Die Kühlung von Transformatoren ist von entscheidender Bedeutung, um einen effizienten Betrieb und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, indem die während ihres Betriebs erzeugte Wärme abgeführt wird. Es gibt verschiedene Arten von Kühlmethoden für Transformatoren, darunter:
- Natürliche Luftkühlung (AN oder ONAN): Dies ist die einfachste Form der Kühlung, bei der Luft das primäre Kühlmittel ist. Es wird in kleinen Transformatoren eingesetzt, bei denen die natürliche Konvektion zur Wärmeableitung ausreicht. Um den Transformator herum zirkuliert Luft, die Wärme aufnimmt und abführt.
- Zwangsluftkühlung (AF oder ONAF): Bei dieser Methode blasen Ventilatoren Luft über die Oberfläche des Transformators, um die Kühlung zu verbessern. Es wird in mittelgroßen Transformatoren eingesetzt, bei denen die natürliche Luftkühlung nicht ausreicht.
- Oil Natural Air Natural (ONAN): Bei dieser Methode nimmt das Transformatoröl Wärme von den Wicklungen auf und gibt sie auf natürliche Weise über die Oberfläche des Transformators an die Luft ab. Diese Methode eignet sich für Transformatoren, deren Belastung die Nennkapazität nicht überschreitet.
- Oil Natural Air Forced (ONAF): Ähnlich wie ONAN, jedoch mit zusätzlichen Lüftern, um Luft auf die Oberflächen der Transformatorkühlkörper zu drücken und so die Wärmeableitung zu verbessern und die Belastbarkeit zu erhöhen.
- Natural Oil Forced Water (ONWF): Hier zirkuliert das Transformatoröl auf natürliche Weise, um Wärme zu übertragen, die dann von einem Wasserkühlsystem abgeführt wird. Diese Methode wird bei großen Transformatoren eingesetzt, bei denen die Luftkühlung nicht ausreichen würde.
- Oil Forced Air (OFAF): Pumpen sorgen für die Zirkulation des Öls und Ventilatoren drücken Luft durch die Kühler. Diese Methode wird für große Transformatoren verwendet, die eine erhebliche Kühlleistung erfordern.
- Oil Forced Water Forced (OFWF): Öl und Wasser werden mithilfe von Pumpen zirkuliert, um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten. Diese Methode wird in sehr großen Transformatoren und in Umgebungen eingesetzt, in denen eine Luftkühlung nicht möglich ist.
Bei Dreiphasentransformatoren ähneln die Kühlmethoden denen bei Einphasentransformatoren, sind jedoch an deren größere Größe und höhere Wärmeabgabe angepasst:
- Oil Natural Air Natural (ONAN): Öl zirkuliert auf natürliche Weise im Transformatorkessel und gibt Wärme an die Luft ab. Dies ist für kleine Dreiphasentransformatoren geeignet.
- Oil Natural Air Forced (ONAF): Ventilatoren drücken Luft über die Transformatorkühler und sorgen so für zusätzliche Kühlleistung. Diese Methode wird bei mittelgroßen bis großen Transformatoren verwendet.
- Oil Forced Air (OFAF): Pumpen zirkulieren Öl durch den Transformator und Ventilatoren werden verwendet, um Luft über die Kühler zu drücken. Diese Methode wird für Transformatoren mit großer Kapazität verwendet.
- Oil Forced Water Forced (OFWF): Öl und Wasser werden mithilfe von Pumpen zirkuliert. Wenn die Luftkühlung nicht ausreicht, kommt eine Wasserkühlung zum Einsatz, wodurch sich diese Methode ideal für sehr große Dreiphasentransformatoren eignet.
Um einen Transformator effektiv zu kühlen, muss je nach Größe, Last und Betriebsumgebung die richtige Methode ausgewählt werden. Bei kleinen Transformatoren kann eine natürliche Luft- oder Ölkühlung ausreichend sein. Bei größeren Transformatoren sind oft Zwangsluft- oder Wasserkühlsysteme erforderlich. In ölgefüllten Transformatoren zirkuliert Öl entweder auf natürliche Weise oder durch Pumpen, um Wärme von den Wicklungen aufzunehmen und an Heizkörper oder Kühler zu übertragen, wo sie durch Luft oder Wasser abgeführt wird. Durch die Installation von Lüftern oder Gebläsen kann die Luftzirkulation um den Transformator verbessert werden, wodurch die Wärmeableitung verbessert wird. Bei Trockentransformatoren können externe Lüfter hinzugefügt werden, um den Luftstrom um die Spulen herum zu erhöhen. Darüber hinaus ist es wichtig, eine ausreichende Belüftung im Transformatorraum aufrechtzuerhalten, um eine effiziente Wärmeableitung zu gewährleisten.
Kühltürme werden zur Entfernung überschüssiger Wärme aus dem Wasser in industriellen Prozessen verwendet und werden je nach Design und Betrieb in verschiedene Typen eingeteilt:
- Kühltürme mit natürlichem Luftzug: Diese basieren auf natürlicher Konvektion, um die Luft durch den Turm zirkulieren zu lassen. Sie werden vor allem in Kraftwerken und Industrien mit hoher thermischer Belastung eingesetzt.
- Mechanische Kühltürme mit Luftzug: Ventilatoren werden verwendet, um die Luft durch den Turm zu zirkulieren. Sie sind weiter unterteilt in:
- Saugzugtürme: Luft wird von einem Ventilator oben durch den Turm gesaugt und sorgt so für eine effiziente Kühlung.
- Türme mit Zwangszug: Ventilatoren an der Basis drücken Luft durch den Turm, geeignet für kleine Anwendungen.
- Kreuzstrom-Kühltürme: Wasser strömt vertikal, während sich Luft horizontal durch den Wasserstrom bewegt, was für einen effizienten Wärmeaustausch sorgt. Diese Türme sind für ihre einfache Wartung bekannt.
- Gegenstromkühltürme: Luft strömt vertikal nach oben gegen den nach unten gerichteten Wasserstrom. Dieses Design bietet eine bessere thermische Effizienz, erfordert jedoch leistungsstärkere Lüfter.
- Hyperbolische Kühltürme: Eine Art Naturzugturm mit einer charakteristischen hyperbolischen Form, der aufgrund seiner großen Kühlkapazität und Effizienz häufig in Großkraftwerken verwendet wird.
Trockentransformatoren werden mit Luft als primärem Kühlmedium gekühlt. Zu den gebräuchlichsten Methoden zur Kühlung von Trockentransformatoren gehören:
- Natürliche Luftkühlung (AN oder ANAN): Das Design des Transformators ermöglicht, dass natürliche Konvektionsströme durch und um die Wicklungen fließen und so Wärme abführen. Diese Methode eignet sich für kleinere Transformatoren und solche, die mit geringeren Lasten arbeiten.
- Zwangsluftkühlung (AF): Lüfter oder Gebläse werden verwendet, um Luft auf die Transformatoroberflächen zu drücken und so die Wärmeableitung zu verbessern. Dieses Verfahren erhöht die Belastbarkeit und den Wirkungsgrad von Trockentransformatoren.
- Belüftetes Design: Das Transformatorgehäuse ist mit Belüftungsöffnungen ausgestattet, die eine freie Luftzirkulation ermöglichen und so die natürliche Konvektion fördern.
- Kühlkörper und Rippen: Diese werden manchmal dem Transformatorgehäuse hinzugefügt, um die für die Wärmeableitung verfügbare Oberfläche zu vergrößern und so die Kühleffizienz zu verbessern.
Die Wahl der Kühlmethode hängt von der Größe, dem Standort und den Anwendungsanforderungen des Transformators ab. Eine ordnungsgemäße Installation und Wartung ist unerlässlich, um eine effiziente Kühlung und einen zuverlässigen Betrieb von Trockentransformatoren sicherzustellen.