CN201084517Y - 内外涵道散热式变压器壳体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内外涵道散热式变压器壳体，包括筒体上段(3)、直壁空叶段(4)和直壁下段(5)，直壁空叶段(4)内壁设置一围筒(12)，围筒(12)将变压器壳体内油分为筒内油(10)和筒外油(11)，直壁空叶段(4)包括直壁(18)和空叶(19)，围筒紧贴直壁内壁。直壁空叶段(4)叶端的外围四周设置外围板(14)。外围板(14)为薄钢板。直壁空叶段(4)的外侧表面设置鳍状散热条(13)。鳍状散热条(13)为铝合金材料。如此，制造成本低、散热效果更好。

Description

内外涵道散热式变压器壳体

技术领域

本实用新型涉及一种变压器壳体，特别涉及一种内外涵道散热式变压器壳体。

背景技术

低高压(35kV及以下)电网中的中小型变压器，是电网与用户、用电器之间不可缺少的连接器件。电力网中发电机所发电能有50％(因负荷性质而异)必须通过此类变压器将电能传输给用电器。

电能在经变压器传输的过程中，变压器内会产生损耗，此损耗分为两部分：即所谓的“铁损”与“铜损”。“铁损”是指变压器铁芯由于交变磁通所引起的铁芯内部的发热损耗；“铜损”是指变压器带上负载后，负荷电流在一、二次线圈中产生的发热损耗。以国产统一设计为例：10kV以下配电变压器(指400-1600kVA范围)其“铁损”约为变压器额定容量的0.3-0.15％，此损耗与负荷电流的大小无关；“铜损”约为变压器额定容量的2.0-1.0％左右，此损耗与负荷电流的平方成正比，与导线的电阻成正比，即与运行时线圈的温度成正比(发热功率＝I²·R_t＝I²·R₀·α(t-t₀)，式中α为导线的温度系数，t为运行时的温度)。

运行中“铁损”、“铜损”最终造成变压器器身温度升高，线圈温度升高又使得导线电阻值增大，故“铜损”将同时增大，为了保证变压器的安全，运行中变压器的实际温度必须低于允许温度。由于变压器的损耗与容量的3/4次方成比例，而无专用散热部件的壳体表面即冷却表面只与容量的1/2次方成比例，故数十千伏安以上的电力变压器都必须装设散热部件，散发足够的热量，以降低变压器的运行温度，同时也降低了负载损耗，达到节能的目的。

由计算可知，在同样负载条件下，如能将变压器的运行温度降低1℃，则负载损耗将减少原损耗值的0.4％。例如：1台500kVA的S9型变压器的原额定损耗功率为4980W，如果能将运行温度下降10℃，即可节电约200W，则全年可节省损耗电量约1750kW·h。

小型变压器外壳均采用“壳式”结构，即外壳的垂直筒部与壳底焊接成一个筒体。变压器器身(铁芯、线圈、瓷套及附件等)均吊装在上盖板上，外壳既是存装变压器油的容器又是散热器，由公知的技术可知目前常见的外壳有：管式散热外壳、板式散热外壳及空叶式散热外壳。

首先参见图1及图2，为管式散热外壳的纵剖面图和结构示意图，在外壳直筒壁的四周焊有“[”形扁管，以增大外壳的散热面，增强散热效果。外壳中的变压器油被分隔为筒内油10及筒外油11即散热管内油，运行中的变压器器身(铁芯、线圈)的损耗热量，传导给变压器油，使得油温升高，密度减小而上升；相反筒外油11则因管表面向空气中散热，油温下降密度增大而下降，从而形成筒内油被加热而上升，流入散热管7上端，被冷却的筒外油11即散热管内油从散热管的上端下降，最后从散热管7下端回流到筒的下部，再受热上升。这是一个封闭的温差自循环系统。在图中箭头所示，在油不停的循环中，变压器器身的损耗热量将不断被带至壳体表面，散入空气中。使变压器油产生循环流动的动力来自变压器器身的损耗热，而无需外加动力。

图3及图4为板式散热外壳的纵剖面图和结构示意图，所用的板式散热器是由专门厂家按国家统一规格制造的，一般小型变压器厂家只是根据所需散热面积选用。板式散热片8上下两端与其集油管9相焊接成散热片组，集油管9再与筒直壁部分2焊接，同样形成一个温差自循环散热系统，就机理而言与管式(图1)无本质区别。板式散热外壳与管式散热外壳相比，可在有限的周长内布置更多的散热面。

图5、图6及图7分别为空叶式散热外壳的纵剖面图、结构示意图及横剖面图，它的筒体直壁是由上、中、下三段焊接而成，其中段是由薄钢板弯折成梳齿状外形围成的筒体，而后与上、下段焊接，并将外凸梳齿上下两端压扁后封焊，形成中空的外叶，即中空的梳齿状凸叶--“空叶”，如图7所示。此种外壳出现时间仅十数年，由于空叶中的油与筒内油自上至下都是相互连为一体的(即无筒内油与筒外油之分)，在此结构的外壳中靠近变压器器身的油受热后虽然也有上升的趋势，但因无管式散热外壳和板式散热外壳的温差自循环系统，故不能形成有序的循环油流，仅能形成局部的纹流，故损耗热的导出主要是依靠油自身的横向热传导，即靠近变压器器身的油被损耗热加热升温后将热量传递给相邻温度较低的油，直到外壁，最后被空气冷却，从而形成横切面的横向油温梯度，而上、下油温梯度则比以前两种外壳要小得多。由此可知，此种外壳的空叶仅是筒壁表面的扩大，就单位表面积可导出的热量而言，则不如前两种外壳。

上述三种小型变压器外壳都存在着不同的缺陷。

管式散热外壳，虽有其良好的温差自循环特性，但由于其沿筒壁可布散热管的数量有限，散热面的增大必然引起管材用量的不等比增加，每根管子必定有两个焊接口，故焊接口多，焊接的工作量大，运行中容易渗漏，工期长，用油量大，制造成本高，总的外形尺寸大，抗机械外力能力差等原因，至今已逐步被淘汰。

板式散热外壳，具有与管式散热外壳相同的温差自循环特性，在相同尺寸的筒壁上可以布置更多的散热面，因而成为目前中小型变压器外壳的主流壳型，但其集油管之间的间距较大，易造成筒内(变压器器身周围)的局部油流死区，当每组散热器的片数较多时，集油管的长度将增长造成靠近筒壁散热片与最外侧散热片之间油流的不均匀，影响整体散热效果。一般小型变压器制造厂均需外购，故制造成本较高。此类外壳总体外形尺寸较大，散热片抗机械外力性能差，但由于与筒壁的焊缝较少，焊接工作量小，不易渗漏等原因故为目前一般小型变压器及制造厂家的首选。

空叶式外壳，虽然具有工艺简单，外形尺寸小，制造成本低等优点，但因无合理的温差自循环系统，内部热耗只能靠油的传热导出，总的散热效率较低，因而目前只能在容量较小的(如数百千伏安)小型变压器中采用。

以上三种外壳，最后内部的损耗热量都必须经外壳筒壁及所增设的散热部件的表面将热量传导给与其接触的空气，实现散热降低油温的最终目的。而在此表面向空气散热的环节中除采用增大散热表面外，均无采取特别措施，故散热效率均较差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种制造成本低、散热效果更好的变压器壳体。

为解决上述技术问题，本实用新型内外涵道散热式变压器壳体包括筒体上段、直壁空叶段和直壁下段，所述直壁空叶段包括直壁和空叶，所述直壁空叶段内部设置一围筒，所述围筒紧贴直壁的内壁并将变压器壳体内油分为筒内油和筒外油，围筒的上部和下部设置连通筒内油和筒外油的上油口和下油口。对每片空叶而言，此措施的实际结果是将空叶式外壳原混在一起的外壳中的油分隔成筒内油及筒外油即叶内油两部分，上、下两个油口是两部分油的连接通道。

优选的是，围筒由电工纸板制成。

直壁空叶段叶端的外围四周设置外围板。优选的是，外围板为薄钢板。外围板与直壁空叶段同高，使筒壁、空叶外侧表面及围板之间形成一个个垂直气道，使冷空气能从下部进入气道，经与散热表面接触受热后自动上升，从上部流出，形成有序的散热气流。

直壁空叶段的外侧表面设置鳍状散热条以增加散热表面。优选的是，鳍状散热条为铝合金材料。

采取上述措施后的直接效果是：

1.由于绝缘纸板将油分隔成筒内油及叶内油，并经上下油口连接，形成具有温差自循环系统，并油流自筒内到叶内的水平距离为零，故油流阻力小，循环较管式散热外壳和板式散热外壳快，可以带出更多的损耗热量。

2.电工绝缘纸板浸油后耐受电压强度增高，同时可以阻断油中的纤维链及水珠链，因而可将变压器器身(即线圈)与筒壁之间的距离缩小，减少壳体的容积，节省用油量，降低制造成本。

3.粘贴于空叶两侧的鳍状散热条(铝制)，具有良好的导热性，可将空叶两侧的散热面积增加3-5倍。

4.外围板将两空叶之间的空间围成空气导风洞，利用空气受热后的自升力形成自动抽风筒，冷空气自下而上有序流动，必然加速风筒内空气的流速，使流过导筒内与散热表面接触的空气总量增加，从而带走(散出)更多的热量。

5.钢制外围板对空叶具有保护作用，增大空叶的抗机械外力能力。

6.由于散热面布置紧凑，因而外围尺寸小。

综上所述，采用上述技术措施后的变压器外壳，其壳中油具有良好的温差自循环特性，散热面积大，散热效果好，结构紧凑，尺寸小，可减少壳内油容，节约用油，制造工艺简单，制造成本低，并可降低运行温度，节材，节能降耗。

此种外壳适用容量范围可以从数百干伏安上升至上千及数千千伏安的变压器。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为现有的管式散热变压器外壳纵剖面图。

图2为现有的管式散热变压器外壳结构示意图。

图3为现有的板式散热变压器外壳纵剖面图。

图4为现有的板式散热变压器外壳结构示意图。

图5为现有的空叶散热式变压器外壳纵剖面图。

图6为现有的空叶散热式变压器外壳结构示意图。

图7为现有的空叶散热式变压器外壳横剖面图。

图8为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳纵剖面图。

图9为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳结构示意图。

图10为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳横剖面图。

图11为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳空叶油部分循环示意图。

图12为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳空叶空气部分循环示意图。

图13为本实用新型内外涵道散热式变压器外壳空叶段中部横剖面图。

图14为本实用新型鳍状形散热条示意图。

图中：

1：变压器器身(含铁芯、线圈、瓷套及相应结构件)

2：筒直壁部分

3：直壁上段(含法兰口)

4：直壁空叶段

5：直壁下段(含筒底)

6：上盖

7：散热管

8：散热片

9：集油管

10：筒内油

11：筒外油

12：围筒

13：鳍状散热条

14：外围板

15：箱底安装横梁

16：上油口

17：下油口

18：直壁

19：空叶

A B C-高压瓷套及引出线

a b c n-低压瓷套及引出线

具体实施方式

按图5、图6及图7所示，制作现有的空叶式变压器壳体，其由筒体上段(含法兰口)3、直壁空叶段4、直壁下段(含筒底)5焊接成一整体，直壁空叶段4包括直壁18和空叶19，再将空叶19上下口折合后施焊，形成一不渗漏的空叶式筒(壳)体。

又如图8、图9、图10所示，在现有的空叶式散热外壳基础上，在直壁空叶段4直壁18内壁处，固定由电工绝缘纸板弯制成的围筒12，此时壳内油被分隔为筒内油10及筒外油11即叶内油，此围筒12的垂直高度及固定位置应使空叶19上下均留有与筒内的连通孔，即上、下油口16、17，只要所用围筒12的高度比空叶19的高度短，且固定位置适当即可形成连通筒内油10与筒外油(即叶中油)11的上下连通油口16、17，此时的空叶19即成为内(油)涵道，筒内油10与筒外油11可经上油口16、下油口17流动。运行中的变压器器身(铁芯、线圈)的损耗热量，传导给变压器油，使得油温升高，密度减小而上升；相反筒外油11则因空叶表面向空气中散热，油温下降密度增大而下降，从而形成筒内油被加热而上升，流入上油口16，被冷却的筒外油11即叶内油从上油口16下降，最后从下油口17回流到筒的下部，再受热上升，从而形成一个封闭的温差自循环系统。

将图14所示的鳍状散热条13胶接于每个空叶的两外侧，如图13所示，如此可以增加空叶19的散热面积，再用外围板14将所有空叶19从四周围住，外围板14与空叶19同高，使直壁18、空叶19外侧表面及外围板之间形成一个个垂直气道，使冷空气能从下部进入气道，经与散热表面接触受热后自动上升，从上部流出，如图12所示，形成有序的散热气流，从而形成自抽风风道，即外(风)涵道，组成如图10所示的具有内(油)涵道、外(空气)涵道的内外涵道散热式新型变压器外壳。

Claims (7)

1.一种内外涵道散热式变压器壳体，包括筒体上段(3)、直壁空叶段(4)和直壁下段(5)，所述直壁空叶段(4)包括直壁(18)和空叶(19)，其特征在于：所述直壁空叶段(4)内部设置一围筒(12)，所述围筒(12)紧贴直壁(18)的内壁并将变压器壳体内油分为筒内油(10)和筒外油(11)，围筒(12)的上部和下部设置连通筒内油(10)和筒外油(11)的上油口(16)和下油口(17)。

2.根据权利要求1所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述围筒(12)由电工纸板制成。

3.根据权利要求1所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述直壁空叶段(4)外围四周设置外围板(14)。

4.根据权利要求3所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述外围板(14)为薄钢板。

5.根据权利要求3或4所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述外围板(14)与直壁空叶段(4)同高。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述的空叶(19)的外侧表面设置鳍状散热条(13)。

7.根据权利要求6所述的内外涵道散热式变压器壳体，其特征在于：所述的鳍状散热条(13)为铝合金材料。

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