DE1027781B

DE1027781B - Liquid-cooled transformer with devices for cooling by heat pumps or heat exchangers and with cooling elements arranged on the boiler for natural cooling

Info

Publication number: DE1027781B
Application number: DEL18947A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Viktor Aigner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-05-28
Filing date: 1954-05-28
Publication date: 1958-04-10

Description

Flüssigkeitsgekühlter Transformator mit Einrichtungen zur Kühlung durch Wärmepumpen oder Wärmeaustauschern und mit am Kessel angeordneten Kühlelementen zur natürlichen Kühlung Bei der Verwertung der Verlustwärme von Transformatoren, die beispielsweise mit Hilfe eines im Transformatorkessel angeordneten und in Wärmeaustausch mit dem Öl des Transformators stehenden Verdampfers einer Wärmepumpenanlage erfolgen kann, muß die Möglichkeit bestehen, kurzfristig von der Wärmepumpen- bzw. Wärmeaustauscherkühlung auf die natürliche Kühlung des Öls durch am Kessel angebrachte Kühlelemente überzugehen.Liquid-cooled transformer with devices for cooling by heat pumps or heat exchangers and with cooling elements arranged on the boiler for natural cooling When utilizing the heat loss from transformers, for example with the help of a arranged in the transformer tank and in heat exchange be done with the oil of the transformer standing evaporator of a heat pump system there must be the possibility of short-term use of the heat pump or heat exchanger cooling to switch to the natural cooling of the oil by cooling elements attached to the boiler.

So ist beispielsweise die Umschaltung auf Kühlelemente in Form von Radiatoren dann erforderlich, wenn. im Sommerhalbjahr keime Verwertung der Verlws.twärm-e möglich ist, so daß also mit OS- oder OF-Kühlung gearbeitet werden muß. Eine Umschaltung ist jedoch auch dann notwendig, wenn die Wärmepumpe zwecks Überprüfung od. dgl. außer Betrieb gesetzt werden. muß und der Transformator dabei gegebenenfalls mit Vollast weiter im Betrieb bleiben muß, um eine :empfindliche Beeinträchtigung der Energieversorgung zu vermeiden.For example, switching to cooling elements is in the form of Radiators required when. In the summer half-year germ utilization of the Verlws.twärm-e is possible, so that OS or OF cooling must be used. A switch However, it is also necessary if the heat pump for the purpose of checking or the like. be taken out of service. must and the transformer if necessary Full load must remain in operation to avoid a: sensitive impairment of the Avoid energy supply.

Ferner erweist sich eine rasche Umschaltung von Wärmepumpen- auf Radiatorenkühlung als notwendig, wenn infolge einer Störung im Wärmepumpenkreis die Wärmepumpe aussetzt und somit die Gefahr einer thermischen Überlastung des Transformators besteht.Furthermore, a quick switchover from heat pump to radiator cooling has been proven as necessary if the heat pump fails due to a fault in the heat pump circuit and thus there is a risk of thermal overloading of the transformer.

Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wird nun bei flüssigkeitsgekühlten Transformatoren mit Einrichtungen zur Kühlung durch Wärmepumpen oder Wärmeaustausch.er und mit am Kessel angeordneten Kühlelementen durch selbsttätigen Ölumlauf oder künstliche Kühlung durch zwangsweisen Ölumlauf erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Umstellung des Transformators von Wärmepumpen- bzw. Wärineaustauscherkühlun:g auf Ölkühlung über Radiatoren und umgekehrt durch pneumatische Ein- und Ausschaltung der Ölzirkulation in den Kühlelementen erfolgt. Dabei bedeutet die Freigabe der Ölzirkulation in den Kühlgliedern Ausnutzung der Radiatoren und somit natürliche Kühlung, während. eine Sperrung der Ölzirkulation in den Kühlgliedern zwecks deren Ausschaltung beim Übergang, beispielsweise auf Wärmepumpenkühlung, in Frage kommt.In order to meet these requirements, liquid-cooled Transformers with devices for cooling by heat pumps or heat exchangers and with cooling elements arranged on the boiler through automatic oil circulation or artificial ones Cooling by forced oil circulation proposed according to the invention that the changeover of the transformer from heat pump or heat exchanger cooling: g to oil cooling via radiators and vice versa by pneumatically switching the oil circulation on and off takes place in the cooling elements. This means the release of oil circulation in the Cooling members take advantage of the radiators and thus natural cooling while. one Blocking of the oil circulation in the cooling elements in order to switch them off during transition, for example on heat pump cooling, comes into question.

Bei Vornahme der Freigabe bzw. Sperrung der Ölzirkulation in den Kühlgliedern auf pneumatische Wege werden die beispielsweise horizontale oder schräg gestellte Verteilerrohre aufweisenden Radiatoren zweckmäßig so angeordnet, daß sie in an sich bekannter Weise über den Kesseldeckel hinausragen. Man erreicht damit gleichzeitig eine höhere Ölumlaufgeschwirndigkeit in den Kühlgliedern bei natürlicher Kühlung und somit eine bessere Wärmeabgabe; denn bekanntlich wird die Ölumlaufgeschwindigkeit um so höher und die Kühlung um so besser, je höher der Schwerpunkt des Kühlmittels außerhalb des Kessels und je tiefer der Schwerpunkt der Wärmequelle im Innern des Kessels liegt.When releasing or blocking the oil circulation in the cooling elements the horizontal or inclined positions, for example, are pneumatic Radiators having manifolds are expediently arranged so that they are in per se in a known way protrude beyond the boiler lid. One achieves with it at the same time a higher oil circulation speed in the cooling elements with natural cooling and thus better heat dissipation; because, as is well known, the oil circulation speed the higher the center of gravity of the coolant, the higher and the better the cooling outside the boiler and the lower the center of gravity of the heat source inside the Boiler is located.

Die Radiatoren je Kesselseite können mit über Deckel hochgezogenen horizontalen Sammelrohren verbunden sein, die an ein allen Radiatoren gemeinsames Entlüftungsrohr angeschlossen sind. Diese Sammelrohre können aber auch einzeln, ent- bzw. belüftet werden. Ferner können die Radiatoren einzeln über Deckel gezogen. und je an der höchsten Stelle an die gemeinsame Be- und Entlüftungsleitung angeschlossen sein, Das Entlüftungsrohr wird. zweckmäßigerweise an einen Hahn angeschlossen, der eine getrennte Vornahme des Be- und Entlüftungsvorgangs ermöglicht, und zwar kann die Entlüftung einfach durch Öffnen der Entlüftungswege, die Belüftung durch Anschluß der Belüftungswege an ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium erfolgen. Die Vornahme der genannten Anschlüsse kann von Hand oder zum Teil automatisch erfolgen. So wird beispielsweise bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Öl- oder Wicklungstemperatur bei künstlicher Kühlung des Transformators durch eine Wärmepumpe od. dgl. die Entlüftung der Radiatoren automatisch eingeschaltet und damit zusätzliche natürliche Kühlung der Transformatoren erreicht. Nach erfolgter Entlüftung wird die Sperrung des Entlüftungs-Kahns ebenfalls selbsttätig vorgenommen, wobei die Verstellung des Entlüftungshahns abhängig vom Gewicht einer aus dem Entlüftungsrohr ausgetretenen Ölmenge vorgenommen wird.The radiators on each side of the boiler can be pulled up over the lid horizontal manifolds that are common to all radiators Vent pipe are connected. These manifolds can also be used individually, be vented or ventilated. Furthermore, the radiators can be pulled individually over covers. and connected to the common ventilation line at the highest point be, the vent pipe will. expediently connected to a tap that allows the ventilation process to be carried out separately, namely can ventilation simply by opening the ventilation ducts, ventilation through connection the ventilation paths to a pressurized gaseous medium. the The connections mentioned can be made manually or partially automatically. For example, if a specified limit value is exceeded, the oil or winding temperature with artificial cooling of the transformer by a heat pump od. The like. The ventilation of the radiators is automatically switched on and thus additional natural cooling of the transformers achieved. After venting is complete the blocking of the venting boat is also carried out automatically, with the Adjustment of the vent cock depending on the weight one off the amount of oil that has escaped through the vent pipe.

Die Steuerung der Ölzirkulation kann beispielsweise mittels an den Radiatoren angebrachter Drosselklappen auch mechanisch erfolgen, indem die Drosselklappen von Hand oder durch geeignete Triebwerke mindestens teilweise automatisch betätigt werden. Ein Hochführen der Radiatoren über den Kesseldeckel ist hierbei nicht erforderlich. Es ist an sich bekannt, den Ölumlauf durch die Radiatoren mittels Drosselklappen zu steuern; dabei öffnen oder schließen diese Klappen jedoch abhängig von der Strömungsenergie des Kühlmittels.The control of the oil circulation can for example by means of the Radiators attached to throttles can also be done mechanically by the throttle bodies operated at least partially automatically by hand or by suitable engines will. It is not necessary to bring the radiators up over the boiler lid. It is known per se to regulate the oil circulation through the radiators by means of throttle valves to control; however, these flaps open or close depending on the flow energy of the coolant.

An Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele mit pneumatischer Steuerung der Ölzirkulation soll die Erfindung noch näher erläutert werden-.With reference to the invention shown schematically in the drawing The invention is intended to provide exemplary embodiments with pneumatic control of the oil circulation to be explained in more detail-.

Gemäß Fig. 1 sind an den Transformatorkesse110 über den Deckel 11 hinausragende Radiatoren 12 über Sammelrohre 13, 14 angeschlossen. Die oberen, horizontalen Sammelrohre 13 sind ebenfalls über Deckel gezogen. Diese Anordnung ermöglicht, wie bereits erwähnt, auch eine höhere Ölgeschwindigkeit in den Radiatoren und damit eine bessere Kühlwirkung. Die Sammelrohre können an den Kessel angeflanscht oder angeschweißt werden. Wenn die Ausladung der Radiatoren oder Sammelrohre das Bahnprofil übersteigt und diese demgemäß während des Transportes abgenommen werden müssen, muß die Verbindung der Sammelrohre mit dem Kessel mittels Flansche 26 erfolgen. An der höchsten Stelle des Sammelrohres 13 ist über eine Anschlußleitung 27 ein Enftlüftun-gsrohr 15 angeschlossen, das mit einem Dreiwegehahn 16 verbunden ist. Dieser Hahn ermöglicht den Anschluß des E,nt- bzw. Belüftungsrohres entweder an den Entlüftungshahn 17 oder über das Ventil 18 an die Preßgasflasche 19. Mit dem Dreiwegehahn ist über ein Gestänge 20 und einen Hebel 21 ein Gefäß 22 gekuppelt.According to FIG. 1, the transformer bowl 110 is connected to the cover 11 protruding radiators 12 connected via manifolds 13, 14. The top, horizontal Header pipes 13 are also pulled over cover. This arrangement enables how already mentioned, also a higher oil speed in the radiators and thus a better cooling effect. The manifolds can be flanged to the boiler or be welded on. When the projection of the radiators or manifolds meets the rail profile exceeds and these must therefore be removed during transport, the connection of the header pipes to the boiler must be made by means of flanges 26. At the highest point of the collecting pipe 13 is a connecting line 27 Vent pipe 15 connected, which is connected to a three-way valve 16. This tap enables the connection of the E, nt or ventilation pipe to either the vent valve 17 or via the valve 18 to the compressed gas bottle 19. With the A three-way cock is coupled to a vessel 22 via a linkage 20 and a lever 21.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird der Transformator mit Öl gefüllt und der vorhandenen . Luft keine Möglichkeit zum Entweichen über das Entlüftungsrohr 15 bzw. über eine Entlüftungsschraube gegeben, so verbleibt in dem großen horizontalen Sammelrohr 13 und. in. den Verteilerrohren 23 der Radiatoren Luft, die unter einem Öldruck entsprechend der Höhe des Ölstandes im Ausdehnungsgefäß 24 steht. Infolge dieses Luftpolsters kann das 01 nicht bis in das Sammelrohr steigen, und eine Ölzirkulation kann nicht zustande kommen, die Radiatoren sind außer Betrieb. Die anfallende Verlustwärme des Transformators kann durch künstliche Kühlung für Heizungszwecke nutzbar gemacht werden.The mode of operation of the arrangement is as follows: If the transformer is filled with oil and the existing one is filled. Air is not given a chance to escape via the vent pipe 15 or a vent screw, so remains in the large horizontal collecting pipe 13 and. in. the distribution pipes 23 of the radiators air which is under an oil pressure corresponding to the height of the oil level in the expansion tank 24. As a result of this air cushion, the 01 cannot rise into the manifold, and oil cannot circulate, the radiators are out of order. The resulting heat loss from the transformer can be used for heating purposes through artificial cooling.

Bei selbsttätiger Umschaltung auf Radiatorenkühlung verstellt ein temperaturabhängig gesteuerter, nicht dargestellter Hubmagnet den bis dahin gesperrten Dreiwegehahn 16 (obere gestrichelte Stellung) in die gezeichnete Lage, in der das Entlüftungsrohr 15 mit dem Entlüftungshahn 17 verbunden ist. Das in den Radiatoren 12 und den Sammelrohren 13, 14 befindliche Gas strömt aus, bis Öl nachfolgt. Dieses füllt das Gefäß 22, das über das Gestänge 20 und den Hebel 21 den Dreiwegeha'hn 16 durch sein Gewicht schließt (untere gestrichelte Stellung). Das Gewicht austretenden Öls zur Betätigung von Einrichtungen heranzuziehen, ist an sich bekannt. Die Sperrung des Entlüftungsrohres 15 erfolgt mithin nach vollständiger Füllung der Radiatoren 12 und Sammelrohre 13, 14 mit Öl selbsttätig. Die Inbetriebsetzung der Radiatoren ist somit in kürzester Zeit zu erreichen, sie hängt nur vom Entlüftungsquerschnitt ab. Die Rückstellung des Dreiwegehahns auf Belüftung bzw. Betriebsstellung erfolgt von Hand.Adjusted when switching to radiator cooling automatically temperature-dependent controlled, not shown lifting magnet the locked up until then Three-way valve 16 (upper dashed position) in the position shown in which the Vent pipe 15 is connected to the vent valve 17. That in the radiators 12 and the headers 13, 14 located gas flows out until oil follows. This The vessel 22 fills the three-way cock via the rod 20 and the lever 21 16 closes by its weight (lower dashed position). The weight exuding Using oil to operate devices is known per se. The lock of the ventilation pipe 15 is therefore carried out after the radiators have been completely filled 12 and manifolds 13, 14 with oil automatically. The commissioning of the radiators can therefore be reached in a very short time, it only depends on the ventilation cross-section away. The three-way valve is reset to ventilation or operating position by hand.

Die Außerbetriebnahme der Radiatoren erfolgt durch Einpumpen von Luft oder Stickstoff in die Sammelrohre, indem die Verbindung des Entlüftungsrohres 15 mit einer Luftpumpe oder einer Stickstoffflasche 19 über den Dreiwegehahn 16 hergestellt wird. Zweckmäßigerweise wird die Luft über eine Entfeuchtungsvorlage (Silnkagel, Chlorkalzium oder Phosphorpentoxyd) geleitet, um Feuchtigkeit vom Öl fernzuhalten. Das verdrängte Öl wird in das Ausdehnungsgefäß 24 gedruckt. Die Auß-erbetriebsetzung vollzieht sich ebenfalls sehr rasch und ist nur von der Förderleistung der Luftpumpe, Preßluftflache oder Stickstofflasche abhängig.The radiators are shut down by pumping in air or nitrogen in the headers by removing the connection of the vent pipe 15 produced with an air pump or a nitrogen bottle 19 via the three-way valve 16 will. The air is expediently via a dehumidification template (Silnkagel, Calcium chloride or phosphorus pentoxide) to keep moisture away from the oil. The displaced oil is pressed into the expansion vessel 24. The decommissioning also happens very quickly and is only dependent on the delivery rate of the air pump, Depending on the compressed air or nitrogen bottle.

Eine ölstandsmeß,einrichtung 25 gestattet die Kontrolle des Ölstandes im Sammelrohr. Das Entlüftungsrohr 15 ist über weitere Anschlußleitungen 27 mit den Sammelrohren 13 der anderen Kesselseiten verbunden.An oil level measuring device 25 allows the oil level to be checked in the manifold. The vent pipe 15 is connected via further connecting lines 27 connected to the headers 13 of the other boiler sides.

Wird der Kessel mit einer Isolierschicht (Glaswollmatte) versehen, so können die Wärmeverluste des Kessels bei Unterbrechung der Ölzirkulation auf ein Minimum herabgesetzt werden, so daß praktisch die gesamte Verlustwärme über die Wärmepumpe oder einen sonstigen Wärmeaustauscher nutzbar gemacht werden kann.If the boiler is provided with an insulating layer (glass wool mat), so the heat losses of the boiler when the oil circulation is interrupted be reduced to a minimum, so that practically all of the heat loss over the heat pump or another heat exchanger can be made usable.

In Fig. 2 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Einzelradiatoren 12 ohne Zwischenschaltung eines horizontalen Sammelrohres über Krümmer 14' an den Kessel 10 angeschlossen sind. Die Verbindung der Verteilerrohre 23 der Radiatoren mit den. Krümmern kann z. B. mittels Flansche 26 vorgenommen werden. An ihrer höchsten Stelle sind die Verteilerrohre 23 über Anschlußleitungen 27 jeweils mit dem Entlüftungsrohr 15 verbunden, das den Anschluß an die Be- und Entlüftungsvorrichtung gestattet. Die Anzahl der an das Entlüftungsrohr anzubringenden Anschlußleitungen richtet sich nach der Zahl der Einzelradiatoren.In Fig. 2 an arrangement is shown in which the individual radiators 12 without the interposition of a horizontal manifold via elbow 14 'to the Boiler 10 are connected. The connection of the manifolds 23 of the radiators with the. Elbows can e.g. B. be made by means of flanges 26. At their highest Place are the distribution pipes 23 via connecting lines 27 each with the ventilation pipe 15 connected, which allows connection to the ventilation device. The number of connection lines to be attached to the ventilation pipe is determined according to the number of individual radiators.

Eine bis auf die schräg gestellten Verteilerrohre der Fig. 2 entsprechende Anordnung i,st in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, daß das jeweils innerste Kühlblied noch über den Kesseldeckel hi-na.usragt.One up to the inclined manifold pipes of FIG. 2 corresponding Arrangement i, st shown in FIG. 3. It is important to ensure that each innermost cooling element still protrudes over the boiler lid hi-na.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit schräg gestellten Verteilerrohren unter Verwendung eines horizontalen Sammelrohres 13. Durch die beispielsweise mittels eines Hahns erreichbare wahlweise Zu- und Abschaltung der einzelnen Anschlußleitungen 27 an das bzw. vom Entlüftungsrohr 15 und damit an die bzw. von der Entlüftungsvorrichtung wird es möglich, je nach Erfordernis mehr oder weniger Radiatoren zur natürlichen Kühlung heranzuziehen.Fig. 4 shows an embodiment with inclined distributor pipes using a horizontal manifold 13. By means of, for example, a tap achievable optional connection and disconnection of the individual connection lines 27 to or from the vent pipe 15 and thus to or from the venting device it will be possible to use more or fewer radiators depending on the requirements Use cooling.

Bei der allgemeinen Ent- bzw. Belüftung der Radiatoren werden die Kühlglieder der Radiatoren nach Fig. 3 und 4 schrittweise in bzw. außer Betrieb gesetzt.During the general ventilation of the radiators, the Cooling members of the radiators according to FIGS. 3 and 4 gradually in or out of operation set.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Liquid-cooled transformer with facilities for cooling by heat pumps or heat exchangers and with arranged on the boiler Cooling elements for natural cooling through automatic oil circulation or artificial Cooling by forced oil circulation, characterized in that a changeover of the transformer from heat pump or heat exchanger cooling to oil cooling Radiators and vice versa by pneumatic input or Deactivation the oil circulation takes place in the cooling elements.

2. Transformer according to claim 1, characterized denotes Ge, that are used as cooling elements in a known manner on the vessel lid protruding radiators with horizontal or inclined manifolds.

3. Transformer according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the radiators at the highest point have connecting lines are connected to the common ventilation line.

4. Transformer according to claims 1 to 3, characterized in that the common aeration and ventilation pipe is connected to a three-way or multi-way valve and the ventilation is made in different positions of this cock.

5. Transformer after Claim 1 to 4, characterized in that the ventilation of the radiators through Open the ventilation path, the ventilation by connecting the ventilation path a compressed air or nitrogen bottle takes place and in the compressed air or nitrogen path a dehumidifier is switched on.

6. Transformer according to claim 1 to 5, characterized in that the venting of the radiators in heat pump or heat exchanger cooling when a predetermined limit value is exceeded Oil or winding temperature takes place automatically.

7. Transformer according to claim 1 to 6, characterized by the automatic locking of the vent valve after the outlet a sufficient amount of oil. B.

Transformer according to Claims 1 to 7, characterized in that that the blocking of the vent valve under the influence of the weight of the leaked Oil takes place.

9. Transformer according to claim 1 to 3, characterized in that the control of the oil circulation in the cooling members takes place in a known manner mechanically by throttle valves. Documents considered: German Patent No. 555 963; French Patent Nos. 888 518, 634 295; LTSA Patent No. 2,440,556.