DE3309724A1 - Cooling system of an electrical apparatus - Google Patents
Cooling system of an electrical apparatusInfo
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Abstract
Description
KT/eh 22.2.1983KT / eh February 22, 1983
9/839/83
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung einer in einem Gefäss in eine Flüssigkeit eintauchende elektrische Apparatur, insbesondere Transformatorenwicklung, wobei die Apparatur bis zu einer bestimmten elektrischen Leistung durch eine natürliche Thermosiphonkühlung gekühlt wird und oberhalb der bestimmten elektrischen Leistung zusätzlich zur Thermosiphonkühlung und unabhängig von dieser eine Kühlung mit erzwungenem Durchfluss eingeschaltet wird.The invention relates to a method for cooling an electrical apparatus immersed in a liquid in a vessel, in particular a transformer winding, the apparatus being cooled by natural thermosiphon cooling up to a certain electrical output becomes and above the certain electrical power in addition to thermosiphon cooling and independently of this, cooling with forced flow is switched on will.
Eine derartige Kühlung von Transformatoren ist in dem Rjospekt "Die Kühlung von Grosstransformatoren" von Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Baden (Schweiz),.April 1966, -Nr. 3219D, Seite 6, beschrieben.Such cooling of transformers is in the Rjospekt "The cooling of large transformers" from Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Baden (Switzerland), April 1966, no. 3219D, page 6.
Die natürliche Kühlung ist die einfachste Kühlungsart von elektkrischen Apparaturen. Sie arbeitet zuverlässig und betriebssicher. Die in .der Wicklung, im Blechpaket und in den massiven metallischen Konstruktionsteilen entstehende Wärme bewirkt, dass das OeI durch den natürlichen Auftrieb (Thermosiphonwirkung) selbständig in Zirkulation gerät. Das erwärmte QeI strömt im oberen Teil aus dem Gefäss, in dem sich die elektrische Apparatur befindetNatural cooling is the simplest type of cooling for electrical equipment. She works reliably and operationally reliable. The one in the winding, in the laminated core and the heat generated in the massive metal construction parts causes the oil to pass through the natural Buoyancy (thermosiphon effect) independently in circulation device. The heated QeI flows out of the upper part Vessel in which the electrical equipment is located
aus, gelangt in einem Kühler in dem es gekühlt wird, und tritt anschliessend im unteren Teil wieder in das Gefäss ein, und der natürliche Kreislauf vollzieht sich von neuem.from, gets into a cooler in which it is cooled, and then re-enters the vessel in the lower part, and the natural cycle takes place again.
Der Kühler besteht normalerweise aus Radiatoren, die zusätzlich durch Ventilatoren belüftet werden können, um die Kühlwirkung zu erhöhen. Bei den derzeit üblichen Kühlsystemen von beispielsweise Grosstransformatoren mit Leistungen über ca. 30 MVA ist die natürliche Thermosiphonkühlung gleichzeitig mit einer Kühlung mit erzwungenem Durchfluss der Kühlflüssigkeit gekoppelt, um die Kühlleistung bei erhöhter Beanspruchung des Transformators steigern zu können. Dadurch wird aber der natürlichen Zirkulation ein erzwungener Kreislauf überlagert, und die Temperaturverteilung innerhalb des Transformatorenkessels derart stark ausgeglichen, dass die für eine Thermosiphonwirkung notwendige Temperaturdifferenz von beispielsweise 2O0C zwischen unterem und oberem Teil des Kessels unterschritten wird. Die natürliche Kühlung kommt zum Stillstand und muss nunmehr durch einen forcierten erzwungenen Durchfluss ersetzt werden. Dies erfordert aber leistungsstärkere Umwälzpumpen und -kühler und grosser dimensionierte Rohrleitungen, die die Investitionskosten erhöhen. Ausserdem bleibt eine Unsicherheit hinsichtlich der Ausbildung von heissen Stellen innerhalb der Wicklung, da der erzwungene Durchlauf sich in erster Linie in einem Strömungsweg des geringsten Widerstandes, ungeachtet der thermischen Verhältnisse, vollzieht.The cooler usually consists of radiators, which can also be ventilated by fans to increase the cooling effect. In the currently common cooling systems of, for example, large transformers with outputs above approx. 30 MVA, the natural thermosiphon cooling is coupled with cooling with forced flow of the cooling liquid in order to be able to increase the cooling capacity when the transformer is subjected to increased stress. This, however, the natural circulation is superimposed on a forced circulation, and the temperature distribution so strongly balanced within the transformer tank, that the time necessary for a thermosiphon temperature difference of, for example, 2O 0 C between upper and lower part of the boiler is not exceeded. The natural cooling comes to a standstill and must now be replaced by a forced forced flow. However, this requires more powerful circulation pumps and coolers and larger pipelines, which increase the investment costs. In addition, there remains an uncertainty with regard to the formation of hot spots within the winding, since the forced passage takes place primarily in a flow path with the least resistance, regardless of the thermal conditions.
Dabei wird beispielsweise bei Transformatoren mit einer Leistung bis zu ca. 500 MVA in zahlreichen Anwendungsfällen die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss des Kühlmittels lediglich für zeitlich limitierte Ueber- und Spitzenbelastungen und der sich daraus ergebenden thermischen Ueberbeanspruchung der Transformatorenwicklung benötigt, während für eine Kühlung im Nennleistungsbereich allein die Thermosiphonkühlung vollständig ausreichen würde.For example, transformers with a Output up to approx. 500 MVA in numerous applications the cooling with forced flow of the coolant only for time-limited over- and peak loads and the resulting thermal overloading of the transformer winding required during only thermosiphon cooling is used for cooling in the nominal power range would be completely sufficient.
Bei der Auslegung herkömmlicher Kühlsysteme wird deswegen oftmals von vornherein die natürliche Kühlung überhaupt nicht mehr berücksichtigt, und zwar deshalb nicht, weil die Strömungsverhältnisse der Kühlflüssigkeit im Transformatorenkessel und die hydrodynamischen Gesetzmässigkeiten, die sich aus der gegenseitigen Beeinflussung von natürlicher Kühlung und Kühlung mit erzwungenem Durchlauf ergeben, bis heute noch nicht in.allen Einzelheiten bekannt sind. Die Konsequenz jedoch ist, dass man die weggefallene natürliche Kühlung durch leistungsstärkere und somit durch teurere Anlagenteile für die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss kompensieren muss.When designing conventional cooling systems, often from the outset, natural cooling is no longer taken into account at all, and that's not because the flow conditions of the cooling liquid in the transformer tank and the hydrodynamic laws that result from the mutual influence of natural Cooling and cooling with forced passage resulted, to this day not yet in all details are known. The consequence, however, is that the natural cooling that is no longer available can be replaced by more powerful and thus by has to compensate for more expensive system components for cooling with forced flow.
Ausgehend vom vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für in einem Gefäss in einer Kühlflüssigkeit eintauchende elektrische Apparatur, insbesondere Transformatorenwicklung, zu schaffen, welches sowohl eine natürliche Thermosiphonkühlung als auch eine Kühlung mit erzwungenem Durchfluss der Kühlflüssigkeit umfasst, wobei beide Kühlungsarten in einer Weise vereinigt sind, dass die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss einmal die natürliche Thermosiphonkühlung in ihrer Wirkungsweise unterstützt oder die negative Beeinflussung der natürlichen Thermosiphonkühlung durch die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss auf einem Minimum beschränkt bleibt, und zum anderen beide Kühlungsarten mit jeweils optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.Based on the prior art described above, the invention is based on the object of a cooling system for immersed in a vessel in a coolant electrical equipment, especially transformer winding, to create both natural thermosiphon cooling as well as cooling with forced flow of the cooling liquid, both types of cooling are united in such a way that the forced flow cooling once the natural thermosiphon cooling supported in their mode of action or the negative influence the natural thermosiphon cooling is kept to a minimum by cooling with forced flow remains, and on the other hand, both types of cooling can be operated with optimal efficiency.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Entnahme und der Rückfluss der Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss aus dem und in das Gefiss durch Oeffnungen erfolgt, welche in der gleichen Horizontalebene des Gefässes liegen.To solve this problem, the invention provides that the withdrawal and the return flow of the cooling liquid with forced flow from and into the Gefiss takes place through openings, which in the same Lie in the horizontal plane of the vessel.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen die folgenden:The advantages achieved by the invention are essentially as follows:
Da der Bemessung und der Auslegung d*· Kühlsystems sowohl für Nenn- als auch für Spitzenleistungsbereich einer elektrischen Apparatur, beispielsweise eines Transformators, zwei voneinander unabhängige, auf zwei verschiedenen Prinzipien beruhende und sich gegenseitig nicht negativ beeinflussende Kühlungsarten umfasst, kann mit einer hohen Betriebssicherheit, infolge der Redundanz im Kühlsystem und mit einer langen Lebensdauer des Transformators' gerechnet werden.As the sizing and design d * · cooling system both for nominal as well as for peak power range of an electrical Apparatus, for example a transformer, two independent from one another, based on two different principles based and mutually non-negatively influencing cooling types, can with a high Operational safety due to the redundancy in the cooling system and a long transformer life expectancy will.
Da die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss als Zusatzkühlung bei erhöhter Beanspruchung, beispielsweise des Transformators, in Ergänzung zur natürlichen Kühlung ausgelegt ist, können die Anlagenteile der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss, wie Umwälzpumpe, Kühler etc. vergleichweise geringer dimensioniert werden, womit sich entsprechend die Investitionskosten reduzieren.Since the cooling with forced flow is used as additional cooling in the case of increased stress, for example on the transformer, is designed in addition to natural cooling, the system parts of the cooling with forced flow, such as the circulation pump, cooler, etc. are comparatively smaller, which increases the investment costs accordingly to reduce.
Gemäss Anspruch 2 erfolgt die Entnahme und der Rückfluss der Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss aus dem und in das Gefäss durch Oeffnungen, welche im oberen Teil des Gefässes liegen.According to claim 2, the withdrawal and the return flow takes place the liquid of the cooling with forced flow from and into the vessel through openings, which in the the upper part of the vessel.
Der Vorteil nach Anspruch 2 ist insbesondere darin zu sehen, dass der Wirkungsgrad der Kühlung mit erzwungenem Durchlauf hoch ist, so dass die Anlagenteile für diese Kühlungsart redimensioniert und somit die Investitionskosten gesenkt werden können.The advantage of claim 2 is to be seen in particular that the efficiency of the cooling with forced Throughput is high, so that the system components are redimensioned for this type of cooling and thus the investment costs can be lowered.
Entsprechend Anspruch 3 erfolgt die Entnahme und der Rückfluss der Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss aus dem und in das Gefäss durch Oeffnungen, welche im unteren Teil des Gefässes liegen.According to claim 3, the removal and the backflow of the cooling liquid takes place with a forced flow out of and into the vessel through openings in the lower part of the vessel.
Hierdurch wird der Wirkungsgrad der natürlichen Kühlung gesteigert und der Wirkungsgrad des erzwungenen Durchflusses, infolge des tieferen Temperaturniveaus beim Eintritt desThis increases the efficiency of the natural cooling increased and the efficiency of the forced flow, due to the lower temperature level at the entry of the
Kühlmittels in den Kühler mit erzwungenem Durchfluss, reduziert.Coolant in the cooler with forced flow, reduced.
Gemäss Anspruch 4 erfolgt die Entnahme und der Rückfluss der Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss aus dem und in das Gefäss durch Oeffnungen, welche im mittleren Teil des Gefässes liegen.According to claim 4, the withdrawal and the return flow takes place the liquid of the cooling with forced flow from and into the vessel through openings, which in the in the middle of the vessel.
Bei dieser Lösung liegt der Wirkungsgrad für beide Kühlungsarten in einem mittleren Bereich. With this solution, the efficiency for both types of cooling is in a medium range.
Nach Anspruch 5 erfolgt die Entnahme und der Rückfluss der Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss aus dem und in das Gefäss durch Oeffnungen, welche möglichst weit voneinander entfernt liegen.According to claim 5, the removal and reflux of the cooling liquid takes place with a forced flow out of and into the vessel through openings which are as far apart as possible.
Der Vorteil nach Anspruch 5 besteht insbesondere darin, dass das Temperaturniweau der Kühlflüssigkeit in den Horizontalebenen, in denen die Entnahme- und Rückflussöffnungen für die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss liegen, über den gesamten horizontalen Querschnitt des Gefässes nahezu konstant gehalten werden kann.The advantage according to claim 5 is in particular that the temperature level of the cooling liquid in the horizontal planes, in which the extraction and return openings for cooling with forced flow are located above the entire horizontal cross-section of the vessel can be kept almost constant.
Entsprechend Anspruch 6 ist die Einmündung der Entnahme- und Rückflussrohre für die Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss in das Gefäss in der gleichen Horizontalebene des Gefässes angeordnet. Auf diese Weise können beide Kühlungsarten in optimaler Weise miteinander kombiniert werden.According to claim 6, the confluence of the withdrawal and return pipes for the forced-flow cooling liquid into the vessel in the same horizontal plane of the vessel arranged. In this way, both types of cooling can be optimally combined with one another will.
'25 Gemäss Anspruch 7 ist die Einmündung der Entnahme- und Rückflussrohre für die Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss in das Gefäss im oberen oder im unteren, oder im mittleren Teil des Gefässes angeordnet. Hierdurch wird jeweils ein optimaler Wirkungsgrad für eine der beiden Kühlungsarten oder für beide Kühlungsarten gemeinsam erreicht. '25 According to claim 7, the confluence of the withdrawal and Reflux pipes for the liquid of the cooling with forced flow into the vessel in the upper or in the lower one, or arranged in the middle part of the vessel. This results in an optimal degree of efficiency for one of the two Cooling types or for both types of cooling achieved together.
- ύ"- ύ "
Entsprechend Anspruch 8 ist die Einmündung der Entnahme und Rückflussrohre für die Flüssigkeit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss in das Gefäss an Stellen angeordnet, die möglichst weit voneinander entfernt liegen.According to claim 8 is the confluence of the withdrawal and reflux pipes for the liquid cooling with Forced flow arranged in the vessel at locations that are as far away from each other as possible.
Hierdurch wird sichergestellt, dass das Temperaturniveau der Kühlflüssigkeit in den Horizontalebenen des Gefässes, in denen die Entnahme- und Rückflussöffnungen für die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss liegen, über den gesamten horizontalen Querschnitt des Gefässes nahezu konstant gehalten werden kann.This ensures that the temperature level of the cooling liquid in the horizontal planes of the vessel, in which the extraction and return openings for the Cooling with forced flow are almost constant over the entire horizontal cross-section of the vessel can be held.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert;The invention is illustrated below with reference to the drawing illustrated embodiment explained in more detail;
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Kühlsystems einschliesslich eines Transformators mit teilweisem Schnitt durch den Kühler der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss;1 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of the cooling system according to the invention including a transformer with a partial section through the cooler of the cooling with forced flow;
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch einen Teil des oberen Abschnitts des Transformators gemäss Fig. 1;FIG. 2 shows a horizontal section through part of the upper section of the transformer according to FIG. 1;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Kühler des Kühlkreises mit erzwungenem Durchfluss gemäss Fig. 1, und3 shows a vertical section through the cooler of the cooling circuit with forced flow according to FIG. 1, and
Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch einen Teil des Radiators gemäss Fig. 1.FIG. 4 shows a horizontal section through part of the radiator according to FIG. 1.
Fig. 1 zeigt einen Grosstransformator 1, welcher sowohl mit einer natürlichen Thermosiphonkuhlung 6, 7, 8, 10, als auch mit einer Kühlung des erzwungenen Durchflusses 11, 12, 13, 14, 15, 16 versehen ist. Der Transformator 1,Fig. 1 shows a large transformer 1, which both with a natural thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10, as well as with a cooling of the forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 is provided. The transformer 1,
dessen Wicklung 20 in seinem Kessel 18 in eine Kühlflüssigkeit eingetaucht ist, ist mit jeweils isolierten HS-Anschlussstutzen 2 und NS-Anschlussstutzen 3 auf Rädern 4 verfahrbar auf einem Fundament 5 angeordnet. Die natürliche Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 besteht aus dem Entnahmerohr 6, den Radiatoren 7 und dem Rückflussrohr 8. Die Rohre 6, 8 und die Radiatoren 7 sind auf einer Tragkonstruktion 9 auf dem Fundament 5 abgestützt. Zur zusätzlichen Kühlung der Radiatoren 7 dienen auch zwei Ventilatoren 10. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Radiatoren 7 räumlich vom Transformatorenkessel 18 getrennt. Sie können jedoch auch unmittelbar direkt am Transformatorenkessel 18 angeordnet sein.The winding 20 of which is immersed in a cooling liquid in its tank 18 is each provided with an insulated HS connection piece 2 and NS connection piece 3 on wheels 4 arranged to be movable on a foundation 5. The natural Thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 consists of the extraction pipe 6, the radiators 7 and the return pipe 8. The pipes 6, 8 and the radiators 7 are supported on a supporting structure 9 on the foundation 5. To the Two fans 10 are also used for additional cooling of the radiators 7. In the exemplary embodiment shown here the radiators 7 are spatially separated from the transformer tank 18. However, you can also directly be arranged on the transformer tank 18.
Die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14 besteht aus dem ersten Entnahme- bzw. Rückflussrohr 11, dem Kühler 12, der Umwälzpumpe 13 und dem zw.eiten Entnahmebzw. Rückflussrohr 14. Der Kühler 12 ist teilweise geschnitten dargestellt, wobei der Ventilator 15 sichtbar wird, welcher durch den Elektromotor 16 angetrieben wird.The cooling with forced flow 11, 12, 13, 14 consists of the first withdrawal or return pipe 11, the cooler 12, the circulation pump 13 and the zw.eiten Entnahmebzw. Reflux pipe 14. The condenser 12 is partially cut shown, the fan 15 being visible, which is driven by the electric motor 16.
In Fig. 1 ist ersichtlich, dass das Entnahmerohr 6 der natürlichen Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 in den DeckelIn Fig. 1 it can be seen that the extraction pipe 6 of the natural thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 in the cover
17 des Transformatorkessels 18 und das Rückflussrohr 817 of the transformer tank 18 and the reflux pipe 8
in den unteren Teil der Seitenwand des Transformatorkesselsin the lower part of the side wall of the transformer tank
18 einmünden.18 merge.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, münden jedoch, sowohl das Entnahme 11, 14-, als auch das Rückflussrohr 11, 14 der Kühlung mit dem erzwungenen Durchfluss 11, 12, 13, 14 in der gleichen Horizontalebene in die Stirnseiten 19, 19' des Transformatorkessels 18 ein. Es ist vorteilhaft, wenn die Einmündungen der Rohre 11, 14 an den weitest voneinander entfernten Stellen, an den Endpunkten der Diagonalen der rechteckigen Horizontalebene des Transformatorkessels liegen. In Fig. 2 ist die schematisch dargestellte Transformatorenwicklung mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet.As can be seen from FIG. 2, however, both the withdrawal 11, 14- and the reflux pipe 11, 14 of the cooling open out with the forced flow 11, 12, 13, 14 in the same horizontal plane in the end faces 19, 19 'of the transformer tank 18 a. It is advantageous if the junctions of the tubes 11, 14 at the farthest from each other distant places, at the end points of the diagonals of the rectangular horizontal plane of the transformer tank lie. In Fig. 2 is the transformer winding shown schematically denoted by the reference number 20.
- JS ΛΟ - JS ΛΟ
Gleiche Teile wie in Fig. 1 und 2 sind in den nachfolgenden Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.The same parts as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals in the following figures.
Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Kühler gemäss Fig. 1. Der Kühler 12 besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 21, der unteren.22- und oberen Kühlflüssigkeitsein- bzw. -ausströmkammer 22' und den zu einem Bündel zusammengeschlossenen vertikal angeordneten Rohren 23. In Fig. 3 ist nur eine Lage der Rohre 23, die gestaffelt hintereinander liegen, dargestellt. Ebenfalls ist die Einmündung der Rohre 11, 14 in den Kühler 12 zu erkennen.FIG. 3 shows a vertical section through the cooler according to FIG. 1. The cooler 12 consists essentially of the housing 21, the lower 22 and upper cooling liquid inlet or -ausströmkammer 22 'and to form a bundle connected vertically arranged tubes 23. In Fig. 3 is only one layer of the tubes 23, which are staggered lie one behind the other, shown. The confluence of the tubes 11, 14 into the cooler 12 can also be seen.
In Fig. 4 ist schliesslich ein Horizontalschnitt durch einen Teil der Radiatoren 7 und das Endteil des Entnahmerohres 6 gezeigt.Finally, FIG. 4 shows a horizontal section through part of the radiators 7 and the end part of the extraction pipe 6 shown.
Nachstehend soll die Funktionsweise des erfindungsgemässen Kühlsystems näher erläutert werden:The mode of operation of the inventive Cooling system are explained in more detail:
Im beispielsweisen Nennleistungsbereich des Transformators 1 werden die zu kühlenden Teile, vor allem die Wicklung 20,- das Blechpaket und das Eisengestell mittels des natürlichen Kreislaufes der Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 gekühlt. Die im Eisengestell und in den massiven metallischen Konstruktionsteilen entstehende Wärme wird durch das Kühlöl im natürlichen Kreislauf abgeführt und gleichfalls wird durch diese Kühlungsart eine unzulässige Erwärmung an der Wicklung vermieden. Hohe Oberflächentemperaturen an den massiven Eisenteilen führen bekanntlich zu einer raschen Alterung des Kühlöls und Temperaturen, die in der Wicklung eine bestimmte kritische Grenze überschreiten, können zum frühzeitigen Verschleiss der Isolation und somit zur Verringerung der Lebensdauer des Transformators führen. Aus diesem Grund ist eine ausreichende und kontinuierliche Kühlung dieser Teile von ausschlaggebender Bedeutung.In the nominal power range of the transformer, for example 1, the parts to be cooled, especially the winding 20, - the laminated core and the iron frame by means of the natural Circuit of the thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 cooled. The ones in the iron frame and the massive metallic ones The heat generated by structural parts is dissipated by the cooling oil in a natural cycle and this type of cooling also prevents impermissible heating of the winding. High surface temperatures on the massive iron parts are known to lead to rapid aging of the cooling oil and temperatures, which exceed a certain critical limit in the winding, can lead to premature wear of the insulation and thus to a reduction in the service life of the transformer to lead. For this reason, adequate and continuous cooling of these parts is essential Meaning.
- arzt λ- doctor λ
Wird nun die Leistung des Transformators 1 gesteigert, so wird sich mit geringfügiger zeitlicher Verzögerung ebenfalls die Verlustwärme erhöhen, die dann möglichst rasch durch die Kühlflüssigkeit aus dem Transformator abgeführt werden muss.If the power of transformer 1 is now increased, so will be with a slight time delay also increase the heat loss, which then as quickly as possible through the coolant from the transformer must be discharged.
Durch, in Fig. 1 bis 4 nicht dargestellte Messfühler, die beispielsweise in der Transformatorenwicklung 20 angeordnet sind, und/oder durch Messung der Kühlflüssigkeitstemperatur und/oder durch Messung der elektrischen Leistung und/oder durch Messung des elektrischen Stromes wird die zunehmende Erwärmung der zu kühlenden Teile detektiert und es werden durch einen, in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten Regelkreis oder von Hand in einer ersten Kühlungsstufe die Ventilatoren 10 der natürlichen Kühlung zwecks verstärkter Belüftung der Radiatoren 7 eingeschaltet.By measuring sensors, not shown in FIGS. 1 to 4, which are arranged, for example, in the transformer winding 20 and / or by measuring the coolant temperature and / or by measuring the electrical power and / or by measuring the electrical current, the increasing heating of the parts to be cooled is detected and there are also not shown in Fig. 1 by a Control circuit or by hand in a first cooling stage, the fans 10 for natural cooling increased ventilation of the radiators 7 switched on.
Steigt die Erwärmung nun weiter an, so wird ebenfalls durch einen in Fig. 1 bis 6 nicht dargestellten Regelkreis oder von Hand in einer zweiten Kühlungsstufe die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 in Betrieb gesetzt.If the warming continues to rise, so will by means of a control circuit not shown in FIGS. 1 to 6 or by hand in a second cooling stage with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 put into operation.
Die gemeinsame Arbeitsweise der beiden Kühlarten gestaltet sich nun in drei Varianten im wesentlichen wie folgt:The common way of working of the two types of cooling is now in three variants essentially as follows:
1. Variante: Die Entnahme- bzw. Rückflussrohre 11, 141st variant: the withdrawal or return pipes 11, 14
der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 münden in den oberen Teil derthe forced flow cooling 11, 12, 13, 14, 15, 16 open into the upper part of the
Stirnwände 19, 19' des Transformatorkessels 18, auf der gleichen Horizontalebene des
Kessels 18, ein.
Je nach Leistung der verwendeten Umwälzpumpen 13 und Kühler 12 wird mehr oder weniger starkEnd walls 19, 19 'of the transformer tank 18, on the same horizontal plane of the tank 18, a.
Depending on the performance of the circulating pumps 13 and cooler 12 used, it becomes more or less powerful
nur die im oberen Teil des Kessels 18, sich befindende Kühlflüssigkeit zusätzlich gekühlt, jedoch nur bis zu einem Ausmass, dass dieonly the cooling liquid located in the upper part of the boiler 18 is additionally cooled, but only to the extent that the
- μτ -- μτ -
Temperaturdifferenz von beispielsweise 2O0C zwischen dem oberen und unteren Teil des Kessels 18, nicht unterschritten wird, damit der natürliche Kreislauf nicht gehindert wird.Temperature difference of, for example, 2O 0 C between the upper and lower part of the boiler 18, is not fallen below, so that the natural cycle is not hindered.
2. Variante: Die Entnahme- bzw. Rückflussrohre 11, 142nd variant: the withdrawal or return pipes 11, 14
der Kühlungmit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 münden in den unteren Teil der Stirnwände 19, 19' des Transformatorkessels 18, auf der gleichen Horizontalebene des Kessels 18,cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 open into the lower part of the end walls 19, 19 'of the transformer tank 18, on the same horizontal plane of boiler 18,
ein.a.
Je nach Leistung der verwendeten Umwälzpumpe 13 und Kühler 12 wird mehr oder weniger stark nur die im unteren Teil des Kessels 18, sich befindende Kühlflüssigkeit zusätzlich gekühlt.Depending on the performance of the circulating pump 13 and cooler 12 used, it is more or less powerful only the cooling liquid located in the lower part of the boiler 18 is additionally cooled.
3. Variante: Die Entnahme- bzw. Rückflussrohre 11, 143rd variant: the withdrawal or return pipes 11, 14
der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14 münden in den mittleren Teil der Stirnwände 19, 19' des Transformatorkessels 18, auf der gleichen Horizontalebene des Kessels 18,the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14 open into the middle part of the end walls 19, 19 'of the transformer tank 18, on the same horizontal plane of the boiler 18,
ein.a.
Je nach Leistung der verwendeten Umwälzpumpe 13 und Kühler 12 wird mehr oder weniger stark nur die im mittleren Teil des Kessels 18, sich befindende Kühlflüssigkeit zusätzlich gekühlt.Depending on the performance of the circulating pump 13 and cooler 12 used, it is more or less powerful only the cooling liquid located in the middle part of the boiler 18 is additionally cooled.
Generell ist festzuhalten, dass die totale Kühlleistung die sich aus der erfindungsgemässen Kombination beider Kühlungsarten unter Berücksichtigung der eingesetzten Mittel, im wesentlichen bestehend aus Kühler 7, 12, Rohrleitungen 6, 8, 11, 14 und Umwälzpumpe 13 ergibt, im Vergleich zur herkömmlichen Kopplung beider Kühlungsarten zugenommen hat, und zwar deshalb, weil der natürliche Kreislauf sich in jedem Betriebsbereich des Transformators ungehindert vollziehen kann und störende Einflüsse durchIn general, it should be noted that the total cooling capacity results from the combination of the two according to the invention Types of cooling taking into account the means used, essentially consisting of coolers 7, 12, pipelines 6, 8, 11, 14 and circulation pump 13 results in comparison to the conventional coupling of both types of cooling has increased, because the natural cycle is in each operating area of the transformer can take place unhindered and disruptive influences
den erzwungenen Durchfluss der Kühlflüssigkeit ausgeschlos sen werden.the forced flow of the cooling liquid is excluded be sen.
In Variante 1 liegt der Wirkungsgrad der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 am höchsten, und zwar deshalb, weil die Kühlerleistung um so grosser ist, je höher die Eingangstemperatur der Kühlflüssigkeit in den Kühler 12 ist.In variant 1, the cooling efficiency is with forced Flow rate 11, 12, 13, 14, 15, 16 highest, because the cooler output is all the greater is, the higher the inlet temperature of the coolant in the cooler 12 is.
In der Variante 2 liegt wiederum der Wirkungsgrad für den natürlichen Kreislauf am höchsten, weil die Temperatur differenz zwischen oberem und unterem Teil des Kessels 18 am grössten ist. Das durch den natürlichen Kreislauf bereits gekühlte und durch das Rückflussrohr 8 in den Kessel 18 einströmende OeI wird nun noch weiter gekühlt.In variant 2, there is again the efficiency for the natural cycle at its highest, because the temperature difference between the upper and lower part of the boiler 18 is the largest. The already cooled by the natural cycle and through the return pipe 8 in the Oil flowing into boiler 18 is now cooled even further.
Die Variante 3 zeigt nun einen Lösungsweg auf, der die Kühlflüssigkeit im Kessel 18 auf ein tieferes Temperaturniveau absenkt, aber zunächst nur im mittleren Bereich des Kessels 18. Von dem mittleren Teil des Kessels 18 aus wird sich die Kühlung sowohl in die oberen als auch in die unteren Teile nun gleichmässig fortsetzen, wobei aber die Temperaturdifferenz zwischen oberem und unterem Teil nahezu konstant aufrechterhalten bleibt. Hierdurch ist gewährleistet, dass es zu keinem Eingriff in den natürlichen Kreislauf kommt.The variant 3 now shows a solution that the Cooling liquid in the boiler 18 drops to a lower temperature level, but initially only in the middle range of the boiler 18. From the middle part of the boiler 18 From now on, the cooling will continue evenly in both the upper and the lower parts, whereby but the temperature difference between the upper and lower part remains almost constant. Through this it is guaranteed that there is no interference with the natural cycle.
■ Selbstverständlich bleibt die Einmündung der Rohre 11, 14 nicht auf die drei aufgeführten Varianten beschränkt und es sind beliebig viele, über die gesamte Höhe des Transformatorenkessels 18 verteilte Horizontalebenen möglich, in denen die Rohre 11, 14 einmünden können.■ Of course, the confluence of the pipes 11, 14 is not limited to the three variants listed and any number of horizontal levels distributed over the entire height of the transformer tank 18 are possible, in which the tubes 11, 14 can open.
Bisher wurde immer davon ausgegangen, dass der Transformator 1 in seinem Nennleistungsbereich ausschliesslich mittels Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 und darüber hinausSo far it has always been assumed that the transformer 1 is exclusively in its rated power range by means of thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 and beyond
mit einer kombinierten Kühlung bestehend aus Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 und Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 gekühlt wird.with combined cooling consisting of thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 and forced flow cooling 11, 12, 13, 14, 15, 16.
Selbstverständlich war dies nur ein Ausführungsbeispiel und es sind belieibig viele Variationsmöglichkeiten denkbar, bis zu welchem Leistungsbereich des Transformators die Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 allein zur Anwendung gelangt,und ab welcher Leistungsgrenze die Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 zusätzlich eingeschaltet wird. So kann beispielsweise das Kühlsystem derart ausgelegt sein, dass bis zum halben Nennleistungsbereich des Transformators 1 die Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 allein und darüber hinaus diese Kühlungsart gemeinsam mit der Kühlung mit erzwungenem Durchfluss 11, 12, 13, 14, 15, 16 zur Kühlung des Transformators 1 herangezogen wird.Of course, this was only one embodiment and any number of possible variations are conceivable, up to which power range of the transformer the thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 is used alone, and from which power limit the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 is also switched on. For example, the cooling system be designed in such a way that the thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 alone and, in addition, this type of cooling together with cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 are used to cool the transformer 1 will.
Ausserdem ist die Anwendung der Erfindung selbstverständlich nicht nur auf Transformatoren 1 begrenzt, sondern sie kann für jede in eine Flüssigkeit eintauchende und zu kühlende Apparatur, beispielsweise Drosselspulen, Schalter, Kernreaktoren etc., angewendet werden, wobei die Kühlflüssigkeit ein Dielektrikum sein kann oder auch nicht. Für die Kühlflüssigkeit kommt in den meisten Fällen OeI infrage, wobei aber auch jede andere Flüssigkeit, welche sich für Kiihlzwecke eignet, verwendet werden kann.In addition, the application of the invention is self-evident not only limited to transformers 1, but they can be used for any immersed in a liquid and to be cooled Apparatus, for example reactors, switches, nuclear reactors, etc., are used, the cooling liquid may or may not be a dielectric. For the coolant In most cases, oil is an option, but any other liquid which is suitable for cooling purposes can also be used suitable, can be used.
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