EA001869B1 - Axial-cooling of transformers - Google Patents

Axial-cooling of transformers Download PDF

Info

Publication number
EA001869B1
EA001869B1 EA199900703A EA199900703A EA001869B1 EA 001869 B1 EA001869 B1 EA 001869B1 EA 199900703 A EA199900703 A EA 199900703A EA 199900703 A EA199900703 A EA 199900703A EA 001869 B1 EA001869 B1 EA 001869B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
power transformer
winding
layers
core
cable
Prior art date
Application number
EA199900703A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA199900703A1 (en
Inventor
Гуннар Кюландер
Матс Лейён
Original Assignee
Абб Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from SE9700338A external-priority patent/SE511360C2/en
Application filed by Абб Аб filed Critical Абб Аб
Publication of EA199900703A1 publication Critical patent/EA199900703A1/en
Publication of EA001869B1 publication Critical patent/EA001869B1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/322—Insulating of coils, windings, or parts thereof the insulation forming channels for circulation of the fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

1. A power transformer (1) comprising a transformer core, characterized in that the core is wound with a cable and that the cable is a high-voltage cable (111) which is composed of a core having a plurality of strand parts (112), an inner semiconducting layer (113) surrounding the core, an insulating layer (114) surrounding the inner semiconducting layer (113), and an outer semiconducting layer (115) surrounding the insulating layer (114) and that the winding is provided with spacers (4, 12) arranged to separate each cable turn in radial direction in the winding in order to create axial cylindrical cooling ducts (3). 2. A power transformer as claimed in claim 1, characterized in that the spacers (4, 12) are arranged axially between each turn of the winding. 3. A power transformer as claimed in claim 2, characterized in that at least six spacers (4) are distributed uniformly around the legs (8) of the transformer core. 4. A power transformer as claimed in any of claims 1-3, characterized in that the transformer winding is provided with a fan cowl (9) sealing against one end of the outermost turn of the winding, to which a fan (10) is connected and arranged to either force gas, such as air, through or withdraw gas, such as air, air from all turns of the winding axially to the transformer core (8). 5. A power transformer as claimed in any of the claims 1 to 4, characterized in that the high-voltage cable (111) has a diameter within the interval of 20 - 250 mm and a conducting area within the interval of 40 - 3000 mm<2>. 6. A power transformer as claimed in any of claims 1-5, characterized in that the cable (111) is flexible and the layers abut one another. 7. A power transformer as claimed in any of claims 1-6, characterized in that said layers are of materials having such elasticity and such coefficient of thermal expansion that the changes in volume in the layers caused by temperature fluctuations during operation are absorbed by the elasticity of the material, the layers thus retaining their adhesion to each other upon the temperature fluctuations that occur during operation. 8. A power transformer as claimed in any of claims 1-7, characterized in that the material in said layers has high elasticity, preferably with a modulus of elasticity less than 500 MPa, preferably less than 200 MPa. 9. A power transformer as claimed in any of claims 1-8, characterized in that the coefficients of thermal expansion for the materials in said layers are substantially the same. 10. A power transformer as claimed in any of claims 1-9, characterized in that the adhesion between layers is of at least the same magnitude as in the weakest of the materials. 11. A power transformer as claimed in any of claims 1-10, characterized in that each of the semiconducting layers essentially constitutes one equipotential surface. 12. A method of air-cooling a cable-wound power transformer according to any of the previous claims, characterized in that at least one fan (10) forces or withdraws air along the surface of the legs (8) of the transformer core and axially between each turn of the winding. 13. A method as claimed in claim 12, characterized in that temperature sensors control the speed of the fan to produce a suitable air flow.

Description

Настоящее изобретение относится к силовым трансформатором с обмоткой из проводника с воздушным охлаждением и к способу воздушного охлаждения таких трансформаторов.The present invention relates to a power transformer with an air-cooled conductor winding and to a method for air-cooling such transformers.

Уровень техникиState of the art

Современные силовые трансформаторы обычно имеют масляное охлаждение. Сердечник, состоящий из множества стержней, соединенных ярмами, и обмотки (первичная, вторичная, управляющая) заключены в закрытый контейнер, заполненный маслом. Тепло, создаваемое в катушках и сердечнике, отбирается маслом, циркулирующим внутри через катушки и сердечник. Масло выходит наружу во внешний блок, где его охлаждают. Циркуляция масла может быть вынужденной, т.е. масло прокачивают по контуру, или же естественной за счет разности температур в масле. Циркулирующее масло охлаждают снаружи за счет воздушного или водяного охлаждения. Внешнее воздушное охлаждение может быть как вынужденным, так и естественным, конвекционным. Помимо функции переноса тепла в высоковольтных силовых трансформаторах масло выполняет также функцию изолятора.Modern power transformers typically have oil cooling. The core, consisting of many rods connected by yokes, and windings (primary, secondary, control) are enclosed in a closed container filled with oil. The heat generated in the coils and core is taken away by the oil circulating internally through the coils and core. The oil goes outside into the external unit, where it is cooled. Oil circulation may be forced, i.e. oil is pumped along the circuit, or natural due to the temperature difference in the oil. The circulating oil is cooled externally by air or water cooling. External air cooling can be either forced or natural convection. In addition to the heat transfer function in high-voltage power transformers, oil also serves as an insulator.

Сухие трансформаторы обычно имеют воздушное охлаждение. Они обычно охлаждаются за счет естественной конвекции, так как современные сухие трансформаторы являются маломощными. Современная технология включает использование осевых охлаждающих каналов, созданных в гофрированной обмотке, как описано в ОВ 1147049, осевых каналов для охлаждения обмоток в заливочной смоле, как описано в ЕР 83107410.9, и использование вентиляторов со скрещенными потоками при пиковых нагрузках, как описано в 8Е 7303919-0.Dry transformers are usually air-cooled. They are usually cooled by natural convection, as modern dry transformers are low power. Modern technology includes the use of axial cooling channels created in a corrugated winding, as described in OV 1147049, axial channels for cooling the windings in casting resin, as described in EP 83107410.9, and the use of fans with crossed flows at peak loads, as described in 8E 7303919- 0.

Для мощных силовых трансформаторов с обмоткой из проводника требования к охлаждению повышаются. Для удовлетворения требований по охлаждению всех обмоток необходима принудительная конвекция. Естественной конвекции недостаточно для охлаждения проводных обмоток. Важно обеспечить короткий путь для отводимого тепла до хладагента, а также эффективную передачу тепла хладагенту. Поэтому важно, чтобы все обмотки имели непосредственный контакт с достаточным количеством хладагента.For powerful power transformers with conductor windings, cooling requirements are increased. To satisfy the cooling requirements of all windings, forced convection is required. Natural convection is not enough to cool wire windings. It is important to provide a short path for the heat removed to the refrigerant, as well as efficient heat transfer to the refrigerant. Therefore, it is important that all windings are in direct contact with a sufficient amount of refrigerant.

Известен проводник, описанный в патенте И8 5036165, в котором имеются внутренний и внешний слои изоляции из полупроводящего пиролитического стекловолокна. Известно также использование проводников с такой изоляцией в электрическом генераторе, как описано, например, в патенте и8 5066881, где слой из полупроводящего пиролитического стекловолокна находится в контакте с двумя параллельными стержнями, образующими проводник, а изоляция в пазах статора окружена внешним слоем полупроводящего пиролитического стек ловолокна. Пиролитическое стекловолокно считается подходящим, так как оно сохраняет свое удельное сопротивление даже после пропитки.A known conductor is described in patent I8 5036165, in which there are inner and outer insulation layers of semiconducting pyrolytic fiberglass. It is also known to use conductors with such insulation in an electric generator, as described, for example, in patent No. 8 5066881, where a layer of semiconducting pyrolytic fiberglass is in contact with two parallel rods forming a conductor, and the insulation in the grooves of the stator is surrounded by an outer layer of semiconducting pyrolytic fiberglass . Pyrolytic glass fiber is considered suitable, since it retains its resistivity even after impregnation.

Цель изобретенияThe purpose of the invention

Целью изобретения является создание устройства, выполненного согласно формуле изобретения, то есть устройства такого типа, как описанное во вводной части, которое обеспечивает воздушное охлаждение силового трансформатора с кабельной обмоткой, включающей высоковольтный проводник описанного здесь типа. В первом варианте выполнения изобретения осевые цилиндрические каналы, где хладагент распределяется должным образом, сформированы между всеми витками в обмотках, чтобы удовлетворить различные требования, предъявляемые к обмоткам. Цилиндрические каналы созданы введением разделителей при намотке катушки. Поток хладагента обеспечивается с помощью вентиляторов, а размер разделителей выбран так, чтобы обеспечить такой поток через каналы, который обеспечивает требуемое охлаждение отдельных обмоток.The aim of the invention is to provide a device made according to the claims, that is, a device of the type described in the introductory part, which provides air cooling of a power transformer with a cable winding, including a high-voltage conductor of the type described here. In a first embodiment of the invention, axial cylindrical channels, where the refrigerant is properly distributed, are formed between all the turns in the windings in order to satisfy various requirements for the windings. Cylindrical channels are created by introducing dividers when winding the coil. The flow of refrigerant is provided by fans, and the size of the dividers is selected so as to provide such a flow through the channels that provides the required cooling of the individual windings.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к силовому трансформатору, содержащему трансформаторный сердечник, обмотанный кабелем, причем в обмотке установлены разделители, разделяющие все витки кабеля обмотки в радиальном направлении для создания осевых цилиндрических каналов.The present invention relates to a power transformer containing a transformer core wrapped in a cable, with dividers installed in the winding separating all turns of the winding cable in the radial direction to create axial cylindrical channels.

Таким образом, первый вариант выполнения изобретения включает осевые цилиндрические каналы охлаждения, которые проходят между всеми витками обмотки, расположенными один над другим, причем указанные каналы образованы с помощью разделителей, установленных при намотке катушки. Кроме того, цилиндрический канал имеется между стержнями сердечника и первым слоем кабеля, ближайшим к сердечнику. Этот вариант выполнения изобретения включает также вентиляторы для продувки воздуха через осевые цилиндрические каналы. Размеры разделителей в каналах выбраны так, чтобы обеспечить различное сопротивление потоку, таким образом распределяя поток хладагента так, чтобы удовлетворить требованиям к охлаждению в индивидуальных осевых каналах, поскольку требования к охлаждению обмоток неодинаковы. Несмотря на то, что в качестве хладагента упоминается воздух, подходящими являются и другие газовые хладагенты, например газообразный гелий.Thus, the first embodiment of the invention includes axial cylindrical cooling channels that extend between all winding turns located one above the other, said channels being formed by spacers installed during winding of the coil. In addition, a cylindrical channel is provided between the core rods and the first cable layer closest to the core. This embodiment of the invention also includes fans for purging air through axial cylindrical channels. The dimensions of the separators in the channels are selected so as to provide different flow resistance, thus distributing the refrigerant flow so as to satisfy the cooling requirements in the individual axial channels, since the cooling requirements for the windings are not the same. Although air is mentioned as a refrigerant, other gas refrigerants, such as gaseous helium, are also suitable.

В силовом трансформаторе, выполненном согласно изобретению, обмотки состоят из кабелей, имеющих твердую, сформированную путем экструзии изоляцию и в настоящее время используемых для энергоснабжения, например, кабелей с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями или кабелей с изоляцией из этиленпропиленового каучука. Такой кабель содержит внутренний проводник, состоящий из одной или более жил, внутренний полупроводящий слой, который окружает проводник и вокруг которого имеется сплошной изолирующий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой. Такие кабели являются гибкими, что в данном контексте важно, поскольку технология создания устройства согласно изобретению базируется, прежде всего, на системах намотки, в которых обмотка формируется из кабеля, который в процессе сборки сгибают. Гибкость кабеля с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями обычно соответствует радиусу кривизны приблизительно 20 см для кабеля с диаметром 30 мм и радиусу кривизны приблизительно 65 см для кабеля с диаметром 80 мм. В настоящем описании термин гибкий используется для указания на то, что обмотку можно согнуть до радиуса кривизны, приблизительно в четыре раза превышающего диаметр кабеля, а предпочтительно - от восьми до двенадцати раз.In a power transformer made according to the invention, the windings consist of cables having solid, extrusion-molded insulation and are currently used for power supply, for example, cables with polyethylene insulation with intermolecular bonds or cables with insulation made of ethylene-propylene rubber. Such a cable comprises an inner conductor consisting of one or more cores, an inner semiconducting layer that surrounds the conductor and around which there is a continuous insulating layer, and an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer. Such cables are flexible, which is important in this context, since the technology for creating the device according to the invention is based primarily on winding systems in which the winding is formed from a cable that is bent during assembly. The flexibility of a cable with polyethylene insulation with intermolecular bonds usually corresponds to a radius of curvature of approximately 20 cm for a cable with a diameter of 30 mm and a radius of curvature of approximately 65 cm for a cable with a diameter of 80 mm. In the present description, the term flexible is used to indicate that the winding can be bent to a radius of curvature approximately four times the diameter of the cable, and preferably eight to twelve times.

Согласно настоящему изобретению, обмотки выполнены так, что сохраняют свои свойства даже тогда, когда согнуты и испытывают температурные нагрузки во время эксплуатации. Очень важно, чтобы при этом сохранялась адгезия между слоями. Свойства материалов, из которых изготовлены слои, являются здесь решающими, особенно их эластичность и относительные коэффициенты теплового расширения. Например, в кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями изолирующий слой состоит из полиэтилена с низкой плотностью с межмолекулярными связями, а полупроводящие слои состоят из полиэтилена с примесью сажи и металлических частиц. Изменения объема в результате температурных флуктуаций полностью поглощаются изменением радиуса кабеля, и благодаря сравнительно небольшому различию между коэффициентами теплового расширения слоев и при соответствующей эластичности этих материалов, радиальное расширение может иметь место без нарушения адгезии между слоями.According to the present invention, the windings are designed so that they retain their properties even when they are bent and experience thermal stress during operation. It is very important that adhesion between the layers is maintained. The properties of the materials of which the layers are made are decisive here, especially their elasticity and relative coefficients of thermal expansion. For example, in a cable with insulation made of polyethylene with intermolecular bonds, the insulating layer consists of low density polyethylene with intermolecular bonds, and the semiconducting layers consist of polyethylene mixed with soot and metal particles. Changes in volume due to temperature fluctuations are completely absorbed by changes in the radius of the cable, and due to the relatively small difference between the thermal expansion coefficients of the layers and the corresponding elasticity of these materials, radial expansion can take place without breaking adhesion between the layers.

Описанные выше комбинации материалов должны рассматриваться только в качестве примеров. Очевидно, что и другие комбинации материалов, удовлетворяющие описанным требованиям, а также являющиеся полупроводящими, т.е. имеющими удельное сопротивление в диапазоне 10-1-106 Ом-см, например 1-500 Ом-см, или 10-200 Ом-см, естественно также находятся в объеме изобретения.The combinations of materials described above should be considered as examples only. Obviously, other combinations of materials that satisfy the described requirements, as well as being semi-conductive, i.e. having a resistivity in the range of 10 -1 -10 6 Ohm-cm, for example 1-500 Ohm-cm, or 10-200 Ohm-cm, are naturally also within the scope of the invention.

Изолирующий слой может состоять, например, из твердого термопластичного материала, например, полиэтилена с низкой плотностью, полиэтилена с высокой плотностью, полипропилена, полибутилена, полиметилпентена, материалов с межмолекулярными связями, например полиэтилена с межмолекулярными свя зями, или каучука, например этиленпропиленового каучука или силиконового каучука.The insulating layer may consist, for example, of a solid thermoplastic material, for example, low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, polybutylene, polymethylpentene, materials with intermolecular bonds, for example polyethylene with intermolecular bonds, or rubber, for example ethylene propylene rubber or silicone rubber.

Внутренний и внешний полупроводящие слои могут быть выполнены из того же базового материала, в который добавлены частицы проводящего материала, например сажи или металлического порошка.The inner and outer semiconducting layers can be made of the same base material into which particles of the conductive material, for example carbon black or metal powder, are added.

На механические свойства этих материалов, в частности на их коэффициенты теплового расширения, относительно слабо влияет примесь сажи или металлического порошка, по меньшей мере, в количестве, требуемом для достижения проводимости, необходимой согласно изобретению. Таким образом, изолирующий слой и полупроводящие слои имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения.The mechanical properties of these materials, in particular their thermal expansion coefficients, are relatively weakly affected by the admixture of soot or metal powder, at least in the amount required to achieve the conductivity required by the invention. Thus, the insulating layer and the semiconducting layers have substantially the same thermal expansion coefficients.

Подходящими полимерами для создания полупроводящих слоев могут являться сополимеры этилен-винил-ацетат/нитрильный каучук, полиэтилен, привитый бутил-каучуком, сополимеры этилен-бутил-акрилат и сополимеры этилен-этил-акрилат. Даже когда в качестве основы в различных слоях используются различные типы материала, желательно, чтобы их коэффициенты теплового расширения были по существу одинаковыми. Именно это и имеет место для комбинаций материалов, перечисленных выше.Suitable polymers for creating the semiconducting layers may be ethylene vinyl acetate / nitrile rubber copolymers, butyl rubber grafted polyethylene, ethylene butyl acrylate copolymers and ethylene ethyl acrylate copolymers. Even when different types of material are used as the basis in different layers, it is desirable that their thermal expansion coefficients be substantially the same. This is precisely what holds for the combinations of materials listed above.

Материалы, перечисленные выше, имеют относительно хорошую эластичность, с модулем упругости Е меньше 500 МПа, предпочтительно меньше 200 МПа. Такая эластичность достаточна для того, чтобы любые незначительные различия между коэффициентами теплового расширения материалов слоев поглощались в радиальном направлении за счет эластичности материала, чтобы не появлялось никаких трещин или других повреждений и слои не отходили друг от друга. Материал слоев является эластичным, а адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность самого непрочного из материалов.The materials listed above have relatively good elasticity, with an elastic modulus E of less than 500 MPa, preferably less than 200 MPa. Such elasticity is sufficient so that any slight differences between the thermal expansion coefficients of the layer materials are absorbed in the radial direction due to the elasticity of the material, so that no cracks or other damage appear and the layers do not depart from each other. The material of the layers is elastic, and the adhesion between the layers is at least no less than the strength of the most fragile of materials.

Проводимость двух полупроводящих слоев достаточна по существу для выравнивания потенциала вдоль каждого слоя. Проводимость внешнего полупроводящего слоя достаточно велика, чтобы удерживать электрическое поле в кабеле, но достаточно мала, чтобы не вызвать существенных потерь из-за индуцированных токов в направлении вдоль слоя.The conductivity of the two semiconducting layers is essentially sufficient to equalize the potential along each layer. The conductivity of the outer semiconducting layer is large enough to hold the electric field in the cable, but small enough not to cause significant losses due to induced currents in the direction along the layer.

Таким образом, каждый из двух полупроводящих слоев по существу образует одну эквипотенциальную поверхность, и эти слои по существу удерживают электрическое поле между ними. Естественно, что один или более дополнительных полупроводящих слоев могут быть размещены в изолирующем слое.Thus, each of the two semiconducting layers essentially forms one equipotential surface, and these layers essentially hold an electric field between them. Naturally, one or more additional semiconducting layers can be placed in the insulating layer.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи.Below the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings.

На фиг. 1 в перспективе показан один из вариантов выполнения силового трансформатора согласно изобретению;In FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a power transformer according to the invention;

на фиг. 2а - вид сверху обмоток с охлаждающими каналами, разделителями и внешним покрытием для первого варианта выполнения настоящего изобретения;in FIG. 2a is a plan view of windings with cooling channels, dividers, and an outer coating for a first embodiment of the present invention;

на фиг. 2Ь - вид сбоку варианта выполнения изобретения, изображенного на фиг.2а, в котором на каждую катушку приходится по одному вентилятору;in FIG. 2b is a side view of an embodiment of the invention shown in FIG. 2a, in which one fan has one fan for each coil;

на фиг. 3 - сечение катушки, изготовленной согласно варианту выполнения изобретения, показанному на фиг. 1 , с осевыми каналами между обмотками;in FIG. 3 is a sectional view of a coil made according to the embodiment of the invention shown in FIG. 1, with axial channels between the windings;

на фиг. 4 - сечение высоковольтного кабеля, выполненного согласно настоящему изобретению.in FIG. 4 is a sectional view of a high voltage cable made in accordance with the present invention.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг. 1 показан вариант выполнения изобретения, относящийся к силовому трансформатору 1 с тремя катушками 2, каждая из которых содержит ряд обмоток, состоящих из витков, отделенных в радиальном направлении осевыми разделителями 4 для создания осевых концентрических каналов 3 охлаждения. Трансформатор имеет обычный железный сердечник.In FIG. 1 shows an embodiment of the invention related to a power transformer 1 with three coils 2, each of which contains a series of windings consisting of turns, radially separated by axial dividers 4 to create axial concentric cooling channels 3. The transformer has a regular iron core.

На фиг. 2а показан вид сверху трехфазного силового трансформатора 1, имеющего обмотки 2, образующие катушки с каналами 3 охлаждения, созданными с помощью проходящих в осевом направлении разделителей 4, установленных между всеми радиально лежащими витками обмотки. Распределение разделителей 4 в показанном варианте выполнения таково, что в каждом концентрическом канале 3 охлаждения находится шесть разделителей. С точки зрения охлаждения форма и материал разделителей деталей имеют второстепенное значение. Механические, магнитные и электрические параметры трансформатора определяют форму, количество и материал разделителей. На чертеже показано также ярмо 5 трансформатора, которое составляет часть железного сердечника. Ярмо показано в сечении и имеет продольные трубки 6 охлаждения. Каждая катушка обмотки также окружена вентиляционным каналом 7, внутри которого проходит воздух. Для разных обмоток требования к охлаждению различаются, что означает, что охлаждающие потоки в концентрических каналах разные. Для достижения надлежащего распределения хладагента каналы имеют разные размеры в радиальном направлении, чтобы создать различное сопротивление потоку воздуха и, таким образом, распределить поток в соответствии с потребностями каналов. Таким образом, каналы, которым требуется небольшое охлаждение, имеют меньший размер в радиальном направлении, чем каналы, которым требуется большее охлаждение и которые поэтому имеют больший размер в радиальном направлении. Трансформатор с обмоткой из кабеля, опи санный в этом варианте выполнения изобретения, имеет большие расстояния между низковольтными обмотками, то есть обмотками, наиболее близкими к сердечнику, чем между высоковольтными обмотками.In FIG. 2a shows a top view of a three-phase power transformer 1 having windings 2 forming coils with cooling channels 3 created by axially extending spacers 4 mounted between all radially lying turns of the winding. The distribution of the separators 4 in the shown embodiment is such that there are six separators in each concentric cooling channel 3. From the point of view of cooling, the shape and material of the part separators are of secondary importance. The mechanical, magnetic, and electrical parameters of the transformer determine the shape, quantity, and material of the dividers. The drawing also shows the yoke 5 of the transformer, which forms part of the iron core. The yoke is shown in cross section and has longitudinal cooling tubes 6. Each coil of the winding is also surrounded by a ventilation channel 7, inside which air passes. For different windings, the cooling requirements are different, which means that the cooling flows in the concentric channels are different. In order to achieve proper refrigerant distribution, the channels have different sizes in the radial direction in order to create different resistance to the air flow and thus distribute the flow in accordance with the needs of the channels. Thus, channels that require little cooling have a smaller size in the radial direction than channels that require more cooling and which therefore have a larger size in the radial direction. The transformer with a cable winding described in this embodiment of the invention has large distances between the low voltage windings, i.e. the windings closest to the core than between the high voltage windings.

На фиг. 2Ь показан вид сбоку силового трансформатора, изображенного на фиг. 2а и имеющего соответствующие обмотки и соответствующее ярмо 5 с тремя стержнями 8, образующими железный сердечник. Вентиляционный канал 7 на одном конце катушек образует кожух 9 вентилятора, в котором установлен, по меньшей мере, один вентилятор 10. В варианте выполнения изобретения, изображенном на этом чертеже, показаны три вентилятора, установленные вблизи соответствующих катушек для создания воздушного потока в осевых цилиндрических каналах 3 охлаждения. Катушки заключены во внешний цилиндрический кожух 11 для предотвращения утечки воздуха в радиальном направлении и для направления воздуха в осевом направлении через катушки. Кожух 11 вокруг наружной кабельной обмотки образует внешний канал для охлаждения внешней части наружной кабельной обмотки. Понятно также, что в этом варианте выполнения изобретения для каждой катушки имеется свой вентилятор. Каждый вентилятор 10 может подавать воздух или отводить его через катушку. Вентиляционный канал 7 со стороны катушки, противоположной вентилятору 10, полностью открыт для протекания воздуха внутрь или наружу, в зависимости от того, подает ли вентилятор воздух или отводит его. Со стороны вентилятора канал 7 имеет отверстия того же назначения.In FIG. 2b is a side view of the power transformer of FIG. 2a and having corresponding windings and a corresponding yoke 5 with three rods 8 forming an iron core. The ventilation channel 7 at one end of the coils forms a fan casing 9 in which at least one fan 10 is installed. In the embodiment of the invention shown in this drawing, three fans are shown mounted near the respective coils to create air flow in the axial cylindrical channels 3 cooling. The coils are enclosed in an outer cylindrical casing 11 to prevent air leakage in the radial direction and for axially directing air through the coils. The casing 11 around the outer cable winding forms an external channel for cooling the outer part of the outer cable winding. It is also clear that in this embodiment of the invention for each coil has its own fan. Each fan 10 can supply air or exhaust it through a coil. The ventilation channel 7 from the side of the coil opposite the fan 10 is completely open for air to flow in or out, depending on whether the fan is supplying or discharging air. On the fan side, channel 7 has openings of the same purpose.

На фиг. 3 показано сечение катушки с осевыми цилиндрическими каналами 3 охлаждения между всеми радиальными обмотками 2. Здесь установлены также разделители для создания осевого канала охлаждения между стержнями 8 сердечника и ближайшей к сердечнику обмоткой. Каналы охлаждения образованы разделителями, помещенными между обмотками, см. фиг.2а. Разделители расположены в поперечном сечении по окружности и проходят в осевом направлении. Разделители устанавливают между витками обмотки при намотке катушки. Стрелки на чертеже указывают направление воздушного потока через обмотки катушки. Воздух может течь вдоль стрелок или навстречу в зависимости от того, подает ли вентилятор воздух или отводит его.In FIG. 3 shows a cross section of a coil with axial cylindrical cooling channels 3 between all radial windings 2. Separators are also installed here to create an axial cooling channel between the core rods 8 and the winding closest to the core. The cooling channels are formed by dividers placed between the windings, see figa. The dividers are arranged in cross section around the circumference and extend axially. Separators are installed between the turns of the winding when winding the coil. The arrows in the drawing indicate the direction of air flow through the coil windings. Air may flow along or towards the arrows, depending on whether the fan blows air in or out.

На фиг. 4 показано сечение высоковольтного кабеля 111 для использования в обмотке трансформатора согласно настоящему изобретению. Высоковольтный кабель 111 содержит множество жил 112, например из меди (Си), с круглым поперечным сечением. Эти жилы 112 находятся в середине высоковольтного кабеляIn FIG. 4 shows a cross section of a high voltage cable 111 for use in the transformer winding of the present invention. High-voltage cable 111 contains many cores 112, for example of copper (Cu), with a circular cross section. These cores 112 are located in the middle of the high voltage cable.

111. Вокруг жил 112 расположен первый полупроводящий слой 113. Вокруг первого полупроводящего слоя 113 находится изолирующий слой 114, например с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями. Вокруг изолирующего слоя 114 расположен второй полупроводящий слой 115. Таким образом концепция высоковольтного кабеля в настоящей заявке не включает внешнюю оболочку, которая обычно окружает такие кабели, предназначенные для энергоснабжения. Диаметр высоковольтного кабеля лежит в диапазоне 20-250 мм, а площадь проводящей части - в диапазоне 40-3000 мм2.111. Around the conductors 112 is a first semiconducting layer 113. Around the first semiconducting layer 113 is an insulating layer 114, for example with polyethylene insulation with intermolecular bonds. Around the insulating layer 114 is a second semiconducting layer 115. Thus, the high-voltage cable concept in this application does not include the outer sheath that typically surrounds such cables for power supply. The diameter of the high-voltage cable lies in the range of 20-250 mm, and the area of the conductive part is in the range of 40-3000 mm 2 .

Изобретение не ограничено показанными примерами. В пределах объема изобретения возможны несколько модификаций. Например, нет необходимости в установке вентилятора для каждой катушки. Конструкция может иметь один вентилятор, обеспечивающий достаточный поток воздуха всем трем катушкам. Для достижения требуемого охлаждения воздух может или подаваться, или отводиться через катушки. Точно также жестко не устанавливается ни количество разделителей, ни их форма; для достижения надлежащего охлаждения возможно использование нескольких различных вариантов выполнения разделителей. Также не обязательно, чтобы разделители в первом варианте выполнения изобретения полностью проходили в осевом направлении - они могут размещаться по разному.The invention is not limited to the examples shown. Several modifications are possible within the scope of the invention. For example, there is no need to install a fan for each coil. The design can have one fan, providing sufficient air flow to all three coils. To achieve the required cooling, air can either be supplied or discharged through coils. In the same way, neither the number of delimiters nor their shape are rigidly set; To achieve proper cooling, several different separator designs are possible. It is also not necessary that the dividers in the first embodiment of the invention extend completely in the axial direction - they can be placed in different ways.

Другой модификацией является регулирование частоты вращения вентилятора при помощи температурных датчиков для осуществления различных условий охлаждения в зависимости от нагрузки трансформатора.Another modification is the regulation of the fan speed using temperature sensors to implement various cooling conditions depending on the load of the transformer.

Кожух также может иметь множество других конструкций, кроме описанных выше вариантов выполнения. В качестве внешнего кожуха может быть использована наружная обмотка кабеля, а внешнее охлаждение может осуществляться посредством естественной конвекции.The casing may also have many other designs, in addition to the embodiments described above. The outer winding of the cable can be used as the outer casing, and external cooling can be carried out by means of natural convection.

Claims (13)

1. Силовой трансформатор (1), содержащий трансформаторный сердечник и отличающийся тем, что сердечник обмотан кабелем, который является высоковольтным кабелем (111) и содержит сердцевину, включающую множество жил (112), внутренний полупроводящий слой (113), окружающий сердцевину, изолирующий слой (114), окружающий внутренний полупроводящий слой (113), и внешний полупроводящий слой (115), окружающий изолирующий слой (114), причем обмотка снабжена разделителями (4, 12) для отделения каждого витка кабеля в обмотке в радиальном направлении так, чтобы создать осевые цилиндрические каналы (3) охлаждения.1. A power transformer (1) comprising a transformer core and characterized in that the core is wound with a cable, which is a high voltage cable (111) and contains a core including a plurality of cores (112), an inner semiconducting layer (113) surrounding the core, an insulating layer (114) surrounding the inner semiconducting layer (113) and the outer semiconducting layer (115) surrounding the insulating layer (114), the winding provided with dividers (4, 12) for separating each cable winding in the winding in the radial direction so as to create os cylindrical cooling channels (3). 2. Силовой трансформатор по п.1, отличающийся тем, что разделители (4, 12) проходят в осевом направлении между всеми витками обмотки.2. Power transformer according to claim 1, characterized in that the dividers (4, 12) pass in the axial direction between all turns of the winding. 3. Силовой трансформатор по п.2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, шесть разделителей (4) распределены равномерно вокруг стержней (8) сердечника трансформатора.3. Power transformer according to claim 2, characterized in that at least six spacers (4) are distributed evenly around the rods (8) of the transformer core. 4. Силовой трансформатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что обмотка трансформатора снабжена кожухом (9) вентилятора, установленным с уплотнением на одном конце наружного витка обмотки, к этому кожуху присоединен вентилятор (10) для подачи или отвода газа, например воздуха, от всех витков обмотки в направлении вдоль оси (8) сердечника трансформатора.4. A power transformer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the transformer winding is provided with a fan casing (9) installed with a seal on one end of the external winding winding, a fan (10) is connected to this casing for supplying or discharging gas, for example air, from all turns of the winding in the direction along the axis (8) of the transformer core. 5. Силовой трансформатор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что диаметр высоковольтного кабеля (111) лежит в диапазоне 20250 мм, а площадь проводящей части - в диапазоне 40-3000 мм2.5. The power transformer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the diameter of the high-voltage cable (111) lies in the range of 20 250 mm, and the area of the conductive part is in the range of 40-3000 mm 2 . 6. Силовой трансформатор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что кабель (111) является гибким и слои примыкают друг к другу.6. Power transformer according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cable (111) is flexible and the layers are adjacent to each other. 7. Силовой трансформатор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что указанные слои выполнены из материалов, имеющих такую эластичность и такой коэффициент теплового расширения, что изменения объема слоев, обусловленные температурными флуктуациями в процессе эксплуатации, поглощаются за счет эластичности материала и сохраняется адгезия слоев друг с другом при температурных флуктуациях, которые происходят в процессе эксплуатации.7. A power transformer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said layers are made of materials having such elasticity and such a coefficient of thermal expansion that changes in the volume of layers caused by temperature fluctuations during operation are absorbed due to the elasticity of the material and the adhesion of the layers to each other is maintained during temperature fluctuations that occur during operation. 8. Силовой трансформатор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что материал указанных слоев имеет высокую эластичность, предпочтительно с модулем упругости меньшим, чем 500 МПа, а наиболее предпочтительно - меньшим, чем 200 МПа.8. Power transformer according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the material of these layers has high elasticity, preferably with an elastic modulus of less than 500 MPa, and most preferably less than 200 MPa. 9. Силовой трансформатор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что коэффициенты теплового расширения материалов указанных слоев по существу одинаковы.9. A power transformer according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the thermal expansion coefficients of the materials of these layers are essentially the same. 10. Силовой трансформатор по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность самого непрочного из материалов.10. Power transformer according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the adhesion between the layers is at least no less than the strength of the most fragile of materials. 11. Силовой трансформатор по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что каждый из полупроводящих слоев по существу образует одну эквипотенциальную поверхность.11. Power transformer according to any one of claims 1 to 10, characterized in that each of the semiconducting layers essentially forms one equipotential surface. 12. Способ воздушного охлаждения силового трансформатора с кабельной обмоткой, выполненного согласно любому из предыдущих пунктов, заключающийся в том, что с помощью, по меньшей мере, одного вентилятора (10) подают или отводят воздух вдоль поверхности стержней сердечника (8) трансформатора в осевом направлении между всеми витками обмотки.12. The method of air cooling a power transformer with a cable winding, made according to any one of the preceding paragraphs, which consists in the fact that using at least one fan (10) serves or removes air along the surface of the rods of the core (8) of the transformer in the axial direction between all turns of the winding. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что температурные датчики управляют скоростью вентилятора для создания надлежащего воздушного потока.13. The method according to p. 12, characterized in that the temperature sensors control the speed of the fan to create the proper air flow.
EA199900703A 1997-02-03 1998-02-02 Axial-cooling of transformers EA001869B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9700338A SE511360C2 (en) 1997-02-03 1997-02-03 Air-cooled cable-wound power transformer
SE9704414A SE9704414D0 (en) 1997-02-03 1997-11-28 Axial air cooling and transformer
PCT/SE1998/000155 WO1998034238A1 (en) 1997-02-03 1998-02-02 Axial air-cooling of transformers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA199900703A1 EA199900703A1 (en) 2000-04-24
EA001869B1 true EA001869B1 (en) 2001-10-22

Family

ID=26662864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA199900703A EA001869B1 (en) 1997-02-03 1998-02-02 Axial-cooling of transformers

Country Status (14)

Country Link
EP (1) EP1016098A1 (en)
JP (1) JP2001509959A (en)
KR (1) KR20000070417A (en)
CN (1) CN1244283A (en)
AU (1) AU724972B2 (en)
BR (1) BR9807134A (en)
CA (1) CA2276620A1 (en)
EA (1) EA001869B1 (en)
NO (1) NO993673L (en)
NZ (1) NZ337098A (en)
PL (1) PL334617A1 (en)
SE (1) SE9704414D0 (en)
TR (1) TR199901700T2 (en)
WO (1) WO1998034238A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168099U1 (en) * 2016-06-16 2017-01-18 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Three-phase multi-winding transformer with a closed air cooling system

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10137518C1 (en) 2001-07-30 2003-04-24 Siemens Ag Electrical winding arrangement
US7205875B2 (en) * 2003-06-26 2007-04-17 Eaton Power Quality Corporation Hybrid air/magnetic core inductor
KR100802627B1 (en) * 2004-05-12 2008-02-14 주식회사 오.엘.티 Oil forced cooling apparatus for oil type high voltage transformer
KR101031589B1 (en) * 2009-03-25 2011-04-27 현대종합금속 주식회사 Electric transformer
JP5717426B2 (en) * 2010-12-03 2015-05-13 株式会社東芝 Static induction machine
EP2490231B1 (en) * 2011-02-16 2014-11-26 ABB Technology AG Cooling system for dry transformers
US8368497B2 (en) * 2011-03-17 2013-02-05 Hamilton Sundstrand Corporation Transformer assembly with enhanced air cooling
JP5835604B2 (en) * 2011-03-31 2015-12-24 株式会社ダイヘン Dry transformer
JP2013004776A (en) * 2011-06-17 2013-01-07 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Mold transformer
KR101290682B1 (en) 2011-11-01 2013-07-29 신성공업주식회사 Transformer having cooling device
CN103354150A (en) * 2013-08-01 2013-10-16 南通市海王电气有限公司 Novel dry-type transformer
RU181145U1 (en) * 2017-10-30 2018-07-05 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") POWER TRANSFORMER WITH TWISTED MAGNETIC WIRE
CN117219407B (en) * 2023-10-31 2024-05-31 深圳市百恒电气有限公司 Dry-type transformer cooling device and cooling method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2295415A (en) * 1940-08-02 1942-09-08 Westinghouse Electric & Mfg Co Air-cooled, air-insulated transformer
US5036165A (en) * 1984-08-23 1991-07-30 General Electric Co. Semi-conducting layer for insulated electrical conductors
US5066881A (en) * 1984-08-23 1991-11-19 General Electric Company Semi-conducting layer for insulated electrical conductors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168099U1 (en) * 2016-06-16 2017-01-18 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Three-phase multi-winding transformer with a closed air cooling system

Also Published As

Publication number Publication date
CA2276620A1 (en) 1998-08-06
NZ337098A (en) 2001-06-29
WO1998034238A1 (en) 1998-08-06
NO993673D0 (en) 1999-07-28
AU5890698A (en) 1998-08-25
EP1016098A1 (en) 2000-07-05
CN1244283A (en) 2000-02-09
JP2001509959A (en) 2001-07-24
EA199900703A1 (en) 2000-04-24
KR20000070417A (en) 2000-11-25
SE9704414D0 (en) 1997-11-28
PL334617A1 (en) 2000-03-13
AU724972B2 (en) 2000-10-05
BR9807134A (en) 2000-01-25
NO993673L (en) 1999-07-28
TR199901700T2 (en) 1999-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA001869B1 (en) Axial-cooling of transformers
UA44857C2 (en) ELECTROMAGNETIC DEVICE (option), high-voltage electric power SET, power grid, method of controlling the electric field in the electromagnetic DEVICES, a method of manufacturing a magnetic circuit for electrical machines rotating CABLE FOR DEVICES FORMATION in electromagnetic winding generating a magnetic field
EA001634B1 (en) Power transformer/inductor
AU725116B2 (en) Method and device in manufacturing a transformer/reactor
EA001725B1 (en) Power transformer/inductor
RU2202848C2 (en) End plate
EA002171B1 (en) A winding in an electric machine with stationary parts
KR20010049163A (en) A mechanically supported winding
US20040089468A1 (en) Induction winding
JP2001509960A (en) Horizontal air cooling in transformer
EP0956566A1 (en) Combined axial air-cooling of a transformer
MXPA99006750A (en) Axial air-cooling of transformers
JP2001509314A (en) Winding with spacer
WO1999028927A2 (en) A power transformer/reactor
WO1999017309A2 (en) Transformer/reactor provided with spacing means
EA001635B1 (en) A transformer/reactor and a method for its manufacturing
CA2276348A1 (en) A cable for electrical windings, and such a winding
WO1999028925A2 (en) Transformer core with cooling flanges
CZ264499A3 (en) Rotating electric machine with coil supports
MXPA99006786A (en) Method and device in manufacturing a transformer/reactor
MXPA99006752A (en) Power transformer/inductor
CZ20001971A3 (en) Cable for high voltage winding in electric machines
MXPA99006753A (en) Power transformer/inductor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU