DE19812243A1 - Elemente einer Einhausung für Trockentransformatoren und deren Anordnung - Google Patents

Abstract

Verbesserung der Kühlung von Trockentransformatoren durch Erhöhung des Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlluft bei gleichzeitiger Verbesserung der Wärmestrahlungsbilanz.

Description

Trockentransformatoren geben die in ihnen als Folge des Stromflusses entstehende Wärme als Wärmestrahlung und, bei Berührung mit der Umgebungsluft, als an diese abgeleitete Wärme ab.

Wärmeabstrahlung erfolgt hauptsächlich durch die Oberspannungswicklungen, die die Unterspannungswicklungen und den Kern umschließen, während die Unterspannungs­ seite auf Kühlkanäle angewiesen ist.

Ist es bei der Wärmeabstrahlung hauptsächlich die Oberflächentemperatur der abstrahlenden Körper und die sich aus dem Temperaturunterschied des Wärme abstrahlenden und Wärmestrahlung aufnehmenden Körpers, der die Wärmebilanz bestimmt, so ist es bei der an die durch die Kühlkanäle strömenden Luft abgegebenen Wärme die Wärmeaufnahmefähigkeit der Luft, die dafür verantwortlich ist, ob die entstehende Wärme rasch genug abgeführt wird. Befinden sich sowohl die angestrahlten Körper als auch die Kühlluft auf einem niedrigen Temperaturniveau, kann der Transformator stärker belastet werden, als wenn diese sich auf einem hohen Temperaturniveau befinden.

Dadurch daß man kühle Luft an den Transformator heranführt und die erwärmte Luft abführt, versucht man insbesondere die thermisch stärker belasteten Unterspannungs­ wicklungen zu kühlen.

Da jedoch Trockentransformatoren nicht berührungssicher sind und außerdem gegen Staub und Sprühwasser geschützt werden sollen, was gewöhnlich durch sogenannte IP-Einhausungen geschieht, ist die Heranführung von Kühlluft erschwert und erfordert einen erheblichen Aufwand und oft auch erhebliche Kosten.

Ziel der Erfindung

Es soll zumindest ein die Kühlung beeinflussender Faktor, wenn möglich mehrere Faktoren, durch die praktische Nutzung eines bisher nicht zu dem gedachten Zweck genutzten physikalischen Gesetzes verbessert werden, wodurch sich eine Leistungs­ steigerung des Transformators ergibt.

Theoretische Voraussetzungen:

• 1. Es ist bekannt, daß die Hauptbestandteile der Luft, Stickstoff und Sauerstoff, sehr schlechte Wärmeträger und für Wärmestrahlung praktisch durchlässig sind. Eine Reihe von Gasen, insbesondere Kohlendioxid und Wasserdampf, nehmen dagegen Strahlungswärme auf und strahlen diese ab.
  Ein hoher Anteil von Wasserdampf in ungesättigtem Zustand in der Kühlluft eines Transformatores würde die Wärmeaufnahmefähigkeit derselben also verbessern.
• 2. Es ist bekannt, daß Wasser eine sehr hohe Verdampfungswärme besitzt. Sie beträgt bei Normaldruck - 2256,7 kJ/kg oder 539 kcal/kg oder 627 Wh/kg.

Beschreibung des Wirkprinzips

Dadurch daß man Wasser in der zur Kühlung bestimmten Luft verdampfen läßt, entzieht man der Luft Wärme.

Aus (1) und (2) ergibt sich, daß die Kühlluft, in der Wasser verdampft wurde,

• (1) mit Wasserdampf angereichert wurde;
• (2) sich abgekühlt hat.

Läßt man die so veränderte Luft durch die Kühlkanäle des Transformators und an ihm entlang nach oben strömen, erhöht sich die Kühlleistung

• (1) aufgrund der niedrigeren Ausgangstemperatur der Kühlluft und
• (2) aufgrund der wegen des erhöhten Wasserdampfanteils erhöhten Wärmeauf­ nahmefähigkeit; letztere führt wegen der stärkeren Temperaturerhöhung zu einer stärkeren Ausdehnung der Kühlluft in Kühlkanälen und damit zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit.

Von der Annahme ausgehend, daß auch die angefeuchtete Luft untersättigt ist und nicht auf kalte Stellen am Transformator auftrifft, wo es zu Kondensation kommen könnte, ergeben sich aus der Luftbefeuchtigung keine isoliertechnischen Nachteile.

Es wurde oben erwähnt, daß die Wirksamkeit der Kühlung der Oberspannungs­ wicklungen gleichbedeutend ist mit einer günstigen Wärmestrahlungsbilanz. Dies heißt nichts anderes, als daß die Wärmestrahlung um so wirksamer ist, je kühler die angestrahlten Oberflächen.

Im Sinne der obigen Problemstellung bedeutet dies, daß man einen Weg finden muß, gleichzeitig mit der Luftkühlung und -befeuchtung auch die angestrahlten Oberflächen zu kühlen.

Diese Forderung, auf eine IP-Einhausung bezogen konstruktiv umzusetzen, ist die erfinderische Herausforderung.

Problemlösung A. Voraussetzungen

Die IP-Einhausung hat neben den üblichen Forderungen, die in ihren Abstufungen in der DIN 400 50 festgelegt sind, im Sinne der vorliegenden Zielsetzung außerdem

• - für Kühlluft durchlässig zu sein;
• - die Kühlluft abzukühlen;
• - die Kühlluft mit Wasserdampf anzureichern;
• - eine kühle Oberfläche anzubieten, die die Wärmestrahlungsbilanz signifikativ verbessert.

B. Ableitung

Die sich kühlende Einhausung besteht aus einem tragenden Rahmen oder einer selbsttragenden und entweder perforierten oder mit Belüftungsschlitzen oder -öffnungen versehenen inneren Konstruktion, z. B. aus Metall oder Kunststoff, an deren Außenseite und diese umhüllend in einem günstigen Abstand eine Textilaußenhaut angebracht ist, die je nach Transformatorenlast oder -temperatur auf geeignete Weise befeuchtet werden kann. Um einen stetigen und gerichteten Luftstrom zum Transformator hin zu bewirken, ist das textile "Zelt", das z. B. aus Kunstfasergewebe bestehen kann, so zu gestalten und auszurüsten, daß die von einem starken Ventilator aus dem Bereich über dem Transformator abgesaugte Luft gezwungen ist, den Weg über den Transformator und seine Kühlkanäle zu nehmen. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß der Luftraum zwischen der textilen Umhüllung und dem inneren Teil der Einhausung durch seine Gestaltung zur Schaffung der gewünschten Luftrichtung beiträgt und die innere Einhausung im gleichen Sinn wirkende gestalterische Elemente aufweist.

Von der Annahme ausgehend, ein Trockentransformator gebe pro Stunde 2 kWh Verlustwärme ab, würde allein durch die Verdampfung von ca. 3 Liter Wasser und die dadurch verursachte Abkühlung der Kühlluft eine den Verlusten entsprechende Verbesserung der Kühlleistung erzielt. Da jedoch auch die Umgebung des Transfor­ mators auf die Einhausung Wärme abstrahlt, ist der Nutzeffekt wesentlich geringer.

Claims (1)

1. Elemente einer Einhausung für Trockentransformatoren und deren Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhausung rundum von Umgebungsluft durchströmt werden kann, diese sich beim Durchströmen eines ständig oder lastabhängig mit Wasser befeuchteten äußeren benetzungsfanigen Mantels abkühlt und befeuchtet und die abgekühlte und befeuchtete Luft so geführt wird, daß sie die von den Oberspannungswicklungen angestrahlten Festkörperoberflächen ständig abkühlt und von unten in die Kühlkanäle der einzelnen Transformatorenschenkel eintritt und bei Austritt aus den Kühlkanälen abgesaugt und hinweggeführt wird.