Вентиляторы большой мощности являются базовыми компонентами систем электроснабжения. Трансформаторы выполняют переключение напряжения переменного тока с одного уровня на другой, что делает их незаменимыми в системах генерации, передачи и распределения электроэнергии на электростанциях, подстанциях и промышленных предприятиях. Трансформаторы большой мощности устанавливаются вне зданий. На открытом воздухе трансформаторы подвержены воздействию ветра и погодных условий, в т. ч. высокой влажности, солевого тумана на побережье водоемов, палящего зноя в пустынях или ледяного холода в полярных районах. Вентиляторы систем охлаждения, работающих в таких условиях, должны быть не менее надежными, чем системы электроснабжения в целом. Отсюда возникает потребность в вентиляторах повышенной надежности, не требующих обслуживания. Каждое аварийное отключение трансформатора вызывает фатальные последствия, поскольку пропадает возможность подачи электропитания.
В процессе работы трансформаторы генерируют отходящее тепло, при этом для охлаждения, как правило, используется масло. Масло переносит тепло посредством конвекции (или с помощью системы насосов) на корпус трансформатора, имеющий охлаждающие ребра или радиаторы, похожие на радиаторы теплообменников, установленные с внешней стороны. Для трансформаторов большой мощности требуется дополнительное охлаждение, а именно вентиляторы, не допускающие перегрева, несмотря на то, что поверхности охлаждения являются максимально компактными (рис. 1). Вентиляторы должны отвечать особым требованиям, чтобы противостоять жестким климатическим условиям эксплуатации.
'' Когда вентиляторы работают с максимальной эффективностью в течение многих лет, пользователи могут сэкономить огромные суммы денег и киловатт-часов.
Рис. 1. Вентиляторы, используемые в системах охлаждения трансформаторов большой мощности, должны противостоять жестким условиям эксплуатации. Отсюда возникает потребность в изделиях повышенной надежности, работающих бесперебойно в течение долгих лет и не требующих обслуживания.
Вентиляторы преобразуют трансформаторы в энергосберегающие агрегаты
Недостаточно того, чтобы вентиляторы только обеспечивали требуемый воздушный поток. Не менее важны такие характеристики, как коррозионная стойкость даже в условиях повышенной влажности, отсутствие потребности в обслуживании и смазке и безотказная работа в течение длительного срока. А при меняющейся нагрузке весьма желательно, чтобы производительность охлаждения подстраивалась под фактическую потребность. Не всегда имеет смысл выключать отдельные вентиляторы, когда трансформатор работает под неполной нагрузкой, поскольку в этом состоянии на теплообменнике могут образовываться неохлаждаемые «горячие точки». Когда вентиляторы работают с максимальной эффективностью в течение многих лет, пользователи могут сэкономить значительные суммы денег и киловатт-часов, которые они могли бы отдать в энергетическую сеть. В результате операторы сети производят положительный экономический эффект. Если трансформаторы установлены рядом с жилой застройкой или внутри нее, то шум от их работы не стоит недооценивать.
Компания ebm-papst в Мульфингене, как эксперт по электродвигателям и вентиляторам, занялась решением этой проблемы путем разработки специальных вентиляторов для трансформаторов (рис. 2). Новые вентиляторы отвечают всем требованиям, касающимся сложных систем охлаждения трансформаторов большой мощности, согласно стандарту DIN EN 50216-12 «Фитинги силовых трансформаторов и реакторов. Часть 12. Вентиляторы». Вентиляторы поставляются в диапазоне размеров от 500 до 1250 мм с производительностью до 13 м3 /с. Разработка этих вентиляторов основана на многолетнем опыте эксплуатации, интенсивных исследованиях, моделировании и испытаниях. Они также отвечают требованиям, касающимся срока службы и устойчивости к солевому туману (класс защиты от коррозии C5M согласно стандарту DIN EN ISO 12944), и потому могут эксплуатироваться в береговых зонах с высоким содержанием солей в воздухе.
Рис. 2. Вентиляторы для охлаждения трансформаторов отвечают всем требованиям к системам охлаждения трансформаторов большой мощности и поставляются в диапазоне размеров от 500 до 1250 мм.
Корпус вентилятора повышает его КПД
Корпус вентилятора, крыльчатка HyBlade®, ЕС-двигатель GreenTech со встроенной управляющей электроникой или асинхронный AC-двигатель и защитная решетка на стороне забора воздуха – все эти компоненты модулей абсолютно согласованно функционируют по принципу «включай и работай». Например, благодаря оптимизации аэродинамических характеристик удалось одновременно снизить турбулентность воздушного потока и рабочий шум. Два типа двигателей отвечают требованиям действующей директивы ЕС по экологизации.
Аэродинамически усовершенствованная крыльчатка, выполненная из композитных материалов, имеет в основании алюминиевую пластину, которая крепится непосредственно к ротору двигателя. Это позволяет значительно уменьшить рабочий шум и повысить КПД в сравнении с крыльчаткой с традиционными лопатками.
Монтажная опора двигателя, также имеющая контактную защиту, установлена на стороне забора воздуха. В качестве дополнительного оборудования предлагается защитная решетка, устанавливаемая на стороне выпуска воздуха. Защитная решетка и корпус вентилятора выполнены из горячеоцинкованной листовой стали с дополнительным защитным покрытием. На стороне выпуска воздуха также установлен кольцевой фланец для крепления непосредственно к радиатору. Положительный эффект от применения такого типа корпуса очевиден, особенно если вентилятор работает с забором свободного воздуха (что типично для трансформаторов с масляным охлаждением) (рис. 3). Турбулентность воздушного потока сводится к минимуму, что способствует увеличению интенсивности потока и, как следствие, КПД вентилятора (рис. 4).
Рис. 3. Установка осевого вентилятора без корпуса приводит к потерям интенсивности воздушного потока (слева). Использование корпуса вентилятора может существенно повысить производительность вентилятора в рабочем диапазоне.
Рис. 4. Вентиляторы в корпусе показывают более высокие аэродинамические характеристики и более высокий КПД, что обеспечивает более высокий КПД всей системы (1) в сравнении с системами, в которых установлены бескорпусные вентиляторы (2).
'' Компании, положившиеся на надежную ЕС-технологию GreenTech, делают еще один шаг в направлении энергоэффективности.
Управление частотой вращения в зависимости от требуемой интенсивности охлаждения
Компании, положившиеся на надежную ЕС-технологию GreenTech, делают еще один шаг в направлении энергоэффективности. ЕС-двигатели в основном представлены синхронными двигателями с ротором на постоянных магнитах. В конструкции такого двигателя ротор со встроенными магнитами синхронно следует за вращающимся магнитным полем статора, создаваемым электронным способом. Управляющая электроника позволяет плавно регулировать производительность вентилятора (линейно по отношению к частоте его вращения). Управление может осуществляться либо с помощью заданных аналоговых сигналов 0–10 V (напр., от датчика температуры масла или датчика давления масла) или цифровых сигналов ШИМ или MODBUS. При использовании сети MODBUS можно объединять в группы несколько вентиляторов. В такой конфигурации можно реализовать функции диагностики и мониторинга, которые в конечном счете также способствуют надежной работе. Описанные настройки позволяют управлять в целом всей системой более экономичным образом, снижая затраты в течение всего жизненного цикла системы.
Чтобы не допустить образования горячих точек на теплообменнике после выключения отдельных вентиляторов, специалисты ebm-papst рекомендуют оставлять все вентиляторы в работе под неполной нагрузкой. В итоге воздушный поток, проходящий через радиатор, становится более равномерным. Положительный побочный эффект: двигатель сильно не нагревается, что продлевает срок службы вентилятора.
Другой особенностью работы под неполной нагрузкой, вытекающей из действия законов физики, является значительное снижение энергопотребления и уровня рабочего шума. Электрическая входная мощность пропорциональна частоте вращения вентилятора, возведенной в третью степень (Pe ~ n³). Это означает, что при снижении оборотов вентилятора на 50% потребляемая мощность составит всего 12,5% в сравнении с потребляемой мощностью при 100% оборотов. Это также приводит к снижению уровня рабочего шума на 15 дБ (рис. 5).
Рис. 5. На графике показана возможная экономия энергии и снижение шума путем сравнения режима работы, предполагающего выключение вентиляторов, с режимом плавной регулировки частоты вращения.
Простота ввода в эксплуатацию и широкое применение по всему миру
Особенности конструкции, ориентированные на практическое использование, существенно упрощают ввод в эксплуатацию вентиляторов для охлаждения трансформаторов. В частности, можно установить вентилятор прямо на корпусе в горизонтальном или вертикальном положении. Имеется удобный доступ к клеммной коробке двигателя для подключения питания, причем коробка изолирована от блока электроники. Разработчики побеспокоились и о том, чтобы в коробке были установлены высококачественные клеммы. Вентиляторы спроектированы с учетом эксплуатации в разных регионах мира. Они могут работать от электросети с напряжением 200–240 В или 380– 480 В (3 фазы, 50 / 60 Гц), отвечают требованиям всех применимых стандартов (UL, CSA, EAC и CCC), требованиям степени защиты IP55, а также требованиям стандарта DIN EN 50216-12 («Фитинги силовых трансформаторов и реакторов». Часть 12. Вентиляторы).
АВТОР: АНДРЕАС ШНАЙДЕР (ANDREAS SCHNEIDER), ИНЖЕНЕР-ПРОЕКТИРОВЩИК, EBM-PAPST В МУЛЬФИНГЕНЕ
Вы хотели бы получить больше информации по этой теме? Контактное лицо для направления Ваших вопросов: Andreas.Schneider@de.ebmpapst.com
