DE1464556C3

DE1464556C3 - Induction system with a water-cooled induction coil and a water-cooled compensation capacitor connected in series with this

Info

Publication number: DE1464556C3
Application number: DE19621464556
Authority: DE
Inventors: Walter 8300 Landshut Pinkofsky
Original assignee: Ero-Starkstrom Kondensatoren Gmbh, 8300 Landshut
Priority date: 1962-10-24
Filing date: 1962-10-24
Publication date: 1976-06-16

Description

bezieht. Die Induktionsspulen werden praktisch immer mit einer Wasserkühlung versehen. Das hierfür erforderliche Wasser durchläuft auch zwecks Kühlung den Kompensationskondensator, der zu diesem Zweck ein speziell angepaßtes Kühlsystem erhält. Da am Kondensator eine maximale Austrittstemperatur des Kühlwassers von etwa 45°C zulässig ist und diese an der Induktionsspule etwa 85⁰C betragen darf, ist es durchaus möglich, eine Serienschaltung der Kühlwasserwege beider Wärmeerzeuger in der Reihenfolge Kondensator — Induktionsspule vorzunehmen, wobei dann vorgenannte Grenztemperaturen durchaus eingehalten werden können.relates. The induction coils are practically always provided with water cooling. The water required for this also runs through the compensation condenser for the purpose of cooling, which is provided with a specially adapted cooling system for this purpose. As the capacitor, a maximum outlet temperature of the cooling water of about 45 ° C is permitted and this may be allowed at the induction coil about 85 ⁰ C, it is quite possible to use a series connection of the cooling water paths of the two heat sources in the order of capacitor - to make the induction coil, in which case the aforementioned limit temperatures can be adhered to.

Da der Wasserbedarf einer Induktionsspule wesentlich über dem des zugeordneten Kompensationskondensators liegt, bedingt durch die unterschiedlich hohen Verluste, muß daher ein Kondensator erfindungsgemäßer Art in der Lage sein, ohne nennenswerte Druckverluste die für die Spule benötigte Wassermenge durchzulassen. Dies bedingt ein speziell angepaßtes Kühlungssystem ausreichend großen Querschnittes beim Kondensator, denn ausschließlich für die Kühlung der Kondensatoren (ohne Induktionsspulen) bemessene Kühlleitungen, wie sie bisher bei Wasserkühlung verwendet wurden, würden einen viel zu geringen Durchlaßquerschnitt aufweisen.Since the water requirement of an induction coil is significantly higher than that of the associated compensation capacitor due to the different high losses, a capacitor according to the invention must therefore be used Art be able to supply the amount of water required for the coil without any significant pressure loss to let through. This requires a specially adapted cooling system with a sufficiently large cross section in the case of the condenser, because it is designed exclusively for cooling the condensers (without induction coils) Cooling lines, as they were previously used for water cooling, would be much too small Have passage cross-section.

Es ist nach der Patentanmeldung S 37 263 VIIId/21h eine Induktionsanlage mit einer wassergekühlten Induktionsspule und einem in Reihe mit dieser geschalteten wassergekühlten Kompensationskondensator bekannt, bei der das Kühlwasser nacheinander Kühlleitungen des Kondensators und der Spule durchfließt. Diese Anlage ist allein für Hochfrequenz-Induktionsanlagen ausgelegt. Die Kühlleitung ist mittig durch den koaxial ausgebildeten Kondensator geführt, durchströmt dann ein mit einer Stirnseite des Kondensators in Kontakt stehendes Umlenksystem, daraufhin eine hohlwandig ausgebildete und nach Art eines koaxialen Kabels angeordnete Spule, um schließlich den Kondensator in einem Hohlmantel außen zu umströmen. Die gesamte Anordnung gestattet nur, einen Kondensator verhältnismäßig geringer Kapazität zu verwenden und ist somit nur für Hochfrequenz-Induktionsanlagen geeignet.It is according to the patent application S 37 263 VIIId / 21h an induction system with a water-cooled induction coil and one connected in series with it water-cooled compensation condenser known, in which the cooling water successively cooling lines of the capacitor and the coil flows through. This system is only for high-frequency induction systems designed. The cooling line runs through the center of the coaxially formed condenser and flows through it then a deflection system in contact with one end face of the capacitor, then a hollow-walled and arranged in the manner of a coaxial cable coil, finally around the capacitor to flow around the outside in a hollow jacket. The entire arrangement allows only one capacitor to use relatively low capacity and is therefore only for high-frequency induction systems suitable.

Nach der deutschen Patentschrift 755 292 ist eine Anordnung zum Ableiten der Verlustwärme aus ölgekühlten und ölimprägnierten elektrischen Kondensatoren bekannt, bei der Wickelkondensatoren mit ihren Stirnseiten auf einer Metallplatte angeordnet sind, durch die gewundene Kühlkanäle geführt sind.According to the German patent specification 755 292 an arrangement for dissipating the heat loss from oil-cooled and oil-impregnated electrical capacitors known in the winding capacitors with their end faces are arranged on a metal plate through which winding cooling channels are guided.

Nach der Patentanmeldung S 22 994 ist ein elektrischer Kondensator für hohe Strombelastung bekannt, auf dessen Stirnkontaktflächen Kühlschlangen gelötet sind.According to patent application S 22 994, an electrical capacitor for high current loads is known, cooling coils are soldered to the end contact surfaces.

Nach der Firmendruckschrift Roederstein »Kondensatoren- und Widerstandstechnik«, Heft 2, 1956, S. 41 bis 46, ist eine Induktionsanlage für Netz- und Mittelfrequenzen bekannt, bei der die Induktionsspule und die Kondensatoren mit Wasser gekühlt sind. Im Kühlkreislauf liegen jedoch die Induktionsspule und die Kondensatoren nicht hintereinander, sondern getrennt. Die Kondensatoren sind als Paket in einem Gehäuse angeordnet, dessen Hohlwände von Kühlwasser durchflossen sind. Über besondere Kühlfolien stehen die Kondensatoren mit den gekühlten Hohlwänden in Kontakt. Mehrere solcher Gehäuse können kühlungsmäßig in Reihe geschaltet sein.According to the company publication Roederstein »Capacitors and Resistance Technology«, Issue 2, 1956, p. 41 to 46, an induction system for mains and medium frequencies is known in which the induction coil and the condensers are water-cooled. However, the induction coil is located in the cooling circuit and the capacitors not one behind the other, but separately. The capacitors come as a package in one Housing arranged, the cavity walls of which are traversed by cooling water. Via special cooling foils the capacitors are in contact with the cooled cavity walls. Several such housings can be connected in series in terms of cooling.

Nach der USA.-Patentschrift 2 735 969 ist ein Durchführungskondensator bekannt, der von einer ein Ausdehnungselement enthaltenden Kühlleitung gekühlt wird.According to US Pat. No. 2,735,969, a feed-through capacitor is known which is produced by a a cooling line containing expansion element is cooled.

Ein wellrohrförmiges Ausdehnungselement in einer Kühlleitung eines Kondensators ist nach der USA.-Patentschrift 3 109 968 bekannt.A corrugated tubular expansion element in a cooling line of a condenser is according to the USA patent 3 109 968 known.

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber dem genannten Stand der Technik eine Induktionsanlage für eine Nennfrequenz unter 100 Hz und eine Blindleistung des Kondensators über 100 kVA anzugeben, die eine besonders rationelle Ausnutzung des Kühlmittels gestattet.The object of the invention is to provide an induction system for specify a nominal frequency below 100 Hz and a reactive power of the capacitor above 100 kVA, which allows a particularly efficient use of the coolant.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einer Nennfrequenz der Anlage unter 100 Hz und einer Blindleistung des Kondensators über 100 kVA der Kondensator aus mehreren, in einem Gehäuse-befindlichen und gegenüber diesem Gehäuse isoliert angeordneten flachen, in einem Paket übereinandergeschichteten Wickeleinheiten besteht und daß die Kühlleitung des Kondensators über Stirnflächenkontaktschichten, die sich in Form wenigstens eines Streifens über die ganze Höhe des Pakets auf dessen einer Stirnseite erstrecken, geradlinig geführt ist und mit den Wickeleinheiten in wärmeleitendem Kontakt und überdies mit einer Steigleitung in elektrischem Kontakt steht.The solution to this problem is that at a nominal frequency of the system below 100 Hz and one Reactive power of the capacitor over 100 kVA the capacitor from several, located in one housing and in relation to this housing arranged flat, stacked one on top of the other in a package Winding units and that the cooling line of the capacitor via end-face contact layers, which is in the form of at least one strip over the entire height of the package on one of its end faces extend, is guided in a straight line and with the winding units in thermally conductive contact and moreover is in electrical contact with a riser.

Durch die geradlinige Führung der Kühlleitung kann der Druckabfall des Kühlmittels über der Kuhlleitung relativ gering gehalten werden, und daher ist es möglich, eine hinreichende Menge Kühlmittel*'zur Kühlung der Induktionsspule zu erhalten. |tfberdies wird die Kühlleitung, da sie mit den Stirnflächenkontaktschichten und einer Steigeleitung in elektrischem Kontakt steht, zur Stromzuführung zum Kondensator ausgenutzt.Due to the straight line routing of the cooling line, the pressure drop of the coolant across the cooling line can be kept relatively small and therefore it is possible to use a sufficient amount of coolant * ' To maintain cooling of the induction coil. | tfberdies becomes the cooling line, as it is electrically connected to the face contact layers and a riser line Contact is used to supply power to the capacitor.

Die Verlustwärme des Kondensators wird über die Stirnflächenkontaktschichten direkt an die Kühlleitung abgeführt. '
Eine hinreichende, aber auch besonders rationelle Kühlung wird erzielt, wenn das Verhältnis des Wasserdruckabfalls in mWs (Meter Wassersäule) zur durchfließenden Kühlwassermenge in l/s (Liter pro Sekunde) kleiner ist als etwaThe heat loss from the capacitor is dissipated directly to the cooling line via the face contact layers. '
Sufficient but also particularly efficient cooling is achieved if the ratio of the water pressure drop in mWs (meters of water column) to the amount of cooling water flowing through in l / s (liters per second) is less than approximately

mWs-s
^lü ' mWs-s
^lü '

bezogen auf eine Vergleichskühlwassermenge von etwa 0,1 l/s und auf die gesamte Kühlleitung vom Eintritt des Wassers in den Kondensator bis zu seinem Austritt aus demselben.based on a comparison cooling water volume of approx. 0.1 l / s and on the entire cooling line from the inlet of the water in the condenser until it leaves the same.

Um Ausdehnungen der Kühlleitung im Gehäuse zu kompensieren, sind bevorzugt in die Kühlleitung federnde Ausdehnungselemente innerhalb des Gehäuses eingeschaltet.In order to compensate for expansion of the cooling line in the housing, preference is given to the cooling line resilient expansion elements switched on within the housing.

Der Druckabfall des Kühlmittels in den Kühlleitungen ist besonders gering, wenn die Kühlleitungen von ihrem Eintritt bis zum Austritt aus dem Gehäuse eine Gesamtkrümmung von nicht mehr als 360° aufweisen.The pressure drop of the coolant in the cooling lines is particularly low when the cooling lines are from their entry to exit from the housing have a total curvature of no more than 360 °.

Um den Kondensator elektrisch von der Induktionsspule, soweit es den Kühlkreislauf betrifft, zu trennen, ist bevorzugt der Kühlleitungsanschluß des Kondensators an den der Induktionsspule isolierend ausgebildet.To the capacitor electrically from the induction coil, as far as the cooling circuit is concerned separate, the cooling line connection of the capacitor to that of the induction coil is preferably insulating educated.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele. Es stellt darThe figures show exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 einen aus Wickeleinheiten zusammengesetzten Kondensator im Schrägriß,1 shows a capacitor composed of winding units in an oblique view,

F i g. 2 und 3 zwei weitere Ausführungsformen im Schrägriß bzw. Schnitt.F i g. 2 and 3 two further embodiments in an oblique view and section.

Mit 10 sind in F i g. 1 einzelne Wickeleinheiten bezeichnet, die Stirnflächenkontaktschichten 11 bzw. 11' aufweisen. 12 ist eine mit der einen Kontaktierungsseite in direktem elektrischem, d. h. also auch wärmeleitendem Kontakt stehende Steigleitung, auf der, z. B.. durch Löten, eine Kühlleitung 13 befestigt ist. Zur Erzielung eines einwandfreien Kontaktes zwischen der Steigleitung 12 und der Stirnflächenkontakt- ίο schicht 11' ist erstere aufgelötet.With 10 in FIG. 1 denotes individual winding units, have the end face contact layers 11 and 11 '. 12 is one with the one contacting side in direct electrical, d. H. So also thermally conductive contact standing riser on which, for. B .. by soldering, a cooling pipe 13 is attached. To achieve perfect contact between the riser 12 and the face contact ίο layer 11 'is soldered to the former.

Eine konstruktiv andere Ausführung hinsichtlich Verlegung der Steigleitung und der Kühlleitungen ist aus F i g. 2 zu ersehen. Mit 12 ist die Steigleitung bezeichnet, während 13 bzw. 13' die beiden Kühlleitungen sind. Diese Ausführung eignet sich besonders für sehr hohe Ströme und kann dann auch mit zusätzlichen Querleitern 14 versehen werden, welche die Steigleitung 12 mit den beiden Kühlleitungen 13, 13' elektrisch verbinden.There is a structurally different design with regard to the laying of the riser and the cooling lines from Fig. 2 can be seen. The riser is designated by 12, while 13 and 13 'the two cooling lines are. This version is particularly suitable for very high currents and can then also be used with additional Transverse conductors 14 are provided, which connect the riser 12 to the two cooling lines 13, 13 ' connect electrically.

Um mechanische Beanspruchungen in Richtung der Wickelstirnseiten aufnehmen zu können, sind, wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, in die Kühlleitung 13 federnde Wellrohre 14 eingesetzt, welche eine elektrische Verbindung zwischen dem im Deckel 15 starr angeordneten Anschlußstück 16 und dem Kühlrohr 13 herstellen. In order to be able to absorb mechanical stresses in the direction of the end of the winding, how from F i g. 3 can be seen, resilient corrugated tubes 14 inserted into the cooling line 13, which provide an electrical connection between the connecting piece 16, which is rigidly arranged in the cover 15, and the cooling pipe 13.

Auch eventuelle Druckschwankungen des Wassers können — wenigstens zu einem Teil — von diesen federnden Wellrohren 14 aufgenommen werden.Any pressure fluctuations in the water can also - at least in part - be affected by these resilient corrugated tubes 14 are added.

Alle spannungsführenden Teile wie die Kühlleitungsteile 16 oder die Stromanschlüsse 17 sind, um das Gehäuse 18 spannungsfrei zu halten, durch den isolierenden Deckel 15 nach außen geführt.All live parts such as the cooling line parts 16 or the power connections 17 are to keep the housing 18 stress-free, through the insulating Cover 15 led to the outside.

In Anpassung an die Leitfähigkeit des Wassers wird die Länge des Isolierschlauches für die Wasserführung bemessen und dadurch das Potential des Wassers auf einen ungefährlichen Wert verringert.The length of the insulating hose for the water supply is adapted to the conductivity of the water measured and thereby reduced the potential of the water to a harmless value.

Mit 19 ist ein Abstandshalter bezeichnet, der das Wickelpaket gegen das auf Erdpotential befindliche Gehäuse 18 isoliert.With a spacer 19 is referred to, which the winding package against the ground potential Housing 18 isolated.

In F i g. 3 ist zugleich eine Kühlleitung mit möglichst geringer Länge gezeigt, um den Druckabfall für das Kühlwasser klein zu halten. Hierdurch und durch einen der erforderlichen Wassermenge angepaßten Querschnitt der Kühlleitung wird die Kühlwasser-Serienschaltung mit der Induktionsspule ermöglicht, ohne daß deren Kühlungsverhältnisse in unzulässiger Weise verschlechtert werden. Bei diesbezüglich extremen Anforderungen ist es auch möglich, das Kühlrohr nur in Form eines geraden Stückes, also unter Vermeidung jedes Bogens innerhalb des Kondensatorgehäuses zu verwenden. Dazu ist dann erforderlich, daß das Rohr isoliert, z. B. durch Deckel und Boden des Gehäuses geführt wird, wobei der Zufluß des Wassers zweckmäßigerweise von unten erfolgt.In Fig. 3 also shows a cooling line with the shortest possible length to reduce the pressure drop for the To keep cooling water small. As a result of this and one adapted to the required amount of water Cross-section of the cooling line enables the cooling water to be connected in series with the induction coil, without their cooling conditions being impaired in an inadmissible manner. At extremes in this regard Requirements, it is also possible to use the cooling tube only in the form of a straight piece, so under Avoid using any arc inside the capacitor case. For this it is then necessary that the pipe insulates, e.g. B. is passed through the lid and bottom of the housing, the inflow of the water is expediently carried out from below.

Wie F i g. 3 erkennen läßt, weisen die Kühlwasserleitungen von ihrem Eintritt bis zu ihrem Austritt aus dem Kondensatorgehäuse eine Gesamtkrümmung von nicht mehr als 360° auf.Like F i g. 3 shows the cooling water lines from their entry to their exit the capacitor housing has a total curvature of no more than 360 °.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 capacitors for the low frequency range practically patent claims: are only used in air-cooled design, while medium-frequency capacitors

1. Induction system with a water-cooled water cooling system, considerable advantages in terms of induction coil and one in series with this, a reduction in capacitor dimensions can bring water-cooled compensation condensation.

in which the cooling water is successively used for heat treatment of metals in steep

lines of the capacitor and the coil used the induction method to the fullest extent,

flows, characterized in that, for. B. during preheating, annealing, hardening or melting

at a nominal frequency of the system below 100 Hz io zen. The induction coils used show each

and a reactive power of the capacitor generally one according to the operating conditions

100 kVA the capacitor from several in a power factor cos of about 0.2 on average. An economic

Housing (18) located and compared to this economic utilization of such a system is there-

Housing (18) insulated, flat, only given if the corresponding reactive current

a package stacked winding 15 compensation capacitors can be used. the

units (10) exists, and that the cooling line (13, the frequency range in question is already there

13 ') of the capacitor via face contact - has been mentioned above. On condition that

layers (11, 11 '), which are in the form of at least such capacitors, among other things

a strip over the full height of the package on the voltage gradient of their dielectric and

one end of which extend in a straight line, taking into account their temperature

leads is and with the winding units (10) in supply of the currently given quality level in the

thermally conductive contact and, moreover, with an available dielectric material up to

Riser (12) is in electrical contact. are used to an acceptable limit, the result is f

2. Induction system according to claim 1, characterized in that a certain life expectancy for the Kongek is that the ratio of the water 35 capacitor, if in terms of operating and pause; pressure drop in mWs (meter water column) at the time, with regard to the switching frequency, etc. etc.

Second) is smaller than about the capacitors currently built in Germany the dielectric material is usually that wide

j Q mWs · s ₃₀ busy, that a noticeable additional electrical "

1 'load without significant impairment of the

Lifetime of the capacitors is hardly possible.

based on a comparative amount of cooling water from How higher operating temperature of the condenser

about 0.1 l / s and on the entire cooling line (13, or higher field strength of the dielectric on the

13 ') from the entry of the water into the condenser 35 can reduce the service life,

until he leaves it. show the well-known, from German and foreign

3. Induction system according to claim 1 or 2, because experts predominantly empirically determined pro '. characterized in that in the cooling line (13, proportionality relationships, e.g. a related 13 ') resilient expansion elements (14) within borrowed dependence approximately on the 5th power of the field Housing (18) are switched on. 40 showing strength.

4. Induction system according to one of the preceding claims, characterized in that it is merely indicative of the cooling lines (13, 13 ') from their entry to the connection between the temperature of the insulation and the exit from the housing (18) have a total paper and its resulting service life β curvature of no more than 360 °. 45 pointed out. ^v

5. Induction system according to one of the previous. , _ t
going claims, characterized in that ~ 0 '^ ·
the cooling line connection of the condenser

which the induction coil is designed to be insulating. where L _{0 is} the lifetime z. B. in years at O ⁰ C and L

50 is the one at i ° C.

In what proportionality ratio with increasing

the field strength of the dielectric is the life span

a capacitor of a certain design decreases, z. B. from the following relationship
While when dimensioning compen- 55

sation capacitors for induction coils with ber ^ / 1000 \ ⁵

Drive frequencies of about 50 to 100 Hz more than I (7 / '
permissible voltage gradient of the dielectric

is of major importance, where L is the service life in years and G is the field compared to much higher frequencies, about the 60 strength in V / mil.

Medium frequency range, above all the still permissible From these difficulties, for example, through a forced capacitor temperature a determining role. To get out air cooling of the condenser, that of course does not exclude that for each of the not easy insofar as the two required for it Frequency ranges necessarily the two additional expenses economically unacceptably high called capacitor parameters together and is shown.

There is, however, another cooling option with

need to find sight. Experience has shown that compensation capacitors for induction systems

the difference mentioned at the beginning is that the design according to the invention is also based on this