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Selbstkühlender Transformator oder Drosselspule mit Wellblech-oder Röhrenkessel
Es ist bekannt, dass bei selbstkühlenden Transformatoren oder Drosselspule die glatte Oberfläche des Ölkessels nur bei kleinen Leistungen ausreicht, um die Verlustwärme abzuführen. Bei grösseren Leistungen werden daher die Wandungen des Kessels aus Wellblech in Tiefwellenform ausgeführt, um die warmeab- gebende Oberfläche zu vergrössern oder man verwendet den Harfenrohrkessel. Da der Hauptteil der Wärmeverluste in den Wicklungen auftritt, beteiligt sich das im Kessel befindliche Öl am natürlichen Ölumlauf praktisch nur vom unteren Wicklungsende ab. Die unterhalb der Wicklungen befindlichen beträchtlichen Ölmengen stagnieren und bleiben kalt.
Thermisch gesehen, sind daher diese Ölmengen nicht oder nur in sehr geringem Ausmass für die Kühlung von Wert. Im Gegenteil, das unterhalb der Wicklungen stagnierende kalte Öl stört sogar den natürlichen Ölumlauf, wenn die Kühlrohre oder-taschen zu tief in den Bereich der ruhenden Bodenschichten der Kühlflüssigkeit herabgezogen werden, weil das kalte und daher schwere Öl im Bereich des Kesselbodens das Herabsinken des noch ein wenig wärmeren Öls aus den Kühltaschen in den Kessel verhindert. Man hat daher schon vorgeschlagen, bei gleicher Kühlwirkung dadurch an Material und Gewicht zu sparen, dass man die Kühlelemente nicht bis zum Boden herunterzog,
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eingeführt hat.
Es sind ferner selbstkühlende Transformatoren mit Wellblech- oder Röhrenkessel bekannt, bei denen über eine oder mehrere vom Deckel- zum Bodenbereich des Kessels führende Rohrleitungen und mittels Pumpen Warmöl aus dem Deckelbereich zu den an der natürlichen Thermik nicht beteiligten kalten Bodenschichten des Kühlmittels gefördert wird. Bei diesen Transformatoren wird also durch einen von Pumpen erzeugten Ölzwangsumlauf kaltes Öl aus dem Bodenbereich des Kessels in den Kühlkreislauf mit ein" bezogen. Durch die Zuführung von Warmöl aus dem Deckelbereich zum Bodenbereich, die in einem offenen oder auch geschlossenen Rohrsystem durchgeführt werden kann, erhöht sich ausserdem zwangsläufig die Temperatur des kalten Bodenöls unter Herabsetzung der Viskosität des Öls.
Infolge des Ölzwangsumlaufs sowie durch zusätzliche Erwärmung des kalten Bodenöls verschiebt sich der Temperaturverlauf der Wicklung und der des Öls über die Kesselhöhe betrachtet derart, dass die Wicklungs- und Öltemperatur längs der gesamten Kesselhöhe. etwa der des Deckelbereichs entspricht.
Um auch ohne Pumpen einen Zwangsumlauf des Öls zu erzielen, ist es bekannt, an dem vom Deckelzum Bodenbereich des Kessels führenden Rohr eine Heizvorrichtung anzubringen, die die Funktion einer Pumpe übernimmt. Bei dieser Art der Zwangsumlaufkühlung wird also zusätzliche Wärme dem Transformatorenöl zugeführt, was sich nachteilig auf die Kühlleistung des Transformators auswirkt, da ja die zusätzlich eingespeiste Wärme ebenfalls wieder abgeführt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Beteiligung des kalten Bodenöls am gesamten na- türlichen Ölumlauf sicherzustellen, u. zw. gerade derart, dass kein Ölzwangsumlauf stattfindet. Dies wird erfindungsgemäss bei einem selbstkühlenden Transformator oder einer Drosselspule mit Wellblech- oder Röhrenkessel bzw.
Radiatorenkessel und mit einer oder mehreren vom Deckel-zum Bodenbereich des Kessels fahrenden Rohrleitungen mit Pumpen zur Förderung von Warmöl aus dem Deckelbereich zu den an der natürlichen Thermik sonst nicht beteiligten kalten Bodenschichten des Kühlmittels dadurch erreicht, dass die Förderhöhe der Pumpen gerade ausreicht, um den Druckunterschied zwischen zwei der Wicklungshöhe in der Länge entsprechenden Ölsäulen von maximal 500C Temperaturdifferenz zu überwinden und die zum Bodenbereich geförderte Warmölmenge gerade dem natürlichen Öldurchsatz der Wicklung bei der
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dann verminderten Viskosität des Öls am unteren Wicklungsende entspricht.
Nach der Erfindung ist das Bodenöl nicht mehr toter Ballast, vielmehr erhöht sich infolge seiner Beteiligung am Ölumlauf die Wärmekapazität des Transformators und damit seine Überlastbarkeit. Der An-
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Dieser Anteil wird nunmehr aktiv in den Umlauf des Öls einbezogen, u. zw. gerade derart, dass kein Öl- zwangsumlauf auftritt. Bei konstanten Verlusten des Transformators wird seine Erwärmung also kleiner bleiben, d. h., es findet eine Drehung der Temperaturcharakteristik der Wicklung längs der Kesselhöhe statt, im Sinne einer Senkung der Temperatur des heissesten Wicklungspunktes und nicht wie bei den be- kannten Transformatoren im Sinne einer völligen Angleichung aller Wicklungstemperaturen aneinander.
Der Energiebedarf der Pumpen für die Zuführung des Warmöls entsprechend der Erfindung ist gering, da das heisse Öl an sich die Tendenz hat, bei im Deckelbereich untergebrachten Pumpen in den Saug- stutzen der Pumpe einzutreten. Das spezifisch etwas leichtere heisse Öl muss lediglich gegen den Druck des kälteren Öls im unteren Teil des Transformators nach unten gefördert werden. Dieser Druckunterschied zwischen gleich hohen Säulen heissen und kalten Öls, die beide unter dem statischen Druck des Öls im Konservator stehen, ist klein und beträgt bei 2 m Ölhöhe und einer Temperaturdifferenz von 700C zwischen heissem und kaltem Öl 100mm WS oder 10-2 atü. Die Pumpen haben daher praktisch nur den Strömungswiderstand zu überwinden, der durch ausreichende Rohrquerschnitte genügend klein gehalten werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Ölpumpen 1, die am Kesseldeckel 2 des Transformators 3 angeordnet sind, saugen heisses Öl an und drücken es durch eine Rohrleitung 4, die in einer Ecke 5 des Kessels verlegt ist, nach unten. An das Rohr 4 ist eine Rohrleitung 6 angeschlossen, die in Nähe des Kesselbodens 8 um das untere Joch des Eisenkernes gelegt ist. Mit Rücksicht auf Schlammablagerungen am Kesselboden wird man die Ringleitung einige cm über dem Boden verlegen. Die Ringleitung ist mit Öffnungen 9 in Form von Bohrungen oder Düsen versehen, durch die das heisse Öl nach-oben und nach der Seite zu austritt.
Durch diese Massnahme und bei Zufuhr von Warmöl in der Menge, die gerade dem natürlichen Öldurchsatz der Wicklung bei der dann verminderten Viskosität des Öls am unteren Wicklungsende entspricht, werden die kalten Ölschichten des Bodenbereiches, die etwa 20 - 250/0 der gesamten Ölfüllung betragen, aktiv in den Kühlkreislauf einbezogen. Durch die Anwärmung des Öls wird die Zähigkeit des in die Ölkanäle der Wicklung eintretenden Öls vermindert, die Strö- mungswiderstände werden kleiner, die natürliche Ölumlaufgeschwindigkeit steigt und damit auch die Kühlwirkung.
Der Eisenkern des Transformators ist mit 7, die Wicklungen sind mit 12 bezeichnet. Zur Abführung der Verlustwärme sind amKesselKühltaschen 10 angebracht, die gegebenenfalls auch tiefer als allgemein üblich, herabgezogen werden können, wie es bei 13 angedeutet ist. Die vertikale Rohrleitung 4 an den Kesselecken kann mit einer Wärmeisolation versehen sein, damit möglichst warmes Öl im Bodenbereich des Kessels austritt. Durch Vermischung mit dem kalten Bodenöl ist die Übertemperatur des aufsteigenden Öls gegenüber den kalten. Ölmengen am Kesselboden begrenzt und von der Menge des zugeführten Warmöls abhängig.
Es genügt schon eine sehr kleine Pumpenleistung, um die erforderliche Menge Warm- öl zum Boden zu fördern, da die wirksame Energie, die den Ölumlauf und damit die Kühlleistung steigert, in der Wärme des vom Deckel-zum Bodenbereich geförderten Warmöls steckt und nicht von den Pumpen aufgebracht wird. Zum Antrieb der Pumpen sind die Motoren 11 vorgesehen. Die Pumpen 1 mit ihren Motoren 11, die vertikalen Rohrleitungen 4 und die Ringleitung 6 können mit dem Transformator 3 eine konstruktive Einheit bilden und bei der Montage gemeinsam in den Kessel eingesenkt werden. Elektrisch bestehen hiegegen keine Bedenken, weil in den Kesselecken genügend Platz vorhanden ist, um die Rohre 4 in ausreichendem Abstand von der Wicklung unterzubringen. Das gleiche gilt auch für die Ringleitung 6.