DE1108775B

DE1108775B - Underfloor stations for large electrical devices, such as B. Transformers, Motors and Generators

Info

Publication number: DE1108775B
Application number: DES56364A
Authority: DE
Inventors: Erich Silbermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-12-21
Filing date: 1957-12-21
Publication date: 1961-06-15

Description

Unterflurstationen für elektrische Großgeräte, wie z. B. Transformatoren, Motoren und Generatoren Die starke Besiedlung und Industriealisierung räumlich begrenzter Gebiete hat die elektrischen Energieversorgungsunternehmen dazu gezwungen, in den Zentren dieser Gebiete, den sogenannten Lastschwerpunkten, Umspannstationen aufzustellen, die die zugeführte Hochspannung in die entsprechende Verbraucherspannung umwandeln.Underfloor stations for large electrical devices, such as B. transformers, Motors and generators The heavy settlement and industrialization of spatially limited areas Areas has forced the electric utility company to operate in the Centers of these areas, the so-called load centers, to set up substations, which convert the supplied high voltage into the corresponding consumer voltage.

Während für eine Aufstellung solcher Umspannstationen über der Erde sogenannte Kioskstationen entwickelt wurden, ging man in anderen Gebieten, in denen hinsichtlich der Eigentumsverhältnisse, der Raummiete, der Zugänglichkeit und der Feuersicherheit Schwierigkeiten bestehen, dazu über, die Umspannstationen in Kammern unter der Erde aufzustellen. Diese Unterflurstationen werden im allgemeinen unter der Straßendecke, Gehsteigen, Verkehrsinseln oder Grünanlagen eingerichtet. Sie haben vor allem den- Vorteil, daß sie keine Verkehrsbehinderung darstellen und das Stadtbild nur geringfügig beeinträchtigen. Gegenüber den Kioskstationen ist jedoch die Abfuhr der Verlustwärme der Transformatoren wesentlich schwieriger.While for an installation of such substations above the ground so-called kiosk stations were developed, one went to other areas in which in terms of ownership, room rental, accessibility and Fire safety difficulties exist about this, the substations in chambers to be set up underground. These underground stations are generally under the road surface, sidewalks, traffic islands or green spaces. she Above all, they have the advantage that they are no traffic obstruction and that Only marginally affect the cityscape. Opposite the kiosk stations is however the dissipation of the heat loss from the transformers is much more difficult.

Es sind aus diesen Gründen Unterturstationen entwickelt worden, die entweder durch natürliche oder durch künstliche Luftumwälzung mit der Außenluft in Verbindung stehen. Zum Schutz gegen Flutwasser enden die hierfür vorgesehenen Außenluftschächte häufig in kaminartigen Aufsätzen, oder es werden an Stelle dieser Aufsätze besonders große Abflußrohre vorgesehen, um mit Sicherheit ein überfluten der Transformatorenräume zu verhindern. Diese Art der Aufstellung erfordert im allgemeinen hohe Kosten und führt, soweit kaminartige Aufsätze für die Außenluftschächte verwendet werden, zu einer Minderung des städtebaulichen Bildes. Zudem ist vielfach eine künstliche Luftumwälzung notwendig, die eine zusätzliche Wartung erfordert.For these reasons, sub-door stations have been developed which either by natural or artificial air circulation with the outside air stay in contact. To protect against flood water, those provided for this end Outside air shafts often in chimney-like attachments, or there are in place of these Attachments especially large drainage pipes are provided to ensure a flood to prevent the transformer rooms. This type of installation generally requires high costs and leads to the extent that chimney-like attachments are used for the outside air shafts become, to a diminution of the urban image. In addition, it is often an artificial one Air circulation necessary, which requires additional maintenance.

Man hat daher für Unterfiurstationen bereits einen Senkkasten entwickelt, an dessen Stahlwänden ein Rohrsystem angebracht ist. Durch das Rohrsystem wird über eine Umlaufpumpe Transformatorenöl gepumpt, das so seine Wärme an die Senkkastenwände abgibt. Die Senkkastenwände ihrerseits stehen in inniger Berührung mit dem sie umgebenden Erdboden und geben ihrerseits Wärme an diesen ab. In sandigem trockenem Boden und vor allem dann, wenn sich die Unterflurstationen unter einer Straßendecke aus Asphalt befindet, ist die Wärmeabfuhr bei dieser Senkkastenstation ungenügend. Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn die Großgeräte, z. B. Transformatoren, direkt mit dem Transformatorkessel in den Erdboden eingelassen werden. Auch bei diesen Stationen besteht dann, wenn das den Transformatorkessel umgebende Erdreich trocken ist, eine schlechte Wärmeabfuhr.A caisson has therefore already been developed for underfloor stations, A pipe system is attached to the steel walls. Through the pipe system is about a circulation pump pumped transformer oil, so that its heat was transferred to the caisson walls gives away. The caisson walls in turn are in close contact with the surrounding area Ground and in turn give off heat to it. In sandy dry soil and especially if the underground stations are under an asphalt road surface is located, the heat dissipation at this caisson station is insufficient. Lying similarly the conditions when the large devices such. B. Transformers, directly to the transformer tank be embedded in the ground. At these stations, too, there is if the soil surrounding the transformer tank is dry, poor heat dissipation.

Ferner ist es bekannt, den mit Isolierflüssigkeit gefüllten Transformator in eine Betongrube zu versenken, wobei der Zwischenraum mit einer Kiesschicht ausgefüllt ist. Man kann zwar die Kiesschicht feucht halten, die Wärmeabgabe dürfte aber nicht besser als bei den unmittelbar in das Erdreich eingebetteten Transformatoren sein. Man hat deshalb auch schon die Abkühlung des Transformators dadurch zu verbessern versucht, daß man den Öltransformator mit einem weiteren Gehäuse umgeben hat und in dieses kaltes Wasser von unten zuführte, und das erwärmte Wasser oben ablaufen ließ. Hierzu wird das Kühlwasser dem Leitungsnetz entnommen, wobei besondere Vorkehrungen für die Zu- und Abführung des Wassers zu treffen sind.It is also known to use the transformer filled with insulating liquid to sink into a concrete pit, with the gap filled with a layer of gravel is. You can keep the gravel layer moist, but the heat should not be released better than transformers embedded directly in the ground. That is why the cooling of the transformer has to be improved in this way tried that one has surrounded the oil transformer with another housing and fed into this cold water from below, and the heated water drain from above let. For this purpose, the cooling water is taken from the pipe network, taking special precautions are to be taken for the supply and discharge of the water.

Zur Kühlung der Transformatoren von Wasserkraftwerken ist es auch bekannt, eine Kühlvorrichtung im Unterwasserkanal einzubauen. Diese wird also ständig von dem fließenden Wasser des Unterwasserkanals umspült und kühlt das in den Rohren der Kühlvorrichtung vorhandene Kühlmittel ab. Da der Unterwasserkanal praktisch immer tiefer liegt als die zu kühlenden Geräte, muß das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf gepumpt werden. Es ist also eine künstliche Aufrechterhaltung des Kühhnittelflusses notwendig. Die Verwendung von besonderen Pumpen zur Aufrechterhaltung des Kühlkreislaufes ist aber in Unterflurstationen unerwünscht, da diese Pumpen einer ständigen Wartung und Überwachung bedürfen.It is also used to cool the transformers of hydropower plants known to install a cooling device in the underwater channel. So this is constant the flowing water of the underwater canal washes around and cools the water in the pipes coolant present in the cooling device. Because the underwater canal is practical always lies deeper than the equipment to be cooled, the coolant must pass through the Cooling circuit are pumped. So it is an artificial maintenance of the Coolant flow necessary. The use of special pumps for maintenance the cooling circuit is undesirable in underfloor stations because these pumps require constant maintenance and monitoring.

Ähnliche Schwierigkeiten in der Wärmeabfuhr bestehen für unter der Erde angeordnete Generatoren von Phasenschieberstationen oder für Großkondensatoren von Kondensatoranlagen, die in Unterflurstationen untergebracht sind.Similar difficulties in heat dissipation exist for under the Generators of phase shifter stations or for large capacitors arranged on the ground of condenser systems that are housed in underfloor stations.

Die Erfindung betrifft Unterflurstationen für elektrische Großgeräte, wie z. B. Transformatoren, Motoren, Generatoren, bei denen das Großgerät in einer vorzugsweise mit Wasser als Kühlmittel angefüllten Unterflurkammer aufgestellt ist. Sie besteht darin, daß das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit dem Abwasser eines Abwasserkanals steht.The invention relates to underfloor stations for large electrical devices, such as B. transformers, motors, generators, in which the large device in a is preferably set up with water as a coolant filled underfloor chamber. It consists in the fact that the coolant is in heat exchange with the sewage of a sewer stands.

Zur näheren Erläuterung wird auf die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung verwiesen; es zeigt Fig. 1 eine Umspannstation mit Abwasserkammer und Transformatorkammer, Fig. 2 eine Umspannstation mit Abwasserkammer, Transformatorkammer und zusätzlichem Kühlrohrsystem in der Abwasserkammer.For a more detailed explanation, reference is made to the exemplary embodiments in the drawing referenced; It shows Fig. 1 a transformer station with waste water chamber and transformer chamber, Fig. 2 shows a transformer station with waste water chamber, transformer chamber and an additional Cooling pipe system in the sewage chamber.

Fig. 1 zeigt den senkrechten Schnitt durch eine Umspannstation, die unterhalb einer Straße angeordnet ist. Etwa in der Mitte der Straße ist ein Kanaldeckel 1 eingelassen, der einen Entlüftungsschacht 2 für die Abwasserkanalisation 3 verschließt. Der Entlüftungsschacht ist etwa in Höhe des Kanalisationsrohres 3 zu einer Abwasserkammer 4 ausgebaut, deren Höhe der Höhe des verwendeten Transformators 5 entspricht. Der Transformator 5 befindet sich auf gleicher Ebene wie der Grund der Abwasserkammer 4 in einer Transformatorkammer 6. Die Transformatorkammer 6 ist durch eine Platte 7 aus Beton oder Stahl nach oben abgeschlossen. Auf der Platte 7 ist ein Gerüst 8 für die Hochspannungs-Schaltgeräte aufgebaut. Die Niederspannungsdurchführung 12 ist über eine Leitungsschiene 13 mit der Niederspannungsverteilung 14 verbunden. Die Niederspannungsverteilung 14 sowie das die Ringkabeltrennschalter 10 und die Hochleistungssicherung 9 tragende Gerüst 8 befinden sich in einer Stationskammer 15, die über den Einstieg 16 im Bürgersteig der Straße zugänglich ist und luftdicht abgeschlossen werden kann, da hier keine nennenswerte Verlustwärme auftritt. In der Transformatorkammer 6 endet ein Kühlwasserzuflußrohr 17, das über ein Ventil 18 geöffnet und verschlossen werden kann. Das Ventil 18 steht in Einstellabhängigkeit von einem Kühlmittelstandsanzeiger 19 und einem Temperaturfühler 21. Im Betrieb ist die Kammer 4 des Entlüftungsschachtes mit Abwasser angefüllt, die Transformatorkammer 5 dagegen mit Leitungswasser. Steigt das Wasser in der Transformatorkammer über eine bestimmte Höhe an, so fließt es über ein Überlaufrohr in die Abwasserkammer 4 ab. Sinkt das Kühlmittel über eine bestimmte Höhe, so spricht der Kühlmittelstandsanzeiger 19 an und öffnet das Ventil 18, so daß weiteres Wasser zufließt. Die Abwasserkammer 4 und die Transformatorkammer 6 sind durch eine gut wärmeleitende Beton- oder Stahlwand 20 (Wärmeaustauschwand) voneinander getrennt. Die Verlustwärme des Transformators wird vom Kühlwasser aufgenommen und über die Wärmeaustauschwand 20 zwischen der Transformatorkammer 6 und der Abwasserkammer 4 direkt ohne Luftpolster auf das Abwasser übertragen. Da das Abwasser im jahreszeitlichen Verlauf eine annähernd konstante Temperatur von etwa 15° C annimmt und da sich in den Kanalisationsrohren im allgemeinen eine Mindestwassermenge befindet, ist für eine gute Abfuhr der in der Abwasserkammer 4 vorhandenen Wärme und damit auch der Verlustwärme des Transformators gesorgt. Sinkt das Abwasser im Kanalisationsrohr bei anomalen Verhältnissen unter das untere Ende des Kanalisationsrohres ab und tritt hierdurch in der Abwasserkammer ein Wärmestau auf, d. h., die Verlustwärme des Transformators wird nicht mehr abgeführt, so spricht ein Temperaturfühler 21 an und sorgt für die Zufuhr von frischem Kühlwasser für die Dauer des Versagens der Abwasserkühlung.Fig. 1 shows the vertical section through a transformer station which is arranged below a street. Approximately in the middle of the street, a manhole cover 1 is let in, which closes a ventilation shaft 2 for the sewage system 3. The ventilation shaft is expanded approximately at the level of the sewer pipe 3 to form a waste water chamber 4, the height of which corresponds to the height of the transformer 5 used. The transformer 5 is located on the same level as the bottom of the sewage chamber 4 in a transformer chamber 6. The transformer chamber 6 is closed at the top by a plate 7 made of concrete or steel. A frame 8 for the high-voltage switching devices is built on the plate 7. The low-voltage bushing 12 is connected to the low-voltage distributor 14 via a line rail 13. The low-voltage distribution 14 and the frame 8 carrying the ring cable disconnector 10 and the high-performance fuse 9 are located in a station chamber 15, which is accessible via the entrance 16 in the pavement of the street and can be hermetically sealed, since there is no significant heat loss. A cooling water supply pipe 17 ends in the transformer chamber 6 and can be opened and closed via a valve 18. The valve 18 is set as a function of a coolant level indicator 19 and a temperature sensor 21. During operation, the chamber 4 of the ventilation shaft is filled with waste water, whereas the transformer chamber 5 is filled with tap water. If the water in the transformer chamber rises above a certain height, it flows into the waste water chamber 4 via an overflow pipe. If the coolant falls above a certain height, the coolant level indicator 19 responds and opens the valve 18 so that more water flows in. The waste water chamber 4 and the transformer chamber 6 are separated from one another by a concrete or steel wall 20 (heat exchange wall) that is a good conductor of heat. The heat loss from the transformer is absorbed by the cooling water and transferred via the heat exchange wall 20 between the transformer chamber 6 and the waste water chamber 4 directly to the waste water without an air cushion. Since the wastewater assumes an approximately constant temperature of about 15 ° C over the course of the season and since there is generally a minimum amount of water in the sewer pipes, the heat present in the wastewater chamber 4 and thus also the heat loss from the transformer is ensured. If the sewage in the sewer pipe sinks below the lower end of the sewer pipe under abnormal conditions and this causes a build-up of heat in the sewage chamber, i.e. the heat loss from the transformer is no longer dissipated, a temperature sensor 21 responds and ensures the supply of fresh cooling water for the duration of the failure of the wastewater cooling.

In Fig. 2 ist die Abwasserkammer 4 und die Transformatorkammer 6 der in Fig. 1 gezeigten Umspannstation noch einmal dargestellt. Der Wärmeübergang zwischen Kühlmittel und Abwasser findet jedoch nicht nur über die Zwischenwand der Kammer 4 und der Kammer 6 statt, sondern zusätzlich noch über ein Kühlrohrsystem 22. Das warme Kühlmittel, für das an Stelle von Wasser auch ein anderes flüssiges Kühlmittel benutzt werden kann, wird von dem fließenden Wasser des Abwasserkanals abgekühlt und fällt in der Kühlschlange 22 nach unten. Es gibt somit seine Wärme an den Abwasserkanal ab und wird abgekühlt der Transformatorkammer wieder zugeführt. Das in der Abwasserkammer erwärmte Wasser steigt nach oben und wird fortgespült.In Fig. 2, the waste water chamber 4 and the transformer chamber 6 of the transformer station shown in Fig. 1 is shown again. The heat transfer between the coolant and waste water does not only take place via the partition between the chamber 4 and the chamber 6, but also via a cooling pipe system 22. The warm coolant, for which another liquid coolant can be used instead of water cooled by the flowing water of the sewer and falls down in the cooling coil 22. It gives off its heat to the sewer and is cooled and fed back into the transformer chamber. The water heated in the sewage chamber rises and is washed away.

Je nachdem, in welcher Größe die Wärmeverluste auftreten, kann die eine oder die andere Ausführung verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Transformatoren oder anderen elektrischen Großgeräte in trockenen Kammern anzuordnen und sie in bekannter Weise mit einem Kühlmittelkreislauf aus Rohrsystemen oder ähnlichem zu umgeben und diesen Kühlmittelkreislauf durch den Abwasserschacht oder auch direkt durch die Kanalisation zu führen.Depending on the size of the heat losses, the one or the other version can be used. However, it is also possible to use the Arrange transformers or other large electrical devices in dry chambers and they in a known manner with a coolant circuit from pipe systems or the like to surround and this coolant circuit through the sewer or directly through the sewerage system.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Underfloor station for large electrical devices such. As transformers, motors, generators, etc., in which the major equipment is installed in a preferably stuffed with water as coolant underground chamber, characterized in that the coolant in heat exchange communication with the waste water of a sewer.

2. Underfloor station according to spoke 1, characterized in that that the transformer chamber (6) next to a chamber filled with wastewater (wastewater chamber 4), which is located in the course of the sewer system, and that the cooling water and the waste water exchanges heat via a partition (20) shared by both chambers stands.

3. Underfloor station according to claim 1, characterized in that the coolant is in heat exchange with the waste water via a cooling pipe coil (22).

4. Underfloor station according to claim 1, characterized in that a coolant level indicator (19) is provided is that, depending on the amount of coolant, a valve (18) for the cooling water supply controls. 5. Unterhurstation according to claim 1, characterized in that that a temperature sensor (21) is provided, which depends on the temperature of the large device or the cooling water, the valve (18) for the supply of fresh cooling water controls in the sense of a temperature limit if the wastewater cooling fails. In. Documents considered: German Patent Specifications No. 521735, 642 462; VDE-Fachberichte, 15 (1951), p. 33, Fig. 11; Weickert, »High Voltage Systems«, 6. Edition (1945), p. 451, para. 4; Bulletin SEV 1953, No.

5, pp. 206/207, section F.