DE3203936A1

DE3203936A1 - Einrichtung zur nutzbarmachung der verlustwaerme von fluessigkeitsgekuehlten transformatoren

Info

Publication number: DE3203936A1
Application number: DE19823203936
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) Fromme; Gerhard Ing.(grad.) 1000 Berlin Manntschke; Willi Schaich
Original assignee: VOLTA WERKE ELECTRICITAET
Current assignee: VOLTA WERKE ELECTRICITAET
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1983-08-11

Description

VOLTA-WERKE ELEKTRICITÄTS- Mein Zeichen GESELLSCHAFT mbH VPA 82 P 6 5 0 1 DE

Berlin

Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlustwärme von flüssigkeitsgekühlten Transformatoren

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlustwärme von flüssigkeitsgekühlten Transformatoren und Drosselspulen über einen Wärmetauscher. Die Nutzung der Verlustwärme von Transformatoren oder Drosselspulen ist zwar technisch möglich, bisher jedoch im wesentlichen aus Gründen mangelnder Wirtschaftlichkeit unterblieben.

Diese mangelnde Wirtschaftlichkeit ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß normalerweise Transformatoren und Drosselspulen nicht ständig mit Vollast, sondern nur mit Teillast betrieben werden, wobei eine geringere Erwärmung als unter Nennlast erfolgt. Außerdem entsteht der Wärmebedarf, der durch Nutzung der Verlustwärme gedeckt werden kann, gerade in der kalten Jahreszeit, während der das innere Kühlmittel öl eines Transformators infolge guter Kühlung ohnehin kälter bleibt als bei maximal zulässiger Umgebungstemperatur. Unter den vorgenannten Bedingungen stellt sich ein relativ niedriges und meist stark schwankendes Temperaturniveau im Kühlmittel öl ein, so daß für die Ausnutzung der Verlustenergie zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind.

Das niedrige Temperaturniveau ist vor allem auch durch das Langzeitverhalten der in dem Transformator verwendeten Isolierstoffe bedingt, die zur Erzielung der erwünschten großen Lebensdauer thermisch nicht zu stark belastet werden. Darüber hinaus ist auch die Menge der

Krt 2 Po/02.02.1982

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anfallenden Verlustenergie in Transformatoren bezogen auf die in den Transformatoren umgesetzte Energiemenge aufgrund des sehr hohen Entwicklungsstandes der Transformatoren verhältnismäßig klein« 5

Technische Möglichkeiten zur Verlustwärmeverwertung von Transformatoren durch Wärmepumpen und Wärmetauscher sind in der Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft" im 54. Jahrgang auf den Seiten 825 bis 831 beschrieben.

Ausgangspunkt für die dort angegebenen Lösungen ist die Ausnutzung der Verlustwärme von Öltransformatoren bei niedrigen und mittleren Belastungen ohne Begrenzung der öltemperatur durch Maßnahmen an der äußeren Kühleinrichtung. Nach der dort vorgesehen Konzeption wird die mit steigender Verlustleistung ansteigende öltemperatur erst bei Erreichen eines einstellbaren Höchstwertes dadurch begrenzt, daß die normale Eigenkühlung des Transformators selbsttätig in Betrieb gesetzt wird. Nachteilig ist hierbei im Hinblick auf die Nutzbarmachung der Verlustwärme, daß gerade die kleineren Verlustwärmemengen im Teillastbereich bei niedrigeren Temperaturen im Kühlmittel anfallen als die größere Verlustwärme bei Vollast.

Durch die deutsche Anmeldung P 30 25 661.2 ist eine demgegenüber verbesserte Lösung bekannt, bei der 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 so eingestellt ist, daß die Temperatur des Kühlmittels bei Vollast des Transformators niedriger ist, als bei Teillast.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlustwärme von Transformatoren weiter zu vereinfachen und eine auch für den Leistungsbereich von sogenannten Verteilungstransformatoren wirtschaftliche Lösung zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Transformator selbst unmittelbar die Heizseite eines Wärmetauschers darstellt und daß die Kühlerseite des Wärmetauschers mit Brauchwasser gefüllt ist. Dabei ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung einerseits beim Unterschreiten einer einstellbaren Mindesttemperatur während einer Brauchwasserentnahme eine Zusatzheizung in dem Wärmetauscher eingeschaltet und andererseits beim Erreichen einer eingestellten Solltemperatur ein Brauchwasserüberlauf geöffnet.

Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist sowohl der Nenndruck als auch der durch ein Überdruckventil begrenzte Höchstdruck im Transformatorkessel niadriger als der Nenndruck auf der mit Brauchwasser gefüllten Küh?erseite des Wärmetauschers.

Vorteilhafte Ausgestaltungen von erfindungsgemäß einsetzbaren Transformatoren bestehen darin, daß die drei Kernschenkel eine dreiseitige Säule bilden und in einem an den Seiten und über dem Deckel von dem Wärmetauscher abgedeckten im Querschnitt kreisrunden Transformatorkessel stehen und daß die elektrischen Anschlüsse durch den Kesselboden geführt sind, oder daß die drei Kernschenkel in einer Ebene angeordnet sind und der Transformatorkessel lediglich an seinem Mantel von dem Wärmetauscher bedeckt ist. Bei beiden Transformatorausführungen ist zweckmäßig der Transformatorkessel nach außen

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hermetisch abgeschlossen und/oder sind die Wände des Transformatorkessels mindestens teilweise elastisch, und/oder es wird ein Gaspolster vorgesehen, so daß thermisch bedingte Volumenschwankungen ausgeglichen werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist sehr vorteilhaft auch bei Transformatoren im Leistungsbereich der sogenannten Verteilungstransformatoren einsetzbar, weil sie gegenüber Normalausführungen von derartigen Einrichtungen nur einen geringen Mehraufwand an Werkstoff und Montagearbeit erfordert.

Ein vorteilhafter Einsatzzweck ist u_ea> schon bei voll elektrifizierten 1 bis 2-Familienhäusern mit elektrischer Raumheizung gegeben. -

Wenn die Wärmespeicherung über die Niedertarifzeit erfolgt, haben solche Häuser schon einen Anschlußwert von ca. 50 kW, d.h., während der Heizperiode reicht die Verlustwärme der Transformatoren zur nahezu vollen Abdeckung des Energiebedarfs für Heißwasser (in den Sommermonaten bis zur Hälfte),

Zweckmäßig wird dann die erfindungsgemäße Einrichtung im Bereich der Heißwassersteigleitungen aufgestellt. Die Mittelspannung wird dann in das Haus eingeführt und der Transformator über eventuell angebaute Sicherungstrenner mit Isolier-Steckverbindern angeschlossen.

Die EVU-seitige Meßeinrichtung wird in der bekannten Weise auf der Niederspannungsseite angeordnet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt und Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung an einem Transformator, dessen Kernschenkel eine dreiseitige Säule bilden.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Transformator mit in einer Ebene angeordneten Kernschankeln.

IM Kernschenkel eines Kernes 1 eines Transformators sind dessen Wicklungen 2 angeordnet. Der Kern 1 und die Wicklungen 2 stehen in einem mit öl 4 gefüllten Kessel über dem Öl 4 ist ein Gaspolster 5 vorgesehen, das zusammen mit der Flexibilität von Teilen der Wände des Kessels 3 Volumenänderungen des Kernes 1, der Wicklungen 2 sowie des Öls 4 ausgleicht. Darüber hinaus ist an den Kessel 3 ein unmittelbar nach außen führendes überdruckventil 6 eingebaut. Die Wicklungen 2 sind über elektrische Anschlüsse 7, vorzugsweise in Form von berUhrungssicheren Steckverbindungen mit einem Mittel- und einem Niederspannungsnetz verbunden.

Der nach außen durch den Kessel 3 abgeschlossene Transformator stellt den Heizteil eines Wärmetauschers dar und ist von Brauchwasser 8 umspült, das von einem Kühlermantel 9 geführt ist. Der Kühlermantel 9 ist nach außen durch eine Wärmedämmwand 10 geschützt und dient dadurch praktisch als Wärmespeicherwand für das vom Transformator aufgeheizte Brauchwasser 8.

Um auch bei sehr geringer Wärmeabgabe durch den Transformator oder bei erhöhtem Brauchwasserbedarf das Brauchwasser 8 in angemessener Zeit aufheizen zu können, ist eine Zusatzheizung 11 vorgesehen. Diese Zusatzheizung 11 ist räumlich etwa in Höhe des Schwerpunkts des vom Brauchwasser 8 gebildeten Körpers angeordnet.

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Zur Vermeidung von überhitzungen des Transformators öffnet beim Erreichen einer eingestellten höchstzulässigen Brauchwassertemperatur ein nicht dargestellter überlauf für das Brauchwasser 8, so daß nachströmendes, nicht aufgeheiztes kaltes Brauchwasser 8 für eine ausreichende Kühlung des Transformators sorgt. Um jedoch einen zu großen Verlust an Brauchwasser durch den nicht dargestellten Überlauf zu vermeiden, wird beim Erreichen der eingestellten hochstzulässigen Brauchwassertemperatur ein Teil der Wärmedämmwand 1O vom Kühlermantel 9 um eine Achse 12 abgeschwenkt oder auf andere Art und Weise etwas von dem Kühlermantel 9 abgehoben, so daß ein wesentlicher Teil der vom Transformator in das Brauchwasser 8 abgeführten Wärmemenge unmittelbar durch den Kühlermantel 9 an die Umgebung weitergegeben wird.

Um eine Verschmutzung des Brauchwassers 8 durch Transformatoröl 4 zu vermeiden, ist der Betriebsdruck in dem Kessel 3 des Transformators auf jeden Fall niedriger als der Druck unter dem das Brauchwasser 8 steht. Bei einem Leck im Kessel 3 würde demzufolge Brauchwasser 8 in den Kessel 3 des Transformators eindringen und diesen praktisch unbrauchbar machen. Um dies zuverlässig zu verhindern, wird sowohl der Druck im öl 4 als auch der Druck im Brauchwasser 8 ständig überwacht und wird der Transformator bei unzulässigen Druckänderungen unverzüglich abgeschaltet. Gleichzeitig werden Zu- und Ablauf des Brauchwassers 8 geschlossen.

3 Figuren
12 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche

1J Einrichtung zur Nutzbarmachung der Verlustwärme von flüssigkeitsgekühlten Transformatoren und Drosselspulen über einen Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Transformator (1 bis 7) selbst unmittelbar die Heizseite eines Wärmetauschers darstellt und

- daß die Kühlerseite des Wärmetauschers mit Brauchwasser (8) gefüllt ist.

2β Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beim Unterschreiten einer einstellbaren Mindesttemperatur während einer Brauch-Wasserentnahme eine Zusatzheizung (11) in dem Wärmetauscher eingeschaltet ist und daß beim Erreichen einer eingestellten Solltemperatur ein Brauchwasserüberlauf öffnet.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kessel (3) des Transformators nach außen hermetisch abgeschlossen ist und ein Gaspolster (5) zum Ausgleich von Volumenschwankungen enthält.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wände des Kessels (3) des Transformators mindestens teilweise elastisch sind und thermisch bedingte Volumenschwankungen im Transformator ausgleichen,

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der Nenndruck als auch der durch ein Überdruckventil (6) begrenzte Höchstdruck im Transformatorkessel (3) niedriger ist als der Betriebs- und Nenndruck der Kühlerseite.

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6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Transformator bei einem Druckanstieg in seinem Kessel (3) spätestens beim Erreichen des Druckes der Kühlerseite selbsttätig abschaltet.

7β Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung einer höchstzulässigen Temperatur im Brauchwasser (8) eine den Wärmetauscher auf der Außenseite umgebende Wärmedämmwand (10) mindestens teilweise von einem Kühlermantel (9) abgehoben ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7_t d a durch gekennzeichnet, daß die drei Schenkel des Kernes (1) eine dreiseitige Säule bilden und in einem an den Seiten und über dem Deckel von dem Wärmetauscher abgedeckten, im Querschnitt kreisrunden Transformatorkessel (3) stehen und daß die elektrischen Anschlüsse (7) durch den Kesselboden geführt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a durch gekennzeichnet, daß die drei Schenkel des Kernes (1) in einer Ebene hintereinander angeordnet sind und der Transformatorkessel (3) lediglich an seinem Mantel von dem Wärmetauscher bedeckt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a durch gekennzeichnet, daß die elektrisehen Anschlüsse (7) über berührungssichere Steckverbindungen hergestellt sind,

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schenkel und Joche des Kernes (1) stumpf aneinanderstoßen.

*3· VPA 82 Ρ65 01 OE

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator, beispielsweise durch vollständiges Umgießen des Kernes (1) und der Wicklungen (2) mit Kunstharz, einen wasserdichten und elektrisch isolierten Block darstellt, und unmittelbar als Heizpatrone in einem Brauchwasservorratsbehälter steht.