В помещении с сухим трансформатором SCB11 необходимо обеспечить достаточную вентиляцию, чтобы отводить потери трансформатора при работе и поддерживать температуру воздуха, поступающего в его охлаждающие каналы, в пределах, установленных производителем. Для предварительной оценки на каждый 1 кВт тепла требуется примерно 300 м³/ч воздуха при разнице температур приточного и вытяжного воздуха 10°C. Таким образом, для отвода 10 кВт тепла из помещения при этих допущениях потребуется около 3 000 м³/ч воздуха.

Это оценка на основе теплового баланса, а не универсальное требование к вентиляции. Фактический расход воздуха зависит от потерь трансформатора, нагрузки, температуры приточного воздуха, наличия в помещении другого оборудования, а также сопротивления жалюзи, фильтров и воздуховодов. Для установки сухого трансформатора типа SCB11 одного объёма помещения недостаточно, чтобы определить, будет ли охлаждение эффективным.

Рассчитайте тепловую нагрузку до подбора вентиляции

Начните с потерь холостого хода и потерь под нагрузкой трансформатора при заданной опорной температуре. Номинальная мощность в кВА характеризует электрическую мощность, но не показывает проектировщику вентиляции, сколько тепла необходимо отводить из помещения. Два трансформатора с одинаковой номинальной мощностью могут предъявлять разные требования к охлаждению.

Для предварительного расчёта тепловые потери трансформатора можно оценить по формуле:

Тепловые потери трансформатора ≈ потери холостого хода + номинальные потери под нагрузкой × доля нагрузки²

Потери холостого хода возникают всё время, пока трансформатор находится под напряжением. Потери под нагрузкой приблизительно изменяются пропорционально квадрату тока. Это приближение подходит для предварительного расчёта помещения, но в окончательном проекте следует использовать данные о потерях, предоставленные производителем, и учитывать рабочую температуру, гармоники и предполагаемый режим перегрузки.

Рассмотрим условный трансформатор с потерями холостого хода 2 кВт и номинальными потерями под нагрузкой 8 кВт. При нагрузке 80% расчётные потери трансформатора составят 2 + 8 × 0.8² = 7.12 кВт. Если другое оборудование выделяет в помещение ещё 1 кВт тепла, начальное значение для расчёта вентиляции составит около 8.12 кВт. Эти значения иллюстрируют методику и не являются техническими характеристиками конкретной модели SCB11.

Используйте наибольший обоснованный продолжительный режим работы. Средняя суточная нагрузка может скрывать высокую дневную пиковую нагрузку, особенно если она совпадает с высокой температурой наружного воздуха. Если в одном помещении установлены два трансформатора, рассчитайте их суммарные потери для режимов работы, предусмотренных проектом.

Выбор трансформатора также может повлиять на требования к вентиляции. Вариант с аморфным сердечником, напримерсухой трансформатор SCBH15, может снизить постоянное тепловыделение за счёт потерь холостого хода. Прежде чем менять конструкцию помещения, сравните гарантированные потери холостого хода и потери под нагрузкой при требуемой мощности и режиме работы; одни лишь меньшие потери в сердечнике не определяют общее тепловыделение при высокой нагрузке.

Переведите тепловые потери в расход воздуха и проверьте температурное допущение

Практическую отправную точку даёт соотношение для явного тепла:

Расход воздуха Q = 3,600 × P ÷ (ρ × c_p × ΔT)

Здесь Q — расход воздуха в м³/ч, P — отводимая тепловая мощность в кВт, ρ — плотность воздуха в кг/м³, c_p — удельная теплоёмкость воздуха в кДж/(кг·°C), а ΔT — разница температур приточного и вытяжного воздуха. Приблизительно подставив значения для условий, близких к уровню моря: 1.2 кг/м³ и 1.0 кДж/(кг·°C), получим:

Q ≈ 3,000 × P ÷ ΔT

Для условной тепловой нагрузки помещения 8.12 кВт увеличение температуры воздуха на 10°C даёт расчётный расход около 2 440 м³/ч. Если допустимое увеличение температуры снизить до 5°C, расчётный расход удвоится и составит примерно 4 880 м³/ч. Это требуемые объёмы воздуха, проходящего по эффективному пути охлаждения; подбор вентилятора с учётом сопротивления системы выполняется отдельно.

Температурное допущение требует не меньшего внимания, чем сам расчёт.Допустимое увеличение температуры воздуха в помещении — не то же самое, что превышение температуры обмотки. Предельная температура обмотки, допустимая температура охлаждающего воздуха и температура вытяжного воздуха описывают разные условия. Температура воздуха на входе в систему охлаждения трансформатора должна оставаться допустимой, даже если средняя температура в помещении кажется приемлемой.

Если температура наружного воздуха на входе уже близка к максимальной допустимой температуре охлаждающего воздуха, установленной производителем, увеличение вентиляции даст ограниченный эффект. Вентиляция отводит тепло, но не может охладить поступающий воздух ниже температуры его источника. В таком случае может понадобиться выбрать более прохладное место для воздухозабора, подавать охлаждённый воздух или пересмотреть режим работы. На высоте используйте соответствующую плотность воздуха, а снижение номинальных характеристик трансформатора учитывайте отдельно.

Когда достаточно естественной вентиляции?

Естественная вентиляция может быть эффективной, если в помещении есть свободный приток на низком уровне и вытяжка на высоком, достаточное расстояние по вертикали между ними и проёмы, рассчитанные на необходимый расход воздуха. Обосновать её применение сложнее, если воздух должен проходить по длинным воздуховодам, через ограничивающие поток жалюзи и фильтры или по сложным трассам с противопожарными конструкциями.

Требуемый расход воздуха сам по себе не определяет размер проёмов для естественной вентиляции. Доступный расход зависит от давления, создаваемого подъёмной силой, сопротивления проёмов, расстояния между ними по вертикали и возникающей разницы температур. Инженер-проектировщик систем вентиляции должен проверить эти условия, а не применять фиксированную площадь проёма на каждый кВА мощности трансформатора.

Не путайте общие размеры проёма с егоживым сечением. Жалюзи, сетки и защитные решётки уменьшают площадь, доступную для прохода воздуха. Даже большой проём в стене может ограничивать охлаждение после установки всех элементов конструкции.

Механическую вентиляцию проще контролировать, если тепловая нагрузка значительна, условия наружного воздуха сильно меняются или геометрия помещения не обеспечивает достаточного гравитационного давления. Вентилятор необходимо выбирать с учётом требуемого расхода воздуха при расчётном сопротивлении системы. Указанный для вентилятора расход в свободном потоке может быть выше фактического расхода в смонтированной вентиляционной системе.

Фильтры, жалюзи, изгибы воздуховодов, шумоглушители и противопожарные клапаны создают сопротивление. Если необходима фильтрация, учитывайте сопротивление загрязнённого фильтра и обеспечьте доступ для обслуживания. Если остановка вентиляции может нарушить работу критически важного оборудования, предусмотрите способ обнаружения отказа вентилятора и оцените необходимость резервной мощности.

Обеспечьте прохождение воздушного потока через трансформатор

Расположите приточные отверстия так, чтобы воздух поступал к нижним охлаждающим каналам, и предусмотрите выход нагретого воздуха на верхнем уровне. Соблюдайте указанные производителем зазоры вокруг корпуса и охлаждающих отверстий. Кабельные лотки, перегородки и складируемые материалы могут перекрыть предусмотренный путь воздушного потока, даже если производительности вентиляционного оборудования достаточно.

Распространённый недостаток проекта — короткое замыкание воздушного потока: свежий воздух движется напрямую от приточного отверстия к расположенному рядом вытяжному устройству, а нагретый воздух остаётся вокруг трансформатора. Планировка помещения должна обеспечивать обтекание оборудования воздухом, а не его обход. Если установлено несколько трансформаторов, не допускайте, чтобы один агрегат обдувался нагретым воздухом, выходящим из другого.

Необходимо также уделить внимание наружным терминалам. Вытяжной воздух не должен повторно засасываться во впускное отверстие, а расположение воздухозабора должно учитывать дождь, пыль и загрязнения на площадке. Если противопожарные требования влияют на трассу вентиляции, согласуйте отверстия, воздуховоды, клапаны и системы управления с применимыми строительными и электротехническими нормами.

Вентиляторы на трансформаторе и вентиляция помещения выполняют разные задачи. Вентиляторы обмотки улучшают локальную передачу тепла, а система вентиляции помещения удаляет это тепло из пространства. Если принудительное охлаждение позволяет увеличить нагрузку, рассчитайте вентиляцию помещения с учётом возникающих потерь. Указанная мощность для трансформатора с воздушным охлаждением не означает, что допускается неограниченная продолжительная перегрузка.

Завершите проект, установив измеримые критерии приёмки

До окончательного заказа оборудования и проектирования проёмов в помещении согласуйте требования поставщика трансформатора к охлаждению с расчётом тепловой нагрузки, выполненным проектировщиком вентиляции. В проекте должны быть согласованы рабочая нагрузка, расчётная температура приточного воздуха, требуемый расход воздуха и действия при отказе вентиляции.

• Получите данные о гарантированных потерях, режиме охлаждения, допустимых условиях окружающей среды и требуемых зазорах вокруг корпуса.
• Проверьте фактический расход воздуха с учётом сопротивления всей смонтированной вентиляционной системы.
• Согласуйте управление вентиляторами, температурные аварийные сигналы, а также предусмотренное снижение нагрузки или отключение.
• Обеспечьте доступ для очистки охлаждающих каналов, обслуживания вентиляторов и замены установленных фильтров.

При вводе в эксплуатацию проверьте расход воздуха и зафиксируйте температуру рядом с воздухозаборным отверстием системы охлаждения трансформатора, а также на вытяжке. Испытание при небольшой нагрузке не подтверждает работоспособность при пиковой нагрузке и максимальной температуре наружного воздуха; эти условия следует оценить расчётным путём и, при необходимости, проверить в ходе последующих замеров при эксплуатации.

Требования к вентиляции можно считать готовыми к утверждению, когда проект определяет, сколько тепла необходимо отводить из помещения, какой объём воздуха фактически будет проходить через него и какая температура будет на входе в трансформатор при наиболее тяжёлом режиме работы. Эти три показателя дают руководителю проекта обоснованную базу для приёмки конструкции помещения.