DE3309724C2

DE3309724C2 -

Info

Publication number: DE3309724C2
Application number: DE19833309724
Authority: DE
Inventors: Gabriel Rouen Ch Roge
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1992-07-23
Also published as: CH661633A5; FR2541552B1; FR2541552A1; DE3309724A1; BR8400749A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung in einem Gefäß angeordneten zur Kühlung eines elektrischen Bauteils, insbesondere einer Transformatorordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method and a device arranged in a vessel for cooling a electrical component, in particular a transformer arrangement according to the generic term of claim 1.

Mit diesem Gattungsbegriff nimmt die Erfindung bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der US-PS 23 88 566 ergibt.With this generic term, the invention relates to one State of the art, as can be seen, for example, from US Pat. No. 2,388,566 results.

Das hieraus bekannte Kühlsystem für einen Groß-Transformator arbeitet in erster Linie mit erzwungenem Durchfluß. Das Kühlmittel wird dabei am Boden des Gefäßes zu- und abgeführt. Um bei kleinen Leistungen und auch beim Ausfall der Umwälzpumpe eine (eingeschränkte) Kühlwirkung zu erzielen, sind Trenn- und Leitwände sowie steuerbare Klappen eingebaut, welche den Zu- und Abfluß sperren und die Kühlung auf "natürliche Kühlung" umschalten. This from here known cooling system for a large transformer works in primarily with forced flow. The coolant will fed in and out at the bottom of the vessel. In order for small services and a (limited) cooling effect even if the circulation pump fails Partitions and baffles as well as controllable ones can be achieved Flaps installed, which block the inflow and outflow and the cooling switch to "natural cooling".

Die Kühlung von Transformatoren ist auch in dem Prospekt "Die Kühlung von Großtransformatoren" von Aktiengesellschaft Brown, Boveri Baden (Schweiz), April 1966, Nr. 3219D, Seite 6, beschrieben.The cooling of transformers is also in that Brochure "The cooling of large transformers" from Aktiengesellschaft Brown, Boveri Baden (Switzerland), April 1966, No. 3219D, page 6.

Die natürliche Kühlung ist die einfachste Kühlungsart von elektrischen Apparaturen. Sie arbeitet zuverlässig und betriebssicher. Die in der Wicklung, im Blechpaket und in den massiven metallischen Konstruktionsteilen entstehende Wärme bewirkt, daß das Öl durch den natürlichen Auftrieb (Thermosiphonwirkung) selbständig in Zirkulation gerät. Das erwärmte Öl strömt im oberen Teil aus dem Gefäß, in dem sich die elektrische Apparatur befindet, 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.Natural cooling is the simplest type of cooling of electrical equipment. It works reliably and reliable. The one in the winding, in the laminated core and arising in the massive metallic construction parts Heat causes the oil to pass through the natural Buoyancy (thermosiphon effect) independently in circulation device. The heated oil flows out of the upper part Vessel in which the electrical equipment is located, comes out in a cooler in which it is cooled, and then enters the vessel again 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 20°C 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 größer 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 are additional can be ventilated by fans to to increase the cooling effect. With the currently common cooling systems of large transformers with power, for example Natural thermosiphon cooling is above 30 MVA simultaneously with cooling with forced Flow of the coolant coupled to the cooling capacity increase with increased load on the transformer to be able to. This, however, increases the natural circulation a forced circuit is superimposed, and the temperature distribution inside the transformer boiler like this strongly balanced that for a thermosiphon effect necessary temperature difference of 20 ° C, for example between the lower and upper part of the boiler becomes. Natural cooling comes to a standstill and must now replaced by a forced forced flow will. However, this requires more powerful circulation pumps and coolers and larger pipelines that increase the investment costs. There is also an uncertainty regarding the formation of hot spots inside the winding because the forced pass primarily in a flow path of the least Resistance, regardless of the thermal conditions, takes place.

Dabei wird beispielsweise bei Transformatoren mit einer Leistung bis zu ca. 500 MVA in zahlreichen Anwendungsfällen die Kühlung mit erzwungenen Durchfluß des Kühlmittels lediglich für zeitlich limitierte Über- und Spitzenbelastungen und der sich daraus ergebenden thermischen Überbeanspruchung der Transformatorenwicklung benötigt, während für eine Kühlung im Nennleistungsbereich allein die Thermosiphonkühlung vollständig ausreichen würde. For example, in the case of transformers with a Power up to approx. 500 MVA in numerous applications cooling with forced flow of the coolant only for temporary overloads and peak loads and the resulting thermal overload the transformer winding needed while only thermosiphon cooling for cooling in the nominal power range would be enough.

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.This is why when designing conventional cooling systems often natural cooling from the outset no longer considered, and not because the flow conditions of the coolant in the transformer tank and the hydrodynamic laws, resulting from the mutual influence of natural Cooling and cooling with forced passage result, are not yet known in all details. The consequence, however, is that you have lost the natural Cooling through more powerful and thus through more expensive plant parts for cooling with forced flow must compensate.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Bauteils, insbesondere Transformators, zu schaffen, bei dem sich Konvektionskühlung und Zwangskühlung nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen.The object of the invention is based on the prior art is based on a method for cooling an electrical component, especially transformers, to create convection cooling and forced cooling do not adversely affect each other.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is characterized by those in claim 1 Features solved.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen die folgenden: The advantages achieved by the invention are substantial the following:

Da der Bemessung und der Auslegung des 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.Because the dimensioning and design of the cooling system both for nominal as well as for peak power range of an electrical Apparatus, for example a transformer, two independent principles based on two different principles based and not negatively influencing each other Cooling types can include a high Operational safety, due to the redundancy in the cooling system and expected a long service life for the transformer 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. vergleichsweise geringer dimensioniert werden, womit sich entsprechend die Investitionskosten reduzieren.Since the cooling with forced flow as additional cooling with increased stress, for example of the transformer, is designed to complement natural cooling, the parts of the cooling system with forced flow, such as circulation pump, cooler, etc. comparatively lower be dimensioned, with which the investment costs accordingly to reduce.

Gemäß Anspruch 2 erfolgt die Entnahme und der Rückfluß der Kühlflüssigkeit mit erzwungenem Durchfluß aus dem und in das Gefäß durch Öffnungen, welche im oberen Teil des Gefäßes liegen.According to claim 2, the removal and the reflux the forced flow coolant out of and into the vessel through openings which are 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 particularly in it see that the efficiency of cooling with forced Pass is high, so the plant parts for this Type of cooling redimensioned and thus the investment costs can be lowered.

Entsprechend Anspruch 3 erfolgt die Entnahme und der Rückfluß der Kühlflüssigkeit mit erzwungenem Durchfluß aus dem und in das Gefäß durch Öffnungen, welche im unteren Teil des Gefäßes liegen.According to claim 3, the removal and reflux the forced flow coolant out of and into the vessel through openings which are 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 des Kühlmittels in den Kühler mit erzwungenem Durchfluß, reduziert.This increases the efficiency of natural cooling increased and the efficiency of the forced flow, due to the lower temperature level when the Coolant into the forced flow cooler, reduced.

Gemäß Anspruch 4 erfolgt die Entnahme und der Rückfluß der Kühlflüssigkeit mit erzwungenem Durchfluß aus dem und in das Gefäß durch Öffnungen, welche im mittleren Teil des Gefäßes liegen.According to claim 4, the removal and the reflux the forced flow coolant out of and into the vessel through openings which are in the middle part of the vessel.

Bei dieser Lösung liegt der Wirkungsgrad für beide Kühlungsarten in einem mittleren Bereich.With this solution, the efficiency is for both types of cooling in a medium range.

Nach Anspruch 5 erfolgt die Entnahme und der Rückfluß der Kühlflüssigkeit mit erzwungenem Durchfluß aus dem und in das Gefäß durch Öffnungen, welche möglichst weit voneinander entfernt liegen.According to claim 5, the removal and reflux the forced flow coolant out of and into the vessel through openings, which if possible are far apart.

Der Vorteil nach Anspruch 5 besteht insbesondere darin, daß das Temperaturniveau 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 of claim 5 is in particular that the temperature level of the coolant in the horizontal planes, in which the withdrawal and reflux openings for forced flow cooling are above almost the entire horizontal cross section of the vessel can be kept constant.

Entsprechend Anspruch 6 ist die Einmündung der Entnahme- und Rückflußrohre für die Kühlflüssigkeit 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 coolant forced flow into the vessel in the same horizontal plane arranged of the vessel. That way you can both types of cooling optimally combined will.

Gemäß Anspruch 7 ist die Einmündung der Entnahme- und Rückflußrohre für die Kühlflüssigkeit 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. According to claim 7, the confluence of the removal and Return pipes for the coolant with forced Flow into the vessel in the upper or in the lower, or arranged in the middle part of the vessel. Hereby is an optimal efficiency for one of the two Types of cooling or achieved for both types of cooling together.

Entsprechend Anspruch 8 ist die Einmündung der Entnahme und Rückflußrohre für die Kühlflüssigkeit 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 return pipes for the coolant forced flow into the vessel at locations that are as far apart 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 the coolant in the horizontal planes of the vessel, in which the removal and reflux openings for the Cooling with forced flow, over the entire horizontal cross-section of the vessel almost constant can be held.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert;The invention is illustrated below in the drawing illustrated embodiment explained in more detail;

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings:

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; Figure 1 is 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, und Fig. 3 is 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 is a horizontal section through a part of the radiator of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt einen Großtransformator 1, welcher sowohl mit einer natürlichen Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10, als auch mit einer Kühlung des erzwungenem Durchflusses 11, 12, 13, 14, 15, 16 versehen ist. Der Transformator 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. Fig. 1 shows a large transformer 1 which is provided with both a natural thermosiphon 6, 7, 8, 10, and with a cooling of the forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16. The transformer 1, the winding is immersed 20 in its boiler 18 into a cooling liquid is arranged connecting piece NS-3, each HS-insulated connection pieces 2 and 4 on wheels movable on a foundation. 5 The natural thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 consists of the extraction tube 6 , the radiators 7 and the reflux tube 8 . The tubes 6, 8 and the radiators 7 are supported on a support structure 9 on the foundation 5 . 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, they can also be arranged directly 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 zweiten Entnahme- bzw. Rückflußrohr 14. Der Kühler 12 ist teilweise geschnitten dargestellt, wobei der Ventilator 15 sichtbar wird, welcher durch den Elektromotor 16 angetrieben wird.The forced flow cooling 11, 12, 13, 14 consists of the first extraction or return pipe 11 , the cooler 12 , the circulation pump 13 and the second extraction or return pipe 14 . The cooler 12 is shown partially in section, the fan 15 , which is driven by the electric motor 16 , being visible.

In Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Entnahmerohr 6 der natürlichen Thermosiphonkühlung 6, 7, 8, 10 in den Deckel 17 des Transformatorkessels 18 und das Rückflußrohr 8 in den unteren Teil der Seitenwand des Transformatorkessels 18 einmünden.In Fig. 1 it can be seen that the extraction tube 6 of the natural thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 open into the lid 17 of the transformer tank 18 and the reflux tube 8 in the lower part of the side wall of the transformer tank 18 .

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 Transformatorenkessels 18 liegen. In Fig. 2 ist die schematisch dargestellte Transformatorenwicklung mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet. As can be seen from Fig. 2, however, both the removal 11, 14 -, and the return pipe 11, 14 of cooling with the forced flow 11, 12, 13, 14 in the same horizontal plane in the end faces 19, 19 ' of Transformer tank 18 a. It is advantageous if the openings of the tubes 11, 14 are at the most distant locations, at the end points of the diagonals of the rectangular horizontal plane of the transformer tank 18 . In FIG. 2, the transformer winding illustrated schematically designated by the reference numeral 20.

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 designated with the same reference numbers in the following figures.

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Kühler 12 gemäß Fig. 1. Der Kühler 12 besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 21, der unteren 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 Rohre 11, 14 in den Kühler 12 zu erkennen. FIG. 3 shows a vertical section through the cooler 12 according to FIG. 1. The cooler 12 essentially consists of the housing 21 , the lower 22 - and the vertically arranged tubes 23 which are combined to form a bundle. In Fig. 3 only one position of the tubes 23 , which are staggered one behind the other, is shown. The confluence of pipes 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.In FIG. 4 is a horizontal section through a part of the radiator 7 and the end part of the probe tube 6 is finally shown.

Nachstehend soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kühlsystems näher erläutert werden:Below is the operation of the invention 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 Eisengestellt und in den massiven metallischen Konstruktionsteilen entstehende Wärme wird durch das Kühlöl im natürlichen Kreislauf abgeführt und gleichfallls 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 exemplary nominal power range of the transformer 1 , the parts to be cooled, in particular the winding 20 , the laminated core and the iron frame , are cooled by means of the natural circuit of the thermosiphon cooling 6, 7, 8, 10 . The heat generated in the iron frame and in the massive metallic construction parts is dissipated by the cooling oil in the natural cycle and this type of cooling also prevents inadmissible heating of the winding. As is well known, high surface temperatures on the solid iron parts lead to rapid aging of the cooling oil and temperatures that exceed a certain critical limit in the winding can lead to premature wear of the insulation and thus a reduction in the service life of the transformer. For this reason, adequate and continuous cooling of these parts is of crucial importance.

Wird nun die Leitung 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 1 abgeführt werden muß.If the line of the transformer 1 is now increased, the heat loss which will then have to be dissipated as quickly as possible by the coolant from the transformer 1 will also increase with a slight time delay.

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, not shown in Fig. 1 to 4 sensors, 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 warming of the cooling parts are detected and the fans 10 of natural cooling are switched on by a control circuit, also not shown in FIG. 1 or by hand in a first cooling stage for the purpose of increased ventilation of the radiators 7 .

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 heating now rises further, the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 is likewise put into operation by a control circuit (not shown in FIGS. 1 to 6) or by hand in a second cooling stage.

Die gemeinsame Arbeitsweise der beiden Kühlarten gestaltet sich nun in drei Varianten im wesentlichen wie folgt:The way the two types of cooling work together is designed now in three variants essentially as follows:

1st variant

Die Entnahme- bzw. Rückflußrohre 11, 14 der Kühlung mit erzwungenem Durchfluß 11, 12, 13, 14, 15, 16 münden in den oberen Teil der Stirnwände 19, 19′ des Transformatorkessels 18, auf der gleichen Horizontalebene des Kessels 18, ein.The removal or return pipes 11, 14 of the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 open into the upper part of the end walls 19, 19 'of the transformer tank 18 , on the same horizontal plane of the boiler 18 .

Je nach Leistung der verwendeten Umwälzpumpen 13 und Kühler 12 wird mehr oder weniger stark nur die im oberen Teil des Kessels 18, sich befindende Kühlflüssigkeit zusätzlich gekühlt, jedoch nur bis zu einem Ausmaß, daß die Temperaturdifferenz von beispielsweise 20°C zwischen dem oberen und unteren Teil des Kessels 18, nicht unterschritten wird, damit der natürliche Kreislauf nicht gehindert wird.Depending on the output of the circulation pumps 13 and coolers 12 , more or less only the cooling liquid located in the upper part of the boiler 18 is additionally cooled, but only to an extent that the temperature difference of, for example, 20 ° C. between the upper and lower Part of the boiler 18 , is not undercut, so that the natural cycle is not hindered.

2nd variant

Die Entnahme- bzw. Rückflußrohre 11, 14 der Kühlung mit 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, ein.The extraction or return pipes 11, 14 of the 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 the boiler 18 .

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 output of the circulating pump 13 and cooler 12 , only the cooling liquid located in the lower part of the boiler 18 is additionally cooled to a greater or lesser extent.

3rd variant

Die Entnahme- bzw. Rückflußrohre 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, ein.The extraction or return pipes 11, 14 of the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14 open into the central part of the end walls 19, 19 'of the transformer tank 18 , on the same horizontal plane of the boiler 18 .

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, only the cooling liquid located in the central part of the boiler 18 is cooled to a greater or lesser extent.

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 1 ungehindert vollziehen kann und störende Einflüsse durch den erzwungenden Durchfluß der Kühlflüssigkeit ausgeschlossen werden.In general, it should be noted that the total cooling capacity resulting from the combination of both types of cooling according to the invention, taking into account the means used, consisting essentially of cooler 7, 12 , pipes 6, 8, 11, 14 and circulation pump 13 , in comparison to the conventional coupling of both Types of cooling has increased, because the natural cycle can take place unhindered in every operating area of the transformer 1 and disruptive influences by the forced flow of the coolant are excluded.

In Variante 1 liegt der Wirkungsgrad der Kühlung mit erzwungenem Durchfluß 11, 12, 13, 14, 15, 16 am höchsten, und zwar deshalb, weil die Kühlleistung um so größer ist, je höher die Eingangstemperatur der Kühlflüssigkeit in den Kühler 12 ist.In variant 1, the efficiency of the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 is highest, because the cooling power is greater, the higher the inlet temperature of the coolant into the cooler 12 .

In der Variante 2 liegt wiederum der Wirkungsgrad für den natürlichen Kreislauf am höchsten, weil die Temperaturdifferenz 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 Öl wird nun noch weiter gekühlt.In variant 2, the efficiency for the natural cycle is again the highest because the temperature difference between the upper and lower part of the boiler 18 is greatest. The oil already cooled by the natural cycle and flowing into the boiler 18 through the reflux pipe 8 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.Variant 3 now shows a solution which lowers the cooling liquid in the boiler 18 to a lower temperature level, but initially only in the central region of the boiler 18 . From the central part of the boiler 18 , the cooling will now continue evenly into both the upper and the lower parts, but the temperature difference between the upper and lower parts is maintained almost constant. This ensures 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 tubes 11, 14 is not limited to the three variants listed and any number of horizontal planes 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 Thermoisophonkühlung 6, 7, 8, 10 und darüber hinaus mit einer kombinierten Kühlung bestehend aus Thermoisophonkühlung 6, 7, 8, 10 und Kühlung mit erzwungenem Durchfluß 11, 12, 13, 14, 15, 16 gekühlt wird.So far, it has always been assumed that the transformer 1 in its nominal power range exclusively by means of thermal isophone cooling 6, 7, 8, 10 and, moreover, with a combined cooling consisting of thermal isophonic cooling 6, 7, 8, 10 and cooling with forced flow 11, 12, 13 , 14, 15, 16 is cooled.

Selbstverständlich war dies nur ein Ausführungsbeispiel und es sind beliebig 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 Thermoisophonkühlung 6, 7, 8, 10 allein und darüber hinaus diese Kühlungsart gemeinsam mit der Kühlung mit erzwungendem 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 is 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 can be designed in such a way that up to half the nominal output range of the transformer 1, the thermal isophone cooling 6, 7, 8, 10 alone and, moreover, this type of cooling together with the cooling with forced flow 11, 12, 13, 14, 15, 16 is used to cool the transformer 1 .

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 etc., angewendet werden, wobei die Kühlflüssigkeit ein Dielektrikum sein kann oder auch nicht. Für die Kühlflüssigkeit kommt in den meisten Fällen Öl infrage, wobei aber auch jede andere Flüssigkeit, welche sich für Kühlzwecke eignet, verwendet werden kann.In addition, the application of the invention is of course not only limited to transformers 1 , but it can also be used for any apparatus which is immersed in a liquid and is to be cooled, for example inductors, switches, etc., the cooling liquid may or may not be a dielectric. In most cases, oil can be used for the cooling liquid, but any other liquid that is suitable for cooling purposes can also be used.

Claims

1. A method for cooling an electrical component arranged in a vessel, in particular a transformer winding, the component being cooled to a certain electrical output by means of convection flows of the coolant in the natural flow, and above this output the coolant being circulated in a forced flow by means of a pump , wherein the removal and the backflow of the coolant of the forced flow take place through openings which lie in the same horizontal plane of the vessel, characterized in that the natural flow and the forced flow form two separate cooling circuits which are connected in parallel with one another.

2. The method according to claim 1, characterized in that the removal and reflux of the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) from and into the vessel ( 18 ) through openings which are in the upper Part of the vessel ( 18 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the removal and reflux of the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) from and into the vessel ( 18 ) through openings which take place in the lower Part of the vessel ( 18 ).

4. The method according to claim 1, characterized in that the removal and reflux of the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) from and into the vessel ( 18 ) through openings which are in the middle Part of the vessel ( 18 ).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the removal and reflux of the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) from the and the vessel ( 18 ) through openings, which are as far apart as possible.

6. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the mouth of the extraction and reflux pipes ( 11, 14 ) for the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) into the vessel ( 18 ) is arranged in the same horizontal plane of the vessel ( 18 ).

7. The device for performing the method according to claim 1 to 4, characterized in that the mouth of the extraction and return pipes ( 11, 14 ) for the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) in the Vessel ( 18 ) is arranged in the upper, or in the lower, or in the middle part of the vessel ( 18 ).

8. Apparatus for carrying out the method according to claim 5, characterized in that the mouth of the removal and return pipes ( 11, 14 ) for the cooling liquid with forced flow ( 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) into the vessel ( 18 ) is arranged at locations that are as far apart as possible.