Transformatoröltank: Struktur, Anforderungen und Designüberlegungen

Wenn man von einem Öltransformator-spricht, konzentriert man sich normalerweise auf den Kern, die Wicklungen, die Isolierung oder das Kühlsystem. DerTransformatoröltankerhält nicht immer die gleiche Aufmerksamkeit. Aber in der Praxis ist es ein ziemlich wichtiger Teil des gesamten Transformators.

Der Tank enthält das Isolieröl, schützt das aktive Teil, trägt Kühlgeräte und Zubehör und muss während des Betriebs und Transports mechanischen Belastungen standhalten. Bei größeren Transformatoren kann der Aufbau überraschend kompliziert werden.

Abhängig von der Anwendung können Transformatoröltanks für Transformatoren mit einer Nennleistung von verwendet werden6kV, 10kV, 35kV und 66kV bis 110kV, 220kV, 330kV, 500kV und ±500kV Wandlertransformatoren. Ähnliche Konstruktionsprinzipien gelten auch für 330-kV- und 500-kV-Parallelreaktoren.

Was macht also einen guten Transformatoröltank aus? Schauen wir genauer hin.

Grundvoraussetzungen für Transformatoröltanks

Die offensichtlichste Aufgabe eines Transformatoröltanks besteht darinenthalten das Transformatoröl und schützen den Kern und die Wicklungen. Das ist jedoch nur ein Teil der Geschichte.

Der Tank muss außerdem über ausreichende mechanische Festigkeit verfügen, eine zuverlässige Abdichtung gewährleisten, mit dem ausgewählten Kühlsystem kompatibel sein und beim Heben und Transportieren stabil bleiben.

Mit zunehmender Spannung und Kapazität des Transformators werden die Anforderungen naturgemäß anspruchsvoller.

Es lohnt sich, darauf hinzuweisenVakuumbeständigkeit. Während der Herstellung des Transformators kann der Tank einer Vakuumbehandlung zum Trocknen und Einfüllen von Öl unterzogen werden. Ein Tank, der unter normalem atmosphärischem Druck stark genug ist, funktioniert unter Vakuum möglicherweise nicht gut, wenn seine Struktur nicht richtig ausgelegt ist.

Deshalb sind Tanksteifigkeit, Versteifungen, Flanschkonstruktion und Schweißqualität von entscheidender Bedeutung.

Klassifizierung und Struktur von Transformatoröltanks

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Transformatoröltanks zu klassifizieren. Zwei der praktischsten sind vonKühlmethodeund vonTankform.

Klassifizierung von Transformatoröltanks nach Kühlmethode

Das Kühlsystem hat direkten Einfluss auf die Tankkonstruktion.

Bei einem natürlich gekühlten Transformator wird die Wärme vom Kern und den Wicklungen auf das Isolieröl übertragen und dann über die Tankoberfläche, Kühler oder Wellwände abgegeben.

Größere Transformatoren verwenden häufig eine erzwungene Ölzirkulation. Hier kommen Pumpen und externe Kühler hinzu und der Tank benötigt ordnungsgemäß ausgelegte Öleinlass- und -auslassanschlüsse. Auch im Tank muss sich das Öl durch die richtigen Bereiche bewegen und darf nicht einfach nur wahllos zirkulieren.

Zu den gängigen Kühlmethoden für Transformatoren gehören:

ONAN- Öl Natural Air Natural

ONAF- Öl, natürliches Luftgebläse

OFAF- Oil Forced Air Forced

OFWF- Öl erzwungen Wasser erzwungen

Tank und Kühlsystem sollten als ein System konzipiert sein. Der Versuch, sie als völlig separate Komponenten zu behandeln, kann zu einer schlechten Ölverteilung, unnötigen Druckverlusten oder lokalen Hotspots führen.

Klassifizierung nach Tankform

Die Tankform ist eine weitere gängige Methode zur Klassifizierung von Transformatoröltanks.

Flache -Wandtankswerden üblicherweise für kleine und mittlere-Transformatoren verwendet. Sie sind relativ einfach aufgebaut und können mit externen Heizkörpern kombiniert werden.

Tanks mit Wellwand-Verwenden Sie gewellte Stahlplatten, um die Kühlfläche zu vergrößern. Die gewellten Wände können auch Änderungen des Ölvolumens aufgrund von Temperaturschwankungen aufnehmen.

Für große LeistungstransformatorenTanks mit Glocken-oder abnehmbarer-Abdeckungsind weit verbreitet. Der obere Tankabschnitt kann vom unteren Abschnitt abgehoben werden, sodass Ingenieure bei Montage, Inspektion und Wartung Zugriff auf den Kern und die Wicklungen haben.

Es gibt nicht die eine Tankform, die für jeden Transformator am besten geeignet ist. Die richtige Wahl hängt von Kapazität, Spannung, Kühlmethode, Transportbeschränkungen und Wartungsanforderungen ab.

Gängige Transformatoröltankstrukturen

Kleine und mittlere-Transformator-Öltanks

Die Struktur einer kleinen oder mittleren -GrößeTransformatoröltankist normalerweise ziemlich einfach.

Es kann aus geschweißten Stahlplatten, einer Tankabdeckung, Hebeösen, Erdungspunkten, Kühleranschlüssen, Ölablass- und Füllkomponenten, Thermometerschnittstellen und Durchführungsöffnungen bestehen.

Bei kompakten Verteiltransformatoren kann auch der Tank selbst erheblich zur Wärmeableitung beitragen. Wellwände beispielsweise bieten zusätzliche Kühlfläche, ohne dass viele externe Kühlerpaneele erforderlich sind.

Dennoch bedeutet einfach nicht unwichtig.

Schlechte Schweißnähte, Flanschverformungen oder unebene Oberflächen können zu Dichtungsproblemen führen. Ein kleines Ölleck mag auf den ersten Blick nicht schwerwiegend erscheinen, kann aber schließlich dazu führen, dass Feuchtigkeit in den Transformator eindringt oder den Ölstand senkt.

Große Transformatoröltanks

Bei großen Leistungstransformatoren sieht das anders aus.

Ein großer Tank kann den Haupttankkörper, die Tankabdeckung, den glockenförmigen oberen Abschnitt, Kühler, Ölpumpen, Kühler, Ausdehnungsgefäßanschlüsse, Druckentlastungsvorrichtungen, Durchführungstürme, Kabelkästen, Hebekonstruktionen und Transportvorrichtungen umfassen.

Und all diese Teile müssen zusammenarbeiten.

Der Tank muss eine sehr große Masse tragen und dabei die Maßhaltigkeit wahren. Es muss außerdem Vibrationen während des Transports, Hebekräften während der Installation sowie Druck- oder Vakuumbedingungen während der Herstellung und des Betriebs standhalten.

Bei 220-kV-, 330-kV- und 500-kV-Transformatoren ist der Tank daher nicht nur ein gefertigter Stahlkasten. Es handelt sich um eine sorgfältig konstruierte mechanische Struktur.

Wichtige Designüberlegungen für die Struktur des Transformatoröltanks

Eine Reihe von Details kann die Zuverlässigkeit eines Transformatorkessels beeinflussen. Einige können in der frühen Entwurfsphase leicht übersehen werden.

Tankrandstruktur

Die Kanten des Tanks, insbesondere rund um den Flansch, sind sowohl für die Festigkeit als auch für die Abdichtung wichtig.

Ein Flansch muss ausreichend steif sein, um eine übermäßige Verformung beim Anziehen der Schrauben zu verhindern. Wenn sich der Flansch verbiegt, kann die Kompression der Dichtung ungleichmäßig werden und es kann zu Undichtigkeiten kommen.

Große Tanks benötigen möglicherweise verstärkte Kanten oder zusätzliche Versteifungen. Auch Schweißverfahren sollten sorgfältig kontrolliert werden, da Schweißhitze zu Verformungen führen kann.

Aufhängungsstruktur

Große Transformatoren benötigen starke und zuverlässige Hebe- und Aufhängekonstruktionen.

Hebeösen und Hebepunkte sollten entsprechend dem Schwerpunkt des Transformators und den erwarteten Hebelasten positioniert werden. Beim Design sollte nicht nur das statische Gewicht berücksichtigt werden. Auch dynamische Belastungen beim Handling und Transport müssen berücksichtigt werden.

Bei sehr großen Transformatoren kann der Transport einen großen Teil der technischen Arbeit ausmachen. Der Tank kann während des Straßen- oder Schienentransports Vibrationen und Beschleunigungen ausgesetzt sein, daher muss die Struktur entsprechend ausgelegt werden.

Flanschverbindungsstruktur

Flansche werden für Tankdeckel, Heizkörper, Ventile, Ausdehnungsgefäße, Buchsen und andere Komponenten verwendet.

Eine gut konstruierte Flanschverbindung sollte eine ausreichende Festigkeit bieten und, was noch wichtiger ist, eine gleichmäßige Dichtungskompression über die Zeit aufrechterhalten.

Bei der Flanschkonstruktion werden in der Regel Folgendes berücksichtigt:

 Mechanische Festigkeit

 Bolzenkapazität

 Dichtungskompression

 Schweißgenauigkeit

 Bearbeitungstoleranzen

 Langfristige Dichtungsleistung

Auch die Dichtung selbst sollte mit Transformatoröl und der erwarteten Betriebstemperatur kompatibel sein.

Transformatorabdichtung

Öllecks gehören zu den Dingen, die Transformatorenhersteller unbedingt vermeiden wollen.

Zu den potenziellen Leckstellen gehören:Tankdeckelflansche, Kühleranschlüsse, Ventile, Buchsenschnittstellen, Inspektionsdeckel und Rohrverbindungen.

Aus diesem Grund sollte die Abdichtung bereits zu Beginn des Tankdesignprozesses berücksichtigt werden. Es sollte nicht als Endmontagedetail behandelt werden.

Auch hier kommt es auf die Schweißqualität an. Schlechte Schweißnähte können zu Leckstellen werden, insbesondere wenn der Tank Öldruck, Temperaturschwankungen oder Vakuumbedingungen ausgesetzt ist.

Eine gute Abdichtung trägt außerdem dazu bei, dass Feuchtigkeit aus dem Transformator ferngehalten wird. Dies ist besonders wichtig für Hochspannungstransformatoren, da Feuchtigkeit erhebliche Auswirkungen auf die Isolationsleistung und Alterung haben kann.

Positionierungsstruktur des Tankkörpers

Der aktive Teil muss in der richtigen Position im Tank bleiben.

Dies ist insbesondere beim Transport wichtig. Große Transformatoren können Vibrationen, Beschleunigungen und Stoßbelastungen ausgesetzt sein, und die Kern- und Wicklungsbaugruppe sollte sich nicht unnötig bewegen.

Positionierungsstrukturen sorgen für mechanische Zurückhaltung und vermeiden gleichzeitig eine übermäßige Belastung des aktiven Teils.

Auch die Struktur muss praktisch sein. Es soll eine Montage und Wartung ermöglichen, ohne dass die Arbeit am Transformator unnötig erschwert wird.

Ölführungsstruktur für erzwungene Ölkühlung

Bei Transformatoren mit erzwungener Ölzirkulation muss das Öl an die richtigen Stellen gelangen.

Es reicht nicht aus, eine Pumpe zu installieren und davon auszugehen, dass das Kühlproblem gelöst ist.

Eine schlechte interne Ölverteilung kann dazu führen, dass bestimmte Wicklungsbereiche nicht ausreichend gekühlt werden, wodurch lokale Hotspots entstehen, selbst wenn die Gesamtöldurchflussrate akzeptabel erscheint.

Mithilfe von Leitblechen, Trennwänden und Strömungskanälen kann Öl durch die gewünschten Bereiche geleitet werden. Ihre Auslegung sollte mit den thermischen Berechnungen des Transformators abgestimmt werden.

Idealerweise sollte das System eine gute Ölverteilung gewährleisten und gleichzeitig die Druckverluste unter Kontrolle halten.

Magnetische Abschirmung des Tanks

Magnetischer Streufluss aus den Wicklungen kann in den Stahltank gelangen. Dadurch können Wirbelströme in den Tankwänden entstehen, die zu zusätzlichen Verlusten und örtlicher Erwärmung führen.

Das Problem macht sich bei Transformatoren mit großer -Kapazität stärker bemerkbar.

Magnetische Abschirmungen können in Bereichen installiert werden, in denen der Streufluss besonders stark ist. Eine ordnungsgemäße Abschirmung trägt dazu bei, Streuverluste zu reduzieren und einen übermäßigen Anstieg der Tanktemperatur zu verhindern.

Bei der Abschirmung geht es jedoch nicht einfach darum, überall dort, wo Streufluss vorhanden ist, Metallplatten anzubringen. Geometrie, Material, Position und Erdungsanordnung müssen sorgfältig überlegt werden.

Elektromagnetische Abschirmung des Tanks

Die elektromagnetische Abschirmung ist eng mit der magnetischen Abschirmung verwandt, aber beide sind nicht genau dasselbe.

Hochstromleitungen, Durchführungen, Wicklungsenden und andere Komponenten können konzentrierte elektromagnetische Felder erzeugen. Diese Bereiche müssen bei der Gestaltung des Tanks und seines Abschirmsystems berücksichtigt werden.

Bei großen Leistungstransformatoren kann die elektromagnetische Simulation nützlich sein, um Bereiche mit hoher Flussdichte und potenziellen Streuverlustproblemen zu identifizieren.

Beispielsweise kann die Finite-{0}Element-Analyse den Ingenieuren dabei helfen, Anpassungen vorzunehmen, bevor der Tank hergestellt wird. Das ist in der Regel viel einfacher, als zu versuchen, ein Heizungsproblem zu beheben, nachdem der Transformator bereits gebaut wurde.

Struktur zur Schalldämmung und Lärmreduzierung des Tanks

Transformatorgeräusche haben verschiedene Ursachen, darunter Kernmagnetostriktion, elektromagnetische Kräfte und mechanische Vibrationen.

Der Tank kann diese Vibration übertragen und als hörbares Geräusch abstrahlen.

Dies kann zu einem echten Problem werden, wenn Transformatoren in der Nähe von Wohngebäuden, Krankenhäusern, Gewerbeanlagen, Rechenzentren oder anderen lärmsensiblen Bereichen installiert werden.

Tanksteifigkeit, Versteifungsanordnung und Schwingungsübertragungswege sollten daher bereits in der Entwurfsphase berücksichtigt werden.

Lärmreduzierung bedeutet nicht zwangsläufig, dass der Tank extrem dick ist. In vielen Fällen kann ein intelligenteres Strukturdesign Vibrationen kontrollieren, ohne unnötiges Gewicht hinzuzufügen.

Buchsen-Riser- und Rohrverbindungsdesign

Durchführungen und Rohrverbindungen sind wichtige Schnittstellen zwischen dem Transformatorkessel und externen Geräten.

Eine Durchführungssteigleitung muss eine ausreichende mechanische Unterstützung bieten und gleichzeitig die erforderlichen elektrischen Isolationsabstände einhalten. Außerdem müssen Einbautoleranzen und Wärmeausdehnung berücksichtigt werden.

Rohrverbindungen für Heizkörper, Ausdehnungsgefäße, Kühler und Ventile sollten so angeordnet sein, dass Installation und Wartung praktisch bleiben.

Bei großen Transformatoren wirkt sich diese Anordnung auch auf die Transportabmessungen aus. Eine einwandfrei funktionierende Verbindung innerhalb der Fabrik kann zu Problemen führen, wenn der Transformator einen engen Transportweg passieren muss.

Daher sollten auch hier die mechanischen, elektrischen und Transportanforderungen gemeinsam berücksichtigt werden.

Wichtige Designfaktoren für Transformatoröltanks

Der Entwurf einesTransformatoröltankDabei geht es um weit mehr als nur die Wahl der richtigen Stahlblechdicke.

Mechanische Festigkeit, thermische Leistung, Ölfluss, Abdichtung, elektromagnetische Effekte, Vibration und Herstellungsprozesse hängen alle zusammen.

Bei Hochspannungstransformatoren sind diese Faktoren sogar noch enger miteinander verknüpft. Eine Änderung der Tankstruktur kann den Ölfluss beeinträchtigen. Eine Änderung der Durchführungsanordnung kann sich auf Isolationsabstände und Transportabmessungen auswirken. Eine Änderung der Schirmanordnung kann sich auf Streuverluste auswirken.

Mit anderen Worten: Das Tankdesign ist Teil des Transformatordesigns-und kein nachträglicher Einfall.

Design des Transformatoröltanks für Hochspannungstransformatoren

Mit steigender Transformatorleistung und -spannung wird der Öltank zu einem anspruchsvolleren technischen Bauteil.

Ein 500-kV-Transformator kann beispielsweise eine große Menge Isolieröl enthalten und sehr große Abmessungen haben. Der Tank muss möglicherweise mehrere Kühler oder Kühler, Ölpumpen, Buchsen, Druckentlastungsgeräte, Ausdehnungsgefäßanschlüsse und Transportvorrichtungen aufnehmen.

Gleichzeitig können hohe Stromstärken den Streufluss und die Streuverluste erhöhen. Bereiche in der Nähe von Wicklungsenden und Hochstromleitungen erfordern daher möglicherweise eine zusätzliche elektromagnetische Analyse und Abschirmung.

Für±500-kV-Wandlertransformatoren, die Anforderungen sind noch anspruchsvoller. Diese Transformatoren sind in der Regel sehr groß und bei der Tankkonstruktion müssen Isolationskoordination, Kühlleistung, thermische Belastung, mechanische Festigkeit und Transportbedingungen berücksichtigt werden.

Gleiches gilt für330-kV- und 500-kV-Parallelreaktoren. Ihre Öltanks müssen elektromagnetischen Einflüssen, Vibrationen, Kühl-, Dichtungs- und Transportlasten standhalten und gleichzeitig die erforderliche mechanische Festigkeit aufrechterhalten.

Qualität der Herstellung von Transformator-Öltanks

Selbst ein gut konstruierter Tank kann Probleme verursachen, wenn die Fertigungsqualität nicht gut genug ist.

Stahlblechqualität, Schnittgenauigkeit, Schweißverfahren, Flanschbearbeitung, Maßtoleranzen, Dichtheitsprüfung und Oberflächenbehandlung haben alle einen direkten Einfluss auf das EndproduktTransformatorkessel.

Besondere Aufmerksamkeit verdient das Schweißen. Zu viel Hitze kann zu Verformungen führen, während ungenügende Eindringtiefe oder schlechte Schweißqualität zu Undichtigkeiten führen können.

Nach der Herstellung können Transformatorkessel Dichtheitsprüfungen, Maßprüfungen und anderen Qualitätsprüfungen unterzogen werden. Mithilfe dieser Inspektionen kann überprüft werden, ob der Tank für das aktive Teil, die Kühler, die Buchsen und andere Komponenten geeignet ist.

Bei großen Exporttransformatoren sollten auch die Transportabmessungen sorgfältig geprüft werden. Hebepunkte, Hebepunkte und Transportvorrichtungen müssen für die tatsächliche Route und Handhabungsmethode ausgelegt sein-und nicht einfach am Ende der Produktion hinzugefügt werden.

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DerTransformatoröltankkann je nach Transformatorkapazität, Spannungsklasse, Kühlmethode, Installationsumgebung, Transportbedingungen und Kundenanforderungen ausgelegt werden.

Bei kleineren Verteiltransformatoren liegt der Fokus typischerweise auf kompakter Bauweise, effektiver Kühlung und zuverlässiger Abdichtung. Bei großen Leistungstransformatoren wird das Design umfassender und umfasst mechanische Festigkeit, Ölfluss, elektromagnetische Abschirmung, Lärmschutz, Heben und Transport.

Von Standard-Transformatorkesseln bis hin zu kundenspezifischen Strukturen für Hochspannungs- und Großtransformatoren- muss der Kessel als Teil des gesamten Transformatorsystems funktionieren.

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