ONAN versus ONAF transformatorkoeling: vermogen, verliezen en keuze

ONAN versus ONAF verwijst naar de externe luchtstroom. ONAN staat voor Oil Natural Air Natural: de olie circuleert door drijfkracht en de omgevingslucht voert de warmte van de radiatoren af. ONAF staat voor Oil Natural Air Forced: de olie circuleert nog steeds op natuurlijke wijze, terwijl ventilatoren lucht over de radiatoren blazen. Een hogere ONAF-classificatie hoort bij het goedgekeurde ontwerp en het typeplaatje van de transformator; het plaatsen van ventilatoren alleen leidt niet tot een nieuwe classificatie. Voor de aanschaf van ONAN- of ONAF-systemen controleert deze handleiding de classificatieschema's, verliesfactoren en bewijsmateriaal van acceptatietests. De vergelijking van de basiskoelingsmethoden behandelt de werkingsprincipes en de routinematige selectie.

Wat betekenen ONAN en ONAF in de context van koeling van vermogenstransformatoren?

De vierlettercode beschrijft de interne vloeistof, de circulatie ervan, het externe koelmedium en de beweging van dat medium. ONAN en ONAF behouden over het algemeen de eerste drie letters. De laatste letter verandert van natuurlijke lucht naar geforceerde lucht. IEC 60076-2:2011 behandelt koelingsaanduidingen, temperatuurstijgingslimieten en temperatuurstijgingstests voor vloeistofgekoelde vermogenstransformatoren.

Door de koelcodes van transformatoren correct te lezen, voorkomt u dat de verkeerde koelapparatuur wordt besteld. Een complete transformatorspecificatie koppelt de code aan de gegarandeerde bedrijfsbelasting.

Voor een inkoopingenieur die configuraties van oliegekoelde transformatoren vergelijkt , legt deze code het koelmechanisme uit. Het typeplaatje en het gegarandeerde vermogensschema geven de toegewezen output aan. Geen van beide vervangt de ander.

Waarom staat er op sommige oudere Noord-Amerikaanse transformatorplaatjes OA/FA in plaats van ONAN/ONAF?

OA en FA zijn verouderde aanduidingen voor respectievelijk zelfgekoelde olie-lucht- en geforceerde luchtkoelingstrappen. Ze komen vaak overeen met ONAN en ONAF op oudere apparatuur. Behoud het originele typeplaatje en de bijbehorende ANSI- of IEEE-specificatie bij het matchen van een bestaande unit; de verouderde FOA-aanduiding vereist aanvullende details over de oliestroom voordat deze kan worden gekoppeld aan een moderne oliepompklasse.

Wat is het verschil tussen oliecirculatie en luchtstroom in de radiator bij ONAN en ONAF?

Beide systemen zijn afhankelijk van natuurlijke oliecirculatie. Warmere olie stijgt op vanuit het wikkelingsgebied en koelere olie stroomt terug vanuit de radiatoren. ONAF-ventilatoren verbeteren de warmteafvoer aan de luchtzijde. De koelmethode van de transformator verandert de warmtebalans. Het woord 'natuurlijk' betekent echter niet dat de oliesnelheid bij elke belasting en temperatuur gelijk blijft.

Automatische koeling en geforceerde koeling reageren verschillend op een verandering in de belasting. Koelsystemen voor transformatoren moeten daarom worden beoordeeld in de daadwerkelijke koeltoestand.

In hun thermische modelstudie uit 2025 in Energies gebruikten Lukasz Staszewski en Waldemar Rebizant tijdconstanten voor de bovenste olielaag van 180 minuten voor ONAN en 120 minuten voor ONAF. Deze thermische tijdconstanten zijn studieparameters en geen inbedrijfstellingsinstellingen voor elke transformator. Hun vergelijking laat ook zien waarom een ​​trage reactie van de olietemperatuur niet moet worden beschouwd als bewijs dat de temperatuur van het heetste punt in de wikkeling traag reageert.

Bij volledige belasting stroomt de warmte van de transformatorwikkelingen via de isolatie en de vloeistof naar de koelradiatoren. Warmteoverdracht en warmteafvoer naar de omgevingslucht beïnvloeden het koelvermogen. De wikkeling en de kern hebben verschillende verliescomponenten.

Neem bijvoorbeeld een installatie met vrije ventilatiekanalen voor de radiatoren in de winter, maar een opslagruimte die deze kanalen in de zomer blokkeert. Het inschakelen van de ventilatoren heft de installatiebeperking niet op. De plantmanager heeft de voorgeschreven vrije ruimtes en ventilatie nodig voordat hij de hogere capaciteit kan overwegen.

Hoeveel extra MVA-capaciteit voegt ONAF toe aan het basisvermogen van ONAN?

De verhoging betreft het verschil tussen de werkelijke nominale waarden, niet een universeel percentage. Een voorbeeld van een 30/40 MVA ONAN/ONAF-typeplaat laat een verhoging van 10 MVA zien, oftewel 33.3% ten opzichte van de basiswaarde van 30 MVA. Een 30/40/50 MVA-typeplaat met de aanduiding ONAN/ONAF/ONAF toont een tweede geforceerde luchttoevoertrap. Deze voorbeelden illustreren de berekeningen en geven geen toestemming voor het verhogen van het vermogen van een bestaande unit.

IEEE C57.12.10 behandelt de eisen voor vloeistofgekoelde vermogenstransformatoren binnen het gedefinieerde toepassingsgebied. De aankoopspecificatie moet de toepasselijke editie en classificatietabel vermelden. Een percentage dat aan één classificatiecategorie of ontwerp is toegekend, mag niet worden geëxtrapoleerd naar andere categorieën.

Waarom staan ​​er op het typeplaatje van een ONAN/ONAF-transformator met dubbele classificatie twee of drie MVA-waarden vermeld?

Elke invoer toont het vermogen dat is toegewezen aan de koelfasen onder de aangegeven omstandigheden. Een 30/40/50 MVA ONAN/ONAF/ONAF-unit bestaat niet uit drie afzonderlijke transformatoren. De natuurlijke koelfase en de daaropvolgende geforceerde luchtkoelingsfasen zijn verschillend. De temperatuur, belasting en operationele logica kunnen door de controller worden gebruikt om de fasen te selecteren; MVA-waarden zijn geen instelpunten voor het starten van de ventilator.

Nettowinstenoverzicht van ONAN naar ONAF: een uitgewerkte verliesvergelijking

Dit voorbeeld gaat uit van een transformator van 30/40 MVA met een nullastverlies van 22 kW, een weerstandsverlies van 125 kW bij basisstroom en een ventilatorbelasting van 4.8 kW. Spanning, frequentie en wikkelweerstand worden constant gehouden en veranderende strooiverliezen en harmonische verliezen worden buiten beschouwing gelaten. Dit zijn voorbeelden ter illustratie en geen garanties of offertes van DEMIKS.

Het financiële team kan een eigen tarief gebruiken om de energiekosten van de ventilatoren te bepalen. De thermisch ingenieur kan transformatorverliezen gebruiken in plaats van alle elektriciteit voor de centrale als warmte in het oliecircuit te beschouwen. Voor een vergelijking bij aankoop worden deze vereenvoudigde aannames vervangen door gegarandeerde metingen van de belastingsverliezen en het werkelijke bedrijfsprofiel.

Veranderen de limieten voor temperatuurstijging bij de overstap van ONAN naar ONAF?

Alleen de werking van de ventilator zorgt niet voor een hogere isolatietemperatuur. Elk toegewezen koelvermogen moet aan de bijbehorende thermische eisen voldoen. De temperatuurstijging is het verschil ten opzichte van de temperatuur van het koelmedium. Het is geen absolute olie- of wikkelingstemperatuur, noch een alarm- of uitschakelwaarde.

De levensduur van een transformator wordt beïnvloed door de thermische belasting. Voor een vergelijking van de levensduur van de isolatie is het beter om naar de historische wikkelingstemperaturen te kijken in plaats van naar het aantal draaiuren van de ventilator.

IEC 60076-2 regelt de eisen en tests met betrekking tot temperatuurstijging. IEC 60076-7:2018 behandelt de belasting, bedrijfstemperaturen en thermische veroudering van minerale olietransformatoren. Voor apparatuur die is aangeschaft volgens de IEEE-normen, dienen de bijbehorende algemene eisen, testcode en belastingrichtlijn gezamenlijk te worden beoordeeld voor de aankoopspecificatie. Combineer het thermische model van het ene document niet met de acceptatiegrenzen van een ander document.

“De IEC- en IEEE-normen zijn niet uitwisselbaar.” Lukasz Staszewski en Waldemar Rebizant, Energies (2025)

Uit de simulatie van Staszewski en Rebizant bleek dat het model dat de heetste hotspot voorspelde, verschilde tussen statische en actieve meertrapskoeling. Dit waarschuwt ervoor om geen van beide richtlijnen voor belading als universeel conservatief te beschouwen. De actieve sequentie in de studie omvat zowel OFAF als ONAF; de resultaten kunnen niet zomaar worden geïnterpreteerd als een gemeten levensduurvoordeel van alleen ONAF.

Hoe verhouden de belastingsverliezen, het vermogen van de hulpventilator en het geluidsniveau zich bij ONAN- versus ONAF-werking?

Bij dezelfde elektrische belasting zorgen ventilatormotoren voor extra stroomverbruik. Bij een hogere ONAF-belasting voert de transformator ook meer warmte af die verband houdt met de belasting. Weerstandsverwarming volgt het kwadraat van de stroom bij een vaste weerstand; het volgt niet lineair het MVA-vermogen. Geluidsprestaties vereisen een gespecificeerde meetbasis en een garantie voor het inschakelen van de ventilator, in plaats van een algemene toename in decibels.

ONAF versus ONAN bij dezelfde elektrische belasting

De gepubliceerde studie over het schatten van de temperatuur van het heetste punt in transformatoren richt zich op thermisch gedrag met behulp van modelleringstechnieken. Bij daadwerkelijke aankopen is het echter noodzakelijk om de gemeten nullastverliezen, belastingsverliezen en ventilatorvermogen te scheiden en relevante referentietemperaturen toe te passen. Harmonischenrijke belastingen vereisen een aparte behandeling; de vereenvoudigde boekhoudmethode houdt hier geen rekening mee.

Wervelstromen dragen bij aan de extra verliescomponenten die bij de eenvoudige berekening met vaste weerstand buiten beschouwing worden gelaten. Gebruik het gegarandeerde verliesschema voor de uiteindelijke vergelijking van het elektrisch vermogen.

Een datacenter met continue belasting en een seizoensgebonden procesinstallatie hebben mogelijk dezelfde piek-MVA nodig, maar kopen deze op verschillende manieren in. Het financiële team van een datacenter beoordeelt wellicht het energieverbruik van de ventilatoren en de verliezen door overbelasting, terwijl de seizoensgebonden procesinstallatie de toegewezen capaciteit voor productiepieken wellicht meer waardeert. Een lagere aankoopprijs maakt deze vergelijking niet per se doorslaggevend.

Bij welke wikkelings- en olietemperaturen starten en stoppen de ONAF-koelventilatoren?

Ze starten en stoppen bij de door de transformatorfabrikant goedgekeurde regelinstellingen voor die transformator. ONAN en ONAF zijn aanduidingen voor koeling en geen absolute temperatuurinstelpunten. De olietemperatuurindicator en de wikkelingstemperatuurindicator kunnen verschillende functies hebben. De functies voor het aan- en uitzetten van de regeling, resetten en alarmen moeten de gemeten grootheid en fase identificeren.

Voor het bewaken van de transformatortemperatuur is een gedefinieerde verbinding tussen de sensor en de controller vereist.

Een conventioneel thermisch beeld van een WTI (Waite Induction Terminal) toont de opwarming van de wikkeling met behulp van een stroomgerelateerde opstelling; een direct glasvezelsysteem meet dit met een andere opstelling. De inbedrijfstelling van de apparatuur moet gebeuren volgens de meegeleverde instructies. De thermische modelstudie benadrukt de noodzaak om onderscheid te maken tussen de reactie van de olie en de reactie van hotspots in de wikkeling.

• Registreer de goedgekeurde ophaal- en resetinstellingen voor elke ventilatorgroep.
• Test de automatische en handmatige bediening, de motorrotatie, de indicatie voor een mislukte start en de herstartprocedure.
• Registreer de werkelijke ventilatorstroom en het signaal dat naar het stationsbesturingssysteem wordt verzonden.
• Houd thermische alarmen, uitschakelingen en drempelwaarden voor fasebesturing afzonderlijk gelabeld.

Tijdens een piekdienst is een ventilatoraanzetcommando zonder motorstroom een ​​capaciteitsprobleem, zelfs als het display er normaal uitziet. De bedrijfsvoering vereist een geverifieerde indicatie van de werking en een goedgekeurde noodinstructie voor de belasting. Een veronderstelde vertraging van 30 of 60 minuten is geen veilig alternatief voor die instructie.

Wanneer moet je overstappen van ONAF naar OFAF, ODAF of KNAN/KNAF esterkoeling?

Kies voor oliekoeling met pompen wanneer het thermisch ontwerp van de transformator dit vereist; er is geen enkele MVA-grens waarbij ONAF onmogelijk wordt. Kies een andere klasse isolatievloeistof op basis van een isolatie- en brandveiligheidsbeoordeling. Er moeten aparte keuzes worden gemaakt met betrekking tot de vloeistof- en oliestroom en de toevoeging van radiatorventilatoren.

Wat is het verschil tussen ONAF-, OFAF- en ODAF-koeling in grote transformatorstations?

ONAF maakt gebruik van natuurlijke oliestroming. OFAF maakt gebruik van geforceerde oliecirculatie zonder de aanduiding voor gerichte wikkelstroming. ODAF leidt geforceerde olie door speciaal daarvoor bestemde wikkelkanalen. Alle drie maken gebruik van geforceerde externe lucht. Dit onderscheid is belangrijk bij het specificeren van pompen en debietbewaking, en bij de reactie op een defecte koeltrap.

Vloeistofgekoelde transformatoren vallen onder het kader van IEC 60076-2 ; droge transformatoren hebben hun eigen eisen. Voor een binnenproject moet rekening worden gehouden met inkapseling, ventilatie, brandveiligheid en toegang voor onderhoud alvorens een keuze te maken tussen vloeistofgekoelde en droge transformatoren.

Kan een bestaande ONAN-transformator achteraf worden uitgerust met ONAF-koelventilatoren?

Ventilatoren kunnen worden toegevoegd als onderdeel van een technische aanpassing aan het koelsysteem, maar een hogere continue belasting vereist beoordeling en goedkeuring van de fabrikant. Radiatoren zijn slechts één van de vele beperkingen. Ook doorvoeringen, aansluitingen, tapwisselaars, stroomtransformatoren en beveiligingsinstellingen moeten worden gecontroleerd op basis van de beoogde belasting.

Een aanpassing voor een hogere continue bedrijfsbelasting moet worden beoordeeld aan de hand van het oorspronkelijke thermische ontwerp. Dit geldt voor de distributietransformator en grote vermogenstransformatoren; alleen het formaatlabel geeft geen indicatie van een hogere capaciteit.

Een koper die een ONAN-unit overneemt, moet eerst het originele garantieschema en de koeltekeningen verkrijgen. Sommige units waren voorbereid op een toekomstige ombouw naar geforceerde luchtkoeling; andere niet. Een los te monteren ventilatorkit is daarom niet gelijk aan een goedgekeurde ONAF-conversie. De IEEE-vereisten voor transformatoren bieden de context voor de aanschaf, terwijl de specifieke engineering van de unit bepaalt welke aanpassingen zijn toegestaan.

Een nuttige vraag over mogelijke storingen is: Wat beperkt het voorgestelde hogere vermogen nadat de luchtstroom door de radiator is verbeterd? Als het antwoord een stroomlimiet van de doorvoerbus of de tapwisselaar is, dan biedt de verbeterde luchtstroom geen oplossing. De inkoopafdeling moet de volledige omvang van de modificatie en verificatie, inclusief beheersmaatregelen en onderhoudswerkzaamheden, in kaart brengen voordat deze wordt vergeleken met vervanging.

Hoe specificeer je ONAN/ONAF-koeltrappen en de totale eigendomskosten in een offerteaanvraag voor transformatoren?

Gebruik voor elke offerte hetzelfde tarief, belastingprofiel en evaluatieperiode. Specificeer voor elke koeltrap het vermogen, de bedrijfsomstandigheden, de gegarandeerde verliezen, de hulpvraag en de reservecapaciteit volgens hetzelfde schema. De totale eigendomskosten omvatten de aanschafkosten, de geschatte energieverliezen en het onderhoud gedurende de beoogde gebruiksduur.

De onderstaande 6-Gate Cooling Stage Handover Check zet het schema om in een knelpuntenkaart. Het is een redactioneel inkoopkader gebaseerd op de hier besproken koelmechanismen, laadrichtlijnen en testfuncties; het is geen aanvullende industriestandaard.

Voor een illustratief jaarlijks energieverbruik en kosten van de ventilator, vermenigvuldigt u 9,600 kWh met het lokale tarief. Tel daar de geschatte transformatorverliezen bij de werkelijke belasting bij op. Dit biedt de financiële afdeling een controleerbare input in plaats van een beloofde terugverdientijd. Een basis ONAN-vermogen kan gerechtvaardigd zijn voor continu gebruik of voor de betrouwbaarheid van de hulpstroomvoorziening; een gefaseerd ONAF-ontwerp kan aantrekkelijk zijn voor cyclische pieken. Vergelijk de gegarandeerde vermogensschema's voordat u een beslissing neemt.

Hoe ONAN- en ONAF-waarden te verifiëren tijdens temperatuurstijgings- en hoogspanningsacceptatietests in de fabriek

De verificatie begint met het overeengekomen testplan: koelingsopstelling, toegewezen vermogens, verliesparameters, omgevingsmetingen, weerstandsmetingen en acceptatiecriteria. IEC 60076-2 definieert temperatuurstijgingstesten. De fabrikant en de koper bepalen hoe de toepasselijke norm de toegewezen fasen aantoont; dit artikel schrijft geen verplichte testprocedure voor elke transformator voor.

1. Bevestig het bewijsmateriaal van de fase. Identificeer de koeltoestand, testverliezen, nominale stroombasis, temperatuurmetingen en acceptatiegrenzen.
2. Leg de metingen vast. Registreer de omgevings- en olietemperatuur, de elektrische ingangen en de wikkelweerstand met de tijdsduur die de testmethode vereist.
3. Controleer de berekeningen. Voeg de uitschakeltijd, de afkoelingscurve, de referentietemperaturen en de extrapolatiemethode toe aan het rapport.
4. Voltooi het voorgeschreven acceptatieprogramma. Diëlektrische en partiële-ontladingstests hebben hun eigen spannings-, methode- en volgorde-eisen. Een thermische test vervangt deze niet.

Volgens de pagina van DEMIKS over testconsoles voor transformatorkarakteristieken , omvat het DHT-208-aanbod tests voor belasting/nullastkarakteristieken en andere transformatortests. De voedingsbron, de meetketen en de temperatuurstijgingsregeling moeten afgestemd zijn op het project.

Het DEMIKS assortiment gelijkstroomweerstandstesters voor wikkelingen omvat verschillende stroom- en weerstandsbereiken per model. Kies voor de wikkelings- en registratiefunctie het juiste instrument en combineer niet de laagste teststroom van het ene model met de hoogste teststroom van een ander model. Voor een breder acceptatieprogramma dient u hoogspanningstestapparatuur en apparatuur voor partiële ontladingsmetingen te specificeren die aansluiten bij de daadwerkelijke testvereisten.

Veelgestelde Vragen / FAQ

Wilt u een acceptatietest voor de koelfase plannen? Stuur DEMIKS het transformatorvermogensschema, de wikkelgegevens en het vereiste testplan. Stem de console, de weerstandsmetingsapparatuur en de hoogspanningsapparatuur af op het plan en selecteer de juiste modellen.

Gerelateerd lezen

• Vereisten voor het testverslag bij gedeeltelijke ontlading
• Productopties voor oliegekoelde transformatoren

Referenties en bronnen

• IEC, IEC 60076-2:2011: Temperatuurstijging voor vloeistofgekoelde transformatoren.
• IEC, IEC 60076-7:2018 laadhandleiding.
• IEEE, C57.12.10 Eisen voor vloeistofgekoelde vermogenstransformatoren.
• Lukasz Staszewski en Waldemar Rebizant, Energies 18(24), 6469 (2025), vergelijking van thermische modellen.
• Schatting van de temperatuur van het heetste punt in transformatoren met behulp van een adaptief neuro-fuzzy inferentiesysteem..