DE3025661C2

DE3025661C2 - Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlustwärme von im Inneren flüssigkeitsgekühlten Transformatoren oder Drosselspulen

Info

Publication number: DE3025661C2
Application number: DE3025661A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 7050 Waiblingen Matthes; Heinz Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Ubl
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1982-11-04
Also published as: JPS5752115A; US4456899A; DK297881A; ATE9626T1; EP0043511B1; DK150049B; DE3025661A1; EP0043511A1; DK150049C; CA1179423A

Description

anfallende Verlustwärme infolge ihrer niedrigen Temperatur praktisch nicht nutzbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit einer Einrichtung zur Verlustwärmeverwertung von Transformatoren zu verbersern, indem die Arbeitstemperatur des inneren Kühlmittels unter Berücksichtigung unterschiedlicher Lastzustände jeweils soweit angehoben wird, daß gegenüber dem Zustand ohne Verlustwärmeverwertung kein erhöhter thermisch bedingter Lebensdauerverbrauch der Wicklungsisolierung des Transformators oder der Drosselspule eintritt wobei zu berücksichtigen ist, daß sich die höchste thermische Beanspruchung der Wicklungsisolierung nach der Heißpunkttemperatur am Leiter der Wicklung richtet.

ErTmdungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß der Abstand der Temperatur des inneren Kühlmittels unter dem Kesseldeckel von der für die Isolierung der Wicklung im Hinblick auf deren normalen Lebensdauerverbrauch maximal zulässigen Temperatur abhängig von der Belastung des Transformators oder der Drosselspule durch Drosselung der normalen Kühleinrichtung se eingestellt ist daß die Temperatur des Kühlmittels bei Vollast des Transformators niedriger ist als bei Teillast

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verlustwärme des Transformators oder der Drosselspule dem Kreislauf des inneren Kühlmittels, z. B. öl, über parallel oder in Reihe zu der abschaltbaren bzw. überbrückbaren normalen Kühleinrichtung geschaltete Wärmetauscher oder Wärmepumpen entzogen ist wobei der Transformator selbst mindestens einen Teil eines erforderlichen Wärmespeichers darstellt

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Teile der normalen Kühleinrichtung, wie Radiatoren, öl- Luft oder öl-Wasser-Kühler einzeln oder über Sammelrohre zusammengefaßt an wenigen oder nur einer einzigen Stelle gedrosselt nach Maßgabe der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der unter dem Deckel herrschenden öltemperatur, die einerseits abhängig von der Transformatorbelastung und die andererseits entweder unabhängig oder auch abhängig von der Umgebungstemperatur vorgegeben ist Dabei ergeben sich die zulässigen Deckelöltemperaturen aus der Berücksichtigung der Annahme, daß nach DIN 57 536 Ausgabe März 1977 unterhalb von 80⁰C Heißpunkttemperatur an der Isolierung deren Lebensdauerverbrauch vtfmachlässigbar klein ist

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist sehr vorteilhaft denn sie erhöht die Wirtschaftlichkeit bei der Ausnutzung der Verlustleistung von Transformatoren im wesentlichen durch die Erhöhung der Temperatur des inneren Kühlmittels bis auf Werte, bei denen gerade noch kein Lebensdauerverbrauch auftritt indem der bei Teillast zwischen der Transformatorwicklung und dem inneren Kühlmittel tatsächlich auftretende Temperaturunterschied berücksichtigt wird. Eine Erhöhung der Kühlmitteltemperatur ist aus diesem Grund bei Teillastzuständen möglich, ohne daß dies für die eingesetzten Isolierwerkstoffe zu erhöhtem Lebensdauerverbrauch führt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand

einer Zeichnung näher erläutert

Ein lediglich schematisch dargestellter, herkömmlicher Transformatorkessel 1 ist an einer Breitseite zur normalen Kühlung des im Inneren des Transformators durch die Wickiungs- und Eisenverluste erwärmten inneren Kühlmittels Öl mit einer Kühleinrichtung 2 versehen, die üblicherweise aus Radiatoren, Öl-Kühlern mit forcierter Luftkühlung oder öl-Wasser-Kühlern besteht Ein Sammelrohr 3 verbindet den Ölrücklauf

ίο mehrerer Teile der Kühleinrichtung 2 und führt zu einer als Ventil 5 dargestellten Drosselstelle. Das Ventil 5 ist über einen Temperaturkühler 4 im Deckelöl und über einen Temperaturregler 13 nach Maßgabe eines vorgegebenen Temperatur-Sollwertes automatisch so

eingestellt daß die von einem Sollwertgeber vorgegebenen Werte für die Deckelöltemperatur eingehalten sind Der Temperatur-Sollwert ist dabei in erster Linie abhängig von der Belastung des Transformators und ist außerdem in Abhängigkeit vom Wärmebedarf für Heizzwecke oder für eine Brauchwassererwärmung variierbar.

Am Transformatorkessel 1 ist parallel zur normalen Kühleinrichtung 2 über ein Ventil 11 im ölvorlauf und über ein Ventil 12 im ölrücklauf ein öl-Wasser-Wärmetauscher 7 geschaltet dessen Ölkreislauf durch eine Pumpe 6 angetrieben ist Das im Wärmetauscher 7 erwärmte Wasser wird von einer Wasserpumpe 8 in einen Wasservorlauf 9 gedrückt Bei Verwertung der Vsrlustwärme zu Heizzwecken kehrt das abgekühlte Wasser im geschlossenen Kreislauf Ober einen Wasserrücklauf 10 zum Wärmetauscher 7 zurück. Bei Verwertung der Verlustwärme zur Brauchwassererwärmung ist kein geschlossener Wasserkreislauf vorhanden. In diesem Fall dient das Rohr 10 als Frischwasserzulauf und durch das Rohr 9 erfolgt der Ablauf des erwärmten Wassers aus dem Wärmetauscher 7.

Wenn auf der Wasserseite des Öl-Wasser-Wärmetauschers 7 weniger Wärme abgenommen wird, als er aufgrund seiner Auslegung und der vom Transformator

angebotenen Verlustwärme abzugeben im Stande ist, wird über den Temperaturfühler im Deckelöl des Transformators und den Temperaturregler 13 das Ventil 5 im Ölrücklauf der normalen Transformatorkühleinrichtung 2 mehr oder weniger geöffnet und über diese die überschüssige Wärmemenge abgeführt. Im Wasserkreislauf wird damit keine weitere Temperaturregeleinrichtung erforderlich.

Der Temperaturregler 13 kann durch entsprechende Vorgabe des Temperatur-Sollwertes des Deckelöles

z. B. über einen Prozeßrechner dem Umstand Rechnung tragen, daß der Wärmebedarf und damit die Vorlauftemperatur des Wassers in der Heizungsanlage mit sinkender Umgebungstemperatur ansteigen sollte, um stets gleiche Raumtemperatur zu erzielen.

Für alle Fälle, in denen die Vorlauftemperatur des Kühlmittels für einen vorgesehenen Anwendungszweck nicht ausreichend hoch ist, kann dem Kühlmittel die Verlustwärme des Transformators auch über den Verdampfer einer Wärmepumpe entzogen werden.

Durch den Einsatz einer Wärmpumpe wird in diesen Fällen die Verlustwärme des Transformators auf ein höheres Temperaturniveau angehoben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: Belastung des Transformators. Die Nutzung der Verlustwärme von Transformatoren

1. Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlust- oder Drosselspulen ist bisher im wesentlichen aus wärme von im Inneren flüssigkeitsgekühlten Trans- Gründen mangelnder Wirtschaftlichkeit unterblieben, formatoren oder Drosselspulen über zusätzlich zu 5 Normalerweise wird ein Transformator oder eine der normalen Kühleinrichtung angebrachte Wärme- Drosselspule nicht ständig mit Vollast, sondern nur mit tauscher oder Wärmepumpen durch Drosselung der Teillast betrieben, wobei eine geringere Erwärmung als normalen Kühleinrichtung in Abhängigkeit von der unter Nennbedingungen erfolgt Außerdem besteht der Belastung des Transformators, dadurch ge- Bedarf, die Verlustwärme für Heizzwecke auszunutzen kennzeichnet, daß der Abstand der Tempera- io gerade in der kalten Jahreszeit, während der das innere tür des inneren Kühlmittels unter dem Kesseldeckel Kühlmittel Öl eines außen luftgekühlten Transformators von der für die Isolierung der Wicklung im Hinblick ohnehin kälter bleibt als bei maximaler Umgebungstemauf deren normalen Lebensdauerverbrauch maxima! peratur. Unter den vorgenannten Bedingungen stellt zulässigen Temperatur so eingestellt ist, daß die sich ein relativ niedriges und meist stark schwankendes Temperatur des inneren Kühlmittels bei Vollast des is Temperaturniveau im Kühlmittel öl ein, so daß für die Transformators (1) oder der Drosselspule niedriger Ausnutzung der Verlustenergie mit den bisherigen ist als bei Teillast Mitteln ein verhältnismäßig großer technischer Auf-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wand erforderlich ist

zeichnet, daß der Transformator (1) oder die Dieses niedrige Temperaturniveau ist durch das

Drosselspule im Rahmen der Nutzung ihrer 20 Langzeitverhalten der in dem Transformator verwende-

Verlustwärme selbst als Wärmespeicher verwendet ten Isolierstoffe bedingt die zur Erzielung der

ist erwünschten großen Lebensdauer thermisch nicht zu

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch stark belastet werden dürfen. Darüber hinaus ist auch gekennzeichnet, daß die Temperatur des inneren die Menge der anfallenden Verlustenergie in Transfor-Kühlmittels abhängig von der Belastung des 25 matcren aufgrund von deren sehr hohem Entwicklungs-Transformators (1) oder der Drosselspule eingestellt stand verhältnismäßig klein, insbesondere bezogen auf oder geregelt ist und dabei mit zunehmender die Nennleistung der Transformatoren.

Belastung des Transformators (1) abnimmt Technische Möglichkeiten zur Verlustwärmeverwer-

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch tung von Transformatoren durch Wärmepumpen und gekennzeichnet daß die Temperatur des inneren 30 Wärmeaustauscher sind in der Zeitschrift »Elektrizitäts-Kühlmittels unabhängig von der Umgebungstempe- wirtschaft« im 54. Jahrgang auf den Seiten 825 bis 831 ratur eingestellt oder geregelt ist beschrieben. Ausgangspunkt für die dort angegebenen

5. Einrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch Lösungen ist die Ausnutzung der Verlustwärme von gekennzeichnet daß die Temperatur des inneren öltransformatoren bei niedrigen und mittleren BeIa-Kühlmittels unter Berücksichtigung unterschiedli- 35 stungen ohne Begrenzung der Öltemperatur durch chen Heizungsbedarfs abhänig von der Umgebungs- Maßnahmen an der äußeren Kühleinrichtung. Nach der temperatur eingestellt oder geregelt ist dort vorgesehenen Konzeption wird die mit steigender

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch Verlustleistung ansteigende öltemperatur erst bei gekennzeichnet daß die Teile der normalen Erreichen eines einstellbaren Höchstwertes dadurch Kühleinrichtung (2) einzeln oder über Sammelrohre 40 begrenzt daß die normale Eigenkühlung des Transfor-(3) zusammengefaßt an wenigen oder nur einer mators selbsttätig in Betrieb gesetzt wird. Nachteilig ist einzigen Stelle (5) gedrosselt sind. hierbei im Hinblick auf die Nutzbarmachung der

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch Verlustwärme, daß die kleineren Verlustwärmemengen gekennzeichnet, daß der Abstand der Temperatur im Teiilastbereich bei niedrigeren Temperaturen im des inneren Kühlmittels von der für die Isolierung 45 Kühlmittel anfallen als die größere Verlustwärme bei zulässigen Temperatur unabhängig von der zur Vollast und infolge ihrer niedrigen Temperatur prak-Heizung oder Brauchwassererwärmung verwende- tisch nicht nutzbar sind.

ten Wärmemenge durch intermittierenden Betrieb Durch die CH-PS 3 49 339 ist auch schon ein

der normalen Kühleinrichtung (2) des Transforma- flüssigkeitsgefüllter Transformator bekannt, dessen tors (1) oder der Drosselspule eingestellt ist. so Kessel einen ölkühler und einen zusätzlichen Wärme-

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch tauscher aufweist, wobei bei Über- oder Unterschreiten gekennzeichnet, daß die Temperatur des inneren einer vorbestimmten Grenztemperatur des Transfor-Kühlmittels unter dem Kesseldeckel eines ONAN-, matoröls der Kühler selbsttätig zu- bzw. abgeschaltet ONAF oder luftgekühlten Transformators (1) oder wird.

Drosselspule bei Vollast und Umgebungstemperatu- 55 Außerdem ist in dem Buch von Rudolf Küchler »Die ren unter +2⁰C etwa 57° C und bei Halblast Transformatoren«, 1956, auf den Seiten 228 und 229 unabhängig von der Umgebungstemperatur etwa ausgeführt, im Hinblick auf die Lebensdauer des 72° C nicht überschreitet. Transformators durch Beeinflussung der Kühlmittel

temperatur die für Nennbetrieb zulässige Übertempera-

60 tür des Transformators abzusenken. Bei Einhaltung

dieser Kühlmitteltemperaturbedingungen und der für den Nennbetrieb zulässigen mittleren Übertemperatu-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nutzbar- ren ist ein befriedigendes Lebensalter für die Transformachung der Verlustwärme von flüssigkeitsgekühlten matoren zu erwarten. Dies umso mehr als die Transformatoren oder Drosselspulen über zusätzlich zu 65 Transformatoren meist nicht dauernd voll belastet sind, der normalen Kühleinrichtung angebrachte Wärmetau- Das heißt, es wird hier als selbstverständlich vorausgescher oder Wärmepumpen durch Drosselung der setzt, daß die Kühlmitteltemperatur bei Teillast normalen Kühleinrichtung in Abhängigkeit von der niedriger ist als bei Vollast. Auch hierbei ist die