DE19636457A1 - Kombination von aufeinander abgestimmten Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeumwälzkühlung in elektrischen Transformatoren, insbesondere solchen mit Wellblechkühlrippen - Google Patents

Description

Bei den meisten mit Isolierflüssigkeit gekühlten elektrischen Transformatoren kommt die sogenannte Thermosiphon- oder Wärmeumwälzkühlung zur Anwendung.

Durch die Erwärmung des Aktivteils, insbesondere der Wicklungen, steigt die Isolierflüssigkeit nach oben und wird unter dem Deckel nach außen in die Wellblechkühlrippen abgedrängt, wo sie sich abkühlt und sich abwärts bewegt, wobei mit zunehmender Abkühlung ihre Viskosität zunimmt.

Eine Folge der Viskositätszunahme ist das teilweise vorzeitige Zurückströmen der Flüssigkeit aus den Kühlrippen zum Aktivteil hin. Dies führt dazu, daß sich die Flüssigkeit im unteren Teil des Transformators sehr viel langsamer bewegt als im oberen Teil. Die stark abgekühlte Flüssigkeit im unteren Teil des Transformators gibt wegen der geringeren Temperaturdifferenz zur Kühlluft nur wenig Wärme ab, was einen schlechteren Wärmetransport aus den Wicklungen zur Folge hat.

Nimmt man jedoch der Flüssigkeit die Möglichkeit des vorzeitigen Zurückströmens - etwa dadurch, daß man sie nur unter dem Deckel in die Kühlrippen eintreten und nur am Kesselboden austreten läßt - so kann es beim sogenannten Kaltstart bei extrem tiefen Außentemperaturen zum Wärmestau und unter Umständen schweren Schäden kommen. Die Störanfälligkeit ist außerdem bei stagnierender Flüssigkeit größer, da sich leichter ein Ionenpfad aufbauen kann.

Durch den oben beschriebenen Sachverhalt ist ein Vorurteil entstanden, das jedoch bei Verwendung niedrigviskoser Flüssigkeiten ungerechtfertigt ist. Das Vorurteil wird durch einen weiteren Umstand verstärkt: Niedrigviskose Mineralöle helfen zwar bei der Lösung des wärmetechnischen Problems, stellen jedoch wegen ihres niedrigen Flammpunkts eine erhöhte Brandgefahr dar.

Durch die Kombination von zwei Maßnahmen: Verwendung einer Flüssigkeit mit extrem niedriger Viskosität und dabei gegenüber gewöhnlichen Transformatorenölen ähnlichem oder sogar höherem Flammpunkt und durch die Schaffung von Bedingungen, die den Vorteil der niedrigen Viskosität ausnutzen, kann vermieden werden, daß es zum Wärmestau kommt, ohne daß die Brandgefahr erhöht wird; unter diesen Bedingungen wird sehr viel mehr Wärme aus dem Aktivteil abgeführt und die mittlere Temperatur der Flüssigkeit erniedrigt.

Ein weiterer und unerwarteter Vorteil kommt hinzu: Durch den besseren Verlustwärmetransport werden Heißpunkte vermieden, die Alterung der Zellulose vermindert, sowie durch eine Senkung der Heißpunkt-Leitertemperatur sonst entstehende Ohmsche Verluste vermieden. Die höhere Umlaufgeschwindigkeit erhöht außerdem die Durchschlagspannung und verbessert die Selbstheilfähigkeit.

Die durch die Verwendung einer niedrigviskosen Isolierflüssigkeit mögliche Verbesserung des Wärmetransports geschieht durch Schließung oder Einengung der Kanäle, durch die sonst die nur ungenügend abgekühlte Flüssigkeit vorzeitig zum Aktivteil zurückfließt. Dies kann z. B. durch starke Prägung der Wellen in Kesselwandnähe erfolgen oder durch eine Abdeckung, Leitbleche oder analoge Maßnahmen, die geeignet sind, eine möglichst große Masse (bzw. Volumen) der Flüssigkeit einen möglichst großen Weg bei der Abkühlung zurücklegen zu lassen.

Die um den Faktor 1,1 verbesserte Kühlleistung entspricht einer Erhöhung der Nennleistung um etwa 10%. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch Senkung der Leerlaufverluste bei der Nutzung der Möglichkeit kompakterer Bauweise. Insgesamt läßt sich durch die beschriebene Kombination systemisch aufeinander bezogener Maßnahmen nicht nur ein wirtschaftlicher, sondern auch ein energetischer Vorteil erzielen.

Claims (1)

1. Kombination von aufeinander abgestimmten Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeumwälzkühlung in elektrischen Transformatoren, insbesondere solchen mit Wellblechkühlrippen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung einer niedrigviskosen synthetischen Kühl- und Isolierflüssigkeit, insbesondere Ditolylether, bei gleichzeitiger Verhütung des vorzeitigen Zurückströmens der Flüssigkeit durch geeignete konstruktive Maßnahmen, insbesondere die erzwungene vertikale Abwärtsbewegung eines größtmöglichen Flüssigkeitsvolumens beim Abkühlvorgang, eine wesentliche Verbesserung der Verlustwärmeabgabe in nach dem Thermosiphon-Prinzip gekühlten Transformatoren erzielt wird.