l'acqua è facilmente reperibile, come nelle centrali elettriche che utilizzano l'acqua per produrre elettricità. Il metodo è chiamato Forzato ad olio forzato ad acqua (OFWF). In questo sistema, l'olio caldo del trasformatore viene pompato attraverso uno scambiatore di calore.

All'interno dello scambiatore di calore, il calore passa dall'olio caldo all'acqua fredda. L'acqua si muove attraverso un'altra serie di tubi. Si tratta di un ottimo sistema di raffreddamento perché l'acqua può assorbire molto più calore dell'aria. Il sistema di raffreddamento OFWF viene solitamente utilizzato per trasformatori molto grandi. Per questi trasformatori, il raffreddamento ad aria non sarebbe sufficiente o non funzionerebbe abbastanza bene.

In che modo i radiatori e gli scambiatori di calore contribuiscono al raffreddamento?

I radiatori e gli scambiatori di calore sono parti molto importanti del sistema di raffreddamento dei trasformatori in olio. Il compito principale di un radiatore è quello di fornire un maggiore spazio esterno per il passaggio del calore dall'olio del trasformatore all'aria circostante. Pensate al radiatore della vostra auto. Il radiatore di un trasformatore funziona allo stesso modo. L'olio caldo del trasformatore si muove attraverso il radiatore. Il radiatore è costituito da numerose alette o pannelli. Questa ampia superficie esterna permette al calore di disperdersi più velocemente.

Uno scambiatore di calore è uno strumento che sposta il calore da un liquido a un altro. I liquidi non si toccano. In un sistema di raffreddamento OFWF, lo scambiatore di calore sposta il calore dall'olio caldo del trasformatore all'acqua fredda. Sia i radiatori che gli scambiatori di calore hanno un compito importante. Assicurano che il sistema di raffreddamento del trasformatore possa smaltire il calore prodotto durante il suo funzionamento.

Che cos'è la classe di raffreddamento dei trasformatori e perché è importante?

Per facilitare la comprensione di tutti i metodi di raffreddamento, viene utilizzato un sistema di classi di raffreddamento. Queste classi sono indicate con un codice di quattro lettere. Questo codice indica cosa viene utilizzato per il raffreddamento e come si muove per i sistemi di raffreddamento interni ed esterni. Ecco una tabella che spiega il significato delle lettere:

Ad esempio, ONAN mezzi Oil Naturale Air Naturale. ONAF mezzi Oil Naturale Air Foceduto. È importante comprendere queste classi di raffreddamento. Questo vale per chiunque contribuisca alla progettazione, all'utilizzo o alla riparazione dei trasformatori. Questo aiuta ad assicurarsi che venga scelto il sistema di raffreddamento giusto per il lavoro da svolgere.

Quale metodo di raffreddamento è adatto a quale trasformatore?

La scelta del giusto metodo di raffreddamento dipende da alcuni fattori. Si tratta delle dimensioni e della potenza del trasformatore, dell'uso che se ne fa, della temperatura dell'aria circostante e del costo. Ecco una semplice guida:

• Trasformatori a secco:
  • AN (Aria Naturale): Ottimi per i trasformatori più piccoli. Devono essere collocati in luoghi interni puliti e con molta aria fresca.
  • AF (Air Forced): Utilizzato per i trasformatori a secco più grandi. Utilizzato anche in luoghi con temperature dell'aria più elevate per aggiungere maggiore potenza di raffreddamento.
• Trasformatori in olio:
  • ONAN (Oil Natural Air Natural): Un metodo comune e a basso costo per trasformatori di piccole e medie dimensioni.
  • ONAF (Oil Natural Air Forced): Utilizzato per trasformatori di potenza di medie e grandi dimensioni che necessitano di un raffreddamento supplementare.
  • OFAF (Oil Forced Air Forced): Utilizzato per trasformatori di potenza molto elevata. Questi hanno bisogno di olio e aria forzata per raffreddarsi bene.
  • OFWF (Oil Forced Water Forced): Un ottimo metodo utilizzato per trasformatori molto grandi. Viene spesso utilizzato nelle centrali elettriche dove c'è molta acqua.

In sintesi

Mantenere fresco un trasformatore non è solo una buona idea. È molto importante per il buon funzionamento, la sicurezza e la durata del trasformatore. Esistono diversi metodi di raffreddamento. Si va dal semplice movimento naturale dell'aria di un trasformatore a secco ai potenti sistemi forzati ad olio e acqua dei grandi trasformatori di potenza. Ogni metodo è stato creato per un tipo di lavoro diverso. Conoscendo questi metodi, possiamo assicurarci che queste parti importanti del nostro sistema elettrico continuino a funzionare bene per molti anni.

Ecco le cose fondamentali da ricordare:

• Il calore è un grosso problema per i trasformatori. Può rovinare i rivestimenti speciali e causare guasti.
• I trasformatori si dividono in due gruppi principali: a secco (raffreddati ad aria) e a olio.
• I trasformatori a secco utilizzano aria naturale (AN) o aria forzata (AF) per il raffreddamento.
• I trasformatori in olio utilizzano metodi come ONAN, ONAF, OFAF e OFWF.
• I radiatori e gli scambiatori di calore sono molto importanti per eliminare il calore nei trasformatori in olio.
• La scelta del metodo di raffreddamento dipende dalle dimensioni, dalla potenza e dall'impiego del trasformatore.