CN117672673B - 一种干式变压器的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变压器技术领域，具体的说是一种干式变压器的散热结构，包括：铁芯、绕组、安装支架、接线端子、传热箱、导热板、铜制热管、散热鳍片、横流风机、传热风机、传热槽；通过铜制热管内相变冷却液的气液转换，从而实现了将导热板所吸收的自绕组处产生的热量迅速转移至冷却装置的散热鳍片中的技术效果，热管内的压强为负压，且铜制热管在导热板中自上而下均匀等间距排列有多个，而散热鳍片则是由多个表面积远大于导热板的铝制薄片等间距堆叠而成，因此散热鳍片也能够确保将铜制热管传递至此处的热量快速吸收，从而确保铜制热管末端的温度始终低于导热板出的温度，从而确保上述热量转移过程能够持续高效进行。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体的说是一种干式变压器的散热结构。
背景技术
现代化生产和生活离不开电，而电力传输及获得各种等级的电压则离不开变压器。变压器是一种利用线圈间的电磁感应作用来工作的电器，其主要是通过把与电源相连的初级绕组和与负载相连的次级绕组包围在铁芯上，借由绕组之间交变磁通的相互联系，起到将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能的作用。
变压器在运行过程中，铁芯和绕组中由于铁芯的磁滞损耗、涡流损耗和绕组的铜损耗而产生热量，这些热量会使变压器的温度升高，而从影响变压器的绝缘强度和使用寿命。因此，变压器往往还需要设置冷却装置，以及时将热量散逸出去，从而保持变压器的正常运行。根据冷却装置冷却介质的不同，变压器主要可以分为以空气为冷却介质的干式变压器和以矿物油或其他绝缘液体作为冷却介质的油浸式变压器，其中干式变压器以其占地少、维护成本低等优点而广受欢迎。
干式变压器的散热方式通常包括自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）两部分，正常工作状态下，变压器依靠自身的散热面积和空气的自然对流来散发热量，进行自然空冷；而一旦发生过负荷的紧急事件，干式变压器铁芯底部安装的冷却风机将会启动，进行强迫风冷，来将常温空气持续向上输出，以加速空气对流，将变压器处所产生的热量向上排出；然而，对过负荷时铁芯与绕组间积聚的大量热能，安置在变压器两侧边缘的底部风机所能起到的对流散热作用有限，难以起到及时有效的降温冷却效果。
鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明提出了一种干式变压器的散热结构。
发明内容
为了弥补现有技术的不足， 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种干式变压器的散热结构，包括：
变压器本体，所述变压器本体由铁芯，套设在铁芯上的绕组，以及用于固定铁芯和绕组的安装支架组成；
接线端子，所述绕组后端固定连接有接线端子，所述接线端子用于将变压器本体与外部电路相连；
还包括：
传热装置，所述传热装置用于将铁芯与绕组间产生的热量导出至变压器本体外；
冷却装置，所述冷却装置与传热装置相连，与传热装置一同将变压器本体产生的热量快速散逸出去，从而降低变压器本体的温度;
所述传热装置包括：
传热箱，所述传热箱插设在铁芯上的两绕组之间的间隙位置，所述传热箱与绕组外壁紧密贴合，所述传热箱通过下端的固定支架与安装支架固定连接；
导热板，所述导热板固定连接在传热箱前端；
铜制热管，U型结构的所述铜制热管穿过导热板侧壁水平横置在变压器本体前端，所述铜制热管内填充有相变冷却液；
所述传热箱后端固定连接有两竖直放置的传热风机，所述传热箱中部均匀开设有贯穿导热板的传热槽；
所述传热风机出风口为靠近传热箱的一端，且所述传热风机外壁与传热箱连接处铺设有缓冲垫片；
两所述传热风机的风扇旋向相反，所述传热风机接近绕组的一端与远离传热箱的一端均为进风口。
优选的，所述传热箱与导热板采用相同材质的高热导率金属制作而成，所述铜制热管沿导热板侧壁自上而下均匀等间距排列有多根。
优选的，所述铜制热管内部为由毛细多孔材料构成的粉末状烧结壁，所述铜制热管内部气压为负压。
优选的，所述冷却装置包括：
散热鳍片，固定连接在铜制热管上的所述散热鳍片为铝制薄片，所述散热鳍片沿铜制热管伸出方向等距排列；
横流风机，所述横流风机安装在散热鳍片的上下两侧，所述横流风机的两进风口位于下端以及靠近绕组一端，所述横流风机的出风口为其竖直向上一端。
优选的，所述横流风机通过放置变压器本体的箱体内壁的支架与箱体固定连接。
优选的，两所述传热风机的水平宽度之和小于两相邻绕组之间接线端子之间的距离。
本发明的有益效果如下：
1. 通过铜制热管内相变冷却液的气液转换，从而实现了将导热板所吸收的自绕组处产生的热量迅速转移至冷却装置的散热鳍片中的技术效果，热管内的压强为负压，且铜制热管在导热板中自上而下均匀等间距排列有多个，而散热鳍片则是由多个表面积远大于导热板的铝制薄片等间距堆叠而成，因此散热鳍片也能够确保将铜制热管传递至此处的热量快速吸收，从而确保铜制热管末端的温度始终低于导热板出的温度，从而确保上述热量转移过程能够持续高效进行。
2. 传热风机工作过程中，其接近绕组一端的进风口能够将含有绕组逸散出热量的空气吸入传热风机，再吹入传热槽中，借助传热槽将这些高温气体与传热箱、导热板以及位于变压器前端的散热鳍片相接触，从而实现将绕组后端逸散出的热量也能够借助冷却装置进行快速转移的技术效果；安装于同一传热箱的两传热风机的风扇旋向相反，从而能够分别带动携带两侧绕组产生热量的空气进行流动，提高了绕组后端热量的转移效率；在传热风机外壁与传热箱连接处还铺设有缓冲垫片，从而减轻了传热风机工作过程中的抖动对传热箱的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明前端的立体结构示意图；
图2是本发明后端的立体结构示意图；
图3是本发明前端结构的立体爆炸图；
图4是图3的A处局部放大图；
图5是本发明后端结构的立体爆炸图。
图中：1、变压器本体；2、铁芯；3、绕组；4、安装支架；5、接线端子；6、传热装置；7、冷却装置；8、传热箱；9、导热板；10、铜制热管；11、散热鳍片；12、横流风机；13、传热风机；14、传热槽。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合将结合说明书附图以及具体的实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，本发明实施例提供一种干式变压器的散热结构，包括：
变压器本体1，所述变压器本体1由铁芯2，套设在铁芯2上的绕组3，以及用于固定铁芯2和绕组3的安装支架4组成；
接线端子5，所述绕组3后端固定连接有接线端子5，所述接线端子5用于将变压器本体1与外部电路相连；
还包括：
传热装置6，所述传热装置6用于将铁芯2与绕组3间产生的热量导出至变压器本体1外；
冷却装置7，所述冷却装置7与传热装置6相连，与传热装置6一同将变压器本体1产生的热量快速散逸出去，从而降低变压器本体1的温度;
所述传热装置6包括：
传热箱8，所述传热箱8插设在铁芯2上的两绕组3之间的间隙位置，所述传热箱8与绕组3外壁紧密贴合，所述传热箱8通过下端的固定支架与安装支架4固定连接；
导热板9，所述导热板9固定连接在传热箱8前端；
铜制热管10，U型结构的所述铜制热管10穿过导热板9侧壁水平横置在变压器本体1前端，所述铜制热管10内填充有相变冷却液；
所述传热箱8后端固定连接有两竖直放置的传热风机13，所述传热箱8中部均匀开设有贯穿导热板9的传热槽14；
所述传热风机13出风口为靠近传热箱8的一端，且所述传热风机13外壁与传热箱8连接处铺设有缓冲垫片；
两所述传热风机13的风扇旋向相反，所述传热风机13接近绕组3的一端与远离传热箱8的一端均为进风口。
作为本发明的一种实施方式，所述传热箱8与导热板9采用相同材质的高热导率金属制作而成，所述铜制热管10沿导热板9侧壁自上而下均匀等间距排列有多根。
作为本发明的一种实施方式，所述铜制热管10内部为由毛细多孔材料构成的粉末状烧结壁，所述铜制热管10内部气压为负压。
作为本发明的一种实施方式，所述冷却装置7包括：
散热鳍片11，固定连接在铜制热管10上的所述散热鳍片11为铝制薄片，所述散热鳍片11沿铜制热管10伸出方向等距排列；
横流风机12，所述横流风机12安装在散热鳍片11的上下两侧，所述横流风机12的两进风口位于下端以及靠近绕组3一端，所述横流风机12的出风口为其竖直向上一端。
当干式变压器过负荷运行，铁芯2和绕组3处产生大量的热时，传热装置6中插设在两绕组3之间的传热箱8由于与绕组3紧密贴合，自身又是以高导热率的金属材料制成的，因此，能够快速地将相邻绕组3产生的热量吸收，并随即将传递至固定连接在传热箱8前端的导热板9上，而导热板9上又固定连接有水平横置在变压器本体1前端的铜制热管10，当导热板9接收到来自铁芯2以及绕组3产生的热量，自身升温并加热铜制热管10后，铜制热管10内填充的相变冷却液便会吸收热量，进而沸腾蒸发为气体，蒸发后的高温气体飘荡至远离导热板9的铜制热管10末端，与冷却装置7的散热鳍片11相接触，从而将热量释放至散热鳍片11中，自身则变回液体，导热板9处的铜制热管10内的气体不断增加，散热鳍片11处的气体不断减少，使得两端逐渐产生压强差，气体便会在气压作用下自发地从导热板9处汇聚到散热鳍片11位置，而导热板9处的液体不断蒸发，此处的铜制热管10内壁就较为干燥，相应的，散热鳍片11处的铜制热管10内壁不断冷凝出新的液体，此处自然也就较为潮湿，而铜制热管10内部又是由毛细多孔材料构成的具有微小孔洞的粉末状烧结壁，因此，冷凝出的液体会在毛细作用下逐渐浸湿整个铜制热管10内壁，所以液态的相变冷却液会逐渐从潮湿的散热鳍片11处回流至导热板9处，重新吸收热量，上述过程不断循环，通过铜制热管10内相变冷却液的气液转换，从而实现了将导热板9所吸收的自绕组3处产生的热量迅速转移至冷却装置7的散热鳍片11中的技术效果，为了保证铜制热管10内相变过程的高效进行，热管内的压强为负压，且铜制热管10在导热板9中自上而下均匀等间距排列有多个，而散热鳍片11则是由多个表面积远大于导热板9的铝制薄片等间距堆叠而成，因此散热鳍片11也能够确保将铜制热管10传递至此处的热量快速吸收，从而确保铜制热管10末端的温度始终低于导热板9出的温度，从而确保上述热量转移过程能够持续高效进行；而散热鳍片11的上下两侧则安装有横流风机12，横流风机12的出风口一端竖直向上，使得底部的横流风机12，抽入外界的常温空气向上端的散热鳍片11间隙中吹出，吹入的常温空气在穿过散热鳍片11时吸收热量，再在顶部横流风机12的作用下向上吹出，整个风道自下而上，符合高温气体向上升腾，低温气体向下沉降的自然规律，加速了将散热鳍片11处来自绕组3中产生的热量排出变压器本体1的过程，靠近绕组3一端的进风口设计，使得横流风机12不仅能够带走散热鳍片11中的热量，也能够将铁芯2及绕组3中来不及被传热箱8所吸收而自然逸散出的热量一并带走，提高了冷却装置7的降温效果，降低了变压器本体1过负荷运行时发生意外事故的可能；工作时，由于变压器本体1过负荷运行时产生的热量巨大，而传热箱8由仅在绕组3之间才设有，横流风机12由于安装在变压器本体1前端，因此也仅能带走其前端散发的热量，而无法对变压器本体1后端所散发的热量进行处理，为此，在每个传热箱8后端都固定连接有竖直放置的传热风机13，所述传热箱8中部均匀开设有贯穿导热板9的传热槽14，从而在绕组3产生的热量逸散至变压器本体1后端时，传热风机13工作过程中，其接近绕组3一端的进风口能够将含有绕组3逸散出热量的空气吸入传热风机13，再吹入传热槽14中，借助传热槽14将这些高温气体与传热箱8、导热板9以及位于变压器前端的散热鳍片11相接触，从而实现将绕组3后端逸散出的热量也能够借助冷却装置7进行快速转移的技术效果；安装于同一传热箱8的两传热风机13的风扇旋向相反，从而能够分别带动携带两侧绕组3产生热量的空气进行流动，提高了绕组3后端热量的转移效率；在传热风机13外壁与传热箱8连接处还铺设有缓冲垫片，从而减轻了传热风机13工作过程中的抖动对传热箱8的影响。
作为本发明的一种实施方式，所述横流风机12通过放置变压器本体1的箱体内壁的支架与箱体固定连接。
工作时，冷却装置7中安装于散热鳍片11上下两端的横流风机12并不与散热鳍片11本身相连，而是通过在放置变压器本体1的金属箱体内侧壁适当高度位置固定支架，并通过该支架进行两横流风机12的螺栓固定；此种安装方式既避免了横流风机12的重量直接压在散热鳍片11上，从而降低了散热鳍片11由于承重而发生变形损坏的可能提高了装置的稳定性。
作为本发明的一种实施方式，两所述传热风机13的水平宽度之和小于两相邻绕组3之间接线端子5之间的距离。
工作时，由于变压器在投入使用后，需要工作人员根据使用需求通过绕组3后端的接线端子5与外界电路相连，有时还需要调整接线端子5之间的连接来调整变压挡位，为此，位于传热箱8后端的两传热风机13的水平宽度之和小于两相邻绕组3之间接线端子5之间的距离，从而避免了防止传热风机13在工作人员进行接线端子5的线路连接时，与线缆发生干涉的可能的技术效果，确保了变压器的工作及维护能够正常进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和显著优点，本领域技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施方式的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可能会为适应不同使用环境以及客户需求进行多种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明的保护范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种干式变压器的散热结构，包括：
变压器本体（1），所述变压器本体（1）由铁芯（2），套设在铁芯（2）上的绕组（3），以及用于固定铁芯（2）和绕组（3）的安装支架（4）组成；
接线端子（5），所述绕组（3）后端固定连接有接线端子（5），所述接线端子（5）用于将变压器本体（1）与外部电路相连；
其特征在于，还包括：
传热装置（6），所述传热装置（6）用于将铁芯（2）与绕组（3）间产生的热量导出至变压器本体（1）外；
冷却装置（7），所述冷却装置（7）与传热装置（6）相连，与传热装置（6）一同将变压器本体（1）产生的热量快速散逸出去，从而降低变压器本体（1）的温度;
所述传热装置（6）包括：
传热箱（8），所述传热箱（8）插设在铁芯（2）上的两绕组（3）之间的间隙位置，所述传热箱（8）与绕组（3）外壁紧密贴合，所述传热箱（8）通过下端的固定支架与安装支架（4）固定连接；
导热板（9），所述导热板（9）固定连接在传热箱（8）前端；
铜制热管（10），U型结构的所述铜制热管（10）穿过导热板（9）侧壁水平横置在变压器本体（1）前端，所述铜制热管（10）内填充有相变冷却液；
所述冷却装置（7）包括：
散热鳍片（11），固定连接在铜制热管（10）上的所述散热鳍片（11）为铝制薄片，所述散热鳍片（11）沿铜制热管（10）伸出方向等距排列；
横流风机（12），所述横流风机（12）安装在散热鳍片（11）的上下两侧，所述横流风机（12）的两进风口位于下端以及靠近绕组（3）一端，所述横流风机（12）的出风口为其竖直向上一端；
所述传热箱（8）后端固定连接有两竖直放置的传热风机（13），所述传热箱（8）中部均匀开设有贯穿导热板（9）的传热槽（14）；
所述传热风机（13）出风口为靠近传热箱（8）的一端，且所述传热风机（13）外壁与传热箱（8）连接处铺设有缓冲垫片；
两所述传热风机（13）的风扇旋向相反，所述传热风机（13）接近绕组（3）的一端与远离传热箱（8）的一端均为进风口。
2.根据权利要求1所述的一种干式变压器的散热结构，其特征在于：所述传热箱（8）与导热板（9）采用相同材质的高热导率金属制作而成，所述铜制热管（10）沿导热板（9）侧壁自上而下均匀等间距排列有多根。
3.根据权利要求2所述的一种干式变压器的散热结构，其特征在于：所述铜制热管（10）内部为由毛细多孔材料构成的粉末状烧结壁，所述铜制热管（10）内部气压为负压。
4.根据权利要求1所述的一种干式变压器的散热结构，其特征在于：所述横流风机（12）通过放置变压器本体（1）的箱体内壁的支架与箱体固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种干式变压器的散热结构，其特征在于：两所述传热风机（13）的水平宽度之和小于两相邻绕组（3）之间接线端子（5）之间的距离。
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