EP0245598A1 - Transformator mit Flüssigkeitskühlung und mit einem Wärmedehnungen ausgleichenden Gaspolster - Google Patents

Transformator mit Flüssigkeitskühlung und mit einem Wärmedehnungen ausgleichenden Gaspolster Download PDF

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EP0245598A1
EP0245598A1 EP87102948A EP87102948A EP0245598A1 EP 0245598 A1 EP0245598 A1 EP 0245598A1 EP 87102948 A EP87102948 A EP 87102948A EP 87102948 A EP87102948 A EP 87102948A EP 0245598 A1 EP0245598 A1 EP 0245598A1
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EP
European Patent Office
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gas cushion
tube
transformer
boiler
gas
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Withdrawn
Application number
EP87102948A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Platzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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    • 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
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • H01F27/14—Expansion chambers; Oil conservators; Gas cushions; Arrangements for purifying, drying, or filling

Definitions

  • the invention relates to a transformer with liquid cooling in a hermetically sealed boiler and with a gas cushion compensating for thermal expansion inside the boiler above the cooling liquid and with at least one gas cushion connected to the first gas cushion via a tube on the outside of a side wall of the boiler (DE-AS 12 72 443).
  • Transformers in particular distribution transformers for connecting the medium-voltage network to the consumer connection cables, are often designed with hermetically sealed boilers to simplify the overall structure. These boilers enclose the active part as well as the coolant through which the heat loss generated is transferred to the outer wall of the boiler. To compensate for volume changes due to thermal expansion of the built-in parts of the transformer and the coolant, a gas cushion is arranged above the latter, which is more or less compressed depending on the operating temperature just reached.
  • Such a transformer with laterally arranged bushings has become known from DE-OS 23 08 955.
  • a disadvantage of this arrangement is the arrangement of the bushings, which is unfavorable for many applications, and the relatively large overall height in relation to the overall width.
  • DE-AS 12 72 443 also discloses a transformer with a protective gas cushion above the liquid level, which in addition to the first protective gas cushion above the liquid level has further protective gas cushions attached to the longitudinal sides of the transformer in the form of breathing bags.
  • This division of the total protective gas volume required enables the transformer cross section to be adapted relatively well to the conditions to be met on a case-by-case basis.
  • a disadvantage of this arrangement is that when these transformers are transported, cooling liquid can get into the additional protective gas cushion even with temporary inclinations and strong accelerations via the connecting lines of the protective gas cushion.
  • the invention is therefore based on the object in a transformer of the type mentioned to make the connections required for pressure equalization between the various gas cushions so that even under extreme transport conditions and not quite vertical operating positions, a transfer of coolant from the boiler into the chambers of others Gas cushioning is reliably prevented.
  • This object is achieved for transformers with a plurality of gas cushions in that the end facing the cooling liquid of each of the pipes connecting the gas cushions to one another is protected against the inflow of cooling liquid by a surge protection by: lies in a secondary chamber of the first gas cushion and that this secondary chamber is formed by a cap on the lid of the boiler and is connected to the gas cushion only by a narrow annular gap formed by the tube and the lid.
  • Advantageous embodiments of the invention consist in that the cap is arranged approximately coaxially to the end of the tube and that the end of the tube protrudes beyond the cover by at least half the height of the cap and that when the further gas cushion is divided into several partial volumes in front of each tube Splash protection is provided.
  • the invention can be applied in a very advantageous manner to mast transformers.
  • Their advantages are in particular that the requirements for the uniformity of the transport movements and the exactness of the installation position are not particularly high and that the use of transformers designed according to the invention is thereby almost unlimited.
  • An active part 1 for a cabin or mast transformer which is shown only in broad outline, stands on a base plate 5 of a boiler, the side walls 3 of which, with cooling pockets, are used for recooling a cooling liquid washing around the active part 1.
  • a 3 On one long side of the boiler is a 3 instead of a side wall All-round closed metallic housing 2 is provided.
  • the metallic housing 2 carries at each of its two ends a mast attachment 4, at the upper ends of which a downwardly open eyelet is arranged for placement on a crossbar.
  • the boiler is closed at the top by a cover 6 which carries high-voltage bushings 9 and undervoltage bushings 10 and a diverter 11.
  • the diverter 11 is actuated from the outside on the de-energized transformer with the boiler closed.
  • the boiler is hermetically sealed to the outside by the base plate 5, the side walls 3, the metallic housing 2 and the cover 6. In order to avoid inadmissibly large pressure fluctuations within the boiler due to thermal expansion of the coolant and the active part 1, the boiler is not completely filled with coolant.
  • a gas cushion 12 is provided between the cover 6 and the surface of the cooling liquid which fluctuates between a maximum permissible boundary layer 7 and a lowest boundary layer 8.
  • This gas cushion 12 is preferably formed by an inert, in particular water vapor and oxygen-free, gas.
  • the lower end of the high-voltage duct 9 passes through this gas cushion 12 and dips into the coolant with its lower end, which has bare metal parts. Likewise, the lower ends of the low-voltage bushings 10 and the diverter 11 are also immersed in the cooling liquid.
  • One of the side walls 3 replacing the metallic housing 2 is designed pressure and vacuum resistant and ent holds another gas cushion 14.
  • the gas cushion 14 and the gas cushion 12 under the cover 6 are under the same pressure.
  • the two gas cushions 12 and 14 are connected to one another by a tube 13.
  • the tube 13 is bent in an L-shape, the short leg lying horizontally, passing through a side wall of the metallic housing 2 and being welded to it in a gastight manner.
  • a longer leg of the L-shaped tube 13 is fastened to the side wall of the boiler by a weld, not shown, and protrudes from below through a hole in the lid 6, an annular gap being formed therewith.
  • the gas cushion 12 is connected to an auxiliary chamber 15, into which the longer leg of the tube 13 opens from below.
  • the secondary chamber 15 is formed by a cap 16, which is attached to the cover 6 in a gas-tight manner approximately coaxially with the longer leg of the tube 13.
  • the tube 13 projects beyond the cover 6 by at least half the height of the cap 16.
  • the metallic housing 2 in the case of transformers for greater outputs is divided into a plurality of adjacent chambers, each of which is in turn connected to the air cushion 12 via a tube 13.

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Abstract

In Transformatoren mit hermetisch geschlossenen Kesseln dient üblicherweise ein Gaspolster (12) zum Ausgleich von Wärmedehnungen eines Transformatoraktivteils (1), wobei bei Anordnung weiterer Gaspolster (14) an den Seitenwänden des Transformatorkessels das erste Gaspolster (12) räumlich über dem Aktivteil verhältnismäßig klein ausführbar ist. Zur Gewährleistung des Druckausgleichs zwischen den verschiedenen Gaspolstern (12 und 14) sind diese jeweils durch ein Rohr (13) miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist jeweils das der Kühlflüssigkeit (7, 8) zugekehrte Ende eines Rohres (13) durch einen Schwallschutz gegen das Einströmen von Kühlflüssigkeit geschützt. Erfindungsgemäß gestaltete Transformatoren können ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen, insbesondere zur Vermeidung von Schräglagen, transportiert werden und erfordern darüber hinaus keine strenge Einhaltung ihrer räumlichen Lage im Betrieb. Erfindungsgemäß gestaltete Transformatoren mit kleinerer bis mittlerer Nennleistung sind daher besonders zum Einsatz in verkehrsmäßig weniger gut erschlossenen Gebieten geeignet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transformator mit Flüssig­keitskühlung in einem hermetisch geschlossenen Kessel und mit einem Wärmedehnungen ausgleichenden Gaspolster innerhalb des Kessels über der Kühlflüssigkeit sowie mit mindestens einem weiteren mit dem ersten Gaspolster über ein Rohr verbundenen Gaspolster außen an einer Seiten­wand des Kessels (DE-AS 12 72 443).
  • Transformatoren, insbesondere Verteilungstransformatoren zur Verbindung des Mittelspannungsnetzes mit den Ver­braucheranschlußkabeln, werden häufig zur Vereinfachung des Gesamtaufbaus mit hermetisch abgeschlossenen Kesseln ausgeführt. Diese Kessel umschließen den Aktivteil sowie die Kühlflüssigkeit, durch die die erzeugte Verlustwärme an die Kesselaußenwand übertragen wird. Zum Ausgleich von Volumenänderungen in Folge von Wärmedehnungen der Einbauteile des Transformators sowie der Kühlflüssigkeit ist über letzterer ein Gaspolster angeordnet, das je nach gerade erreichter Betriebstemperatur mehr oder weniger stark komprimiert ist. Ein derartiger Transfor­mator mit seitlich angeordneten Durchführungen ist durch die DE-OS 23 08 955 bekanntgeworden. Nachteilig ist bei dieser Anordnung die für viele Anwendungsfälle ungünstige Anordnung der Durchführungen und die verhältnismäßig große Bauhöhe im Verhältnis zur Baubreite.
  • Durch die DE-AS 12 72 443 ist darüber hinaus auch schon ein Transformator mit einem Schutzgaspolster über dem Flüssigkeitsspiegel bekannt, der zusätzlich zu dem ersten Schutzgaspolster über dem Flüssigkeitsspiegel weitere in Form von Atmungssäcken an den Transformator­längsseiten angebrachte Schutzgaspolster aufweist. Diese Aufteilung des insgesamt erforderlichen Schutzgasvolumens ermöglicht eine relativ gute Anpassung des Transforma­torquerschnitts an die von Fall zu Fall zu erfüllenden Bedingungen. Nachteilig ist bei dieser Anordnung jedoch, daß beim Transport dieser Transformatoren schon bei vorübergehenden Schräglagen und stärkeren Beschleunigun­gen über die Verbindungsleitungen der Schutzgaspolster Kühlflüssigkeit in die zusätzlichen Schutzgaspolster ge­langen kann. Das Gleiche gilt für eine durch die FR-PS 550 539 bekanntgewordene Anordnung, bei der darüber hinaus auch im Normalbetrieb bei Ausdehnung des Kühlmit­tels infolge Erwärmung Kühlmittel durch die Verbindungs­leitung in eine in erster Linie zur Rückkühlung desselben dienende zweite Kammer strömt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Transformator der eingangs genannten Art die zum Druckausgleich erforderlichen Verbindungen zwischen den verschiedenen Gaspolstern so zu gestalten, daß auch unter extremen Transportbedingungen und nicht ganz vertikalen Betriebsstellungen ein Übertritt von Kühl­flüssigkeit aus dem Kessel in die Kammern von weiteren Gaspolstern zuverlässig unterbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird für Transformatoren mit mehreren Gas­polstern dadurch gelöst, daß das der Kühlflüssigkeit zu­gekehrte Ende von jedem der die Gaspolster miteinander verbindenden Rohre durch einen Schwallschutz gegen das Einströmen von Kühlflüssigkeit geschützt ist, indem es in einer Nebenkammer des ersten Gaspolsters liegt und daß diese Nebenkammer von einer Kappe auf dem Deckel des Kessels gebildet ist und mit dem Gaspolster lediglich durch einen von dem Rohr und dem Deckel gebildeten engen Ringspalt verbunden ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen da­rin, daß die Kappe annähernd koaxial zum Ende des Rohres angeordnet ist und daß das Ende des Rohres den Deckel um mindestens die Hälfte der Höhe der Kappe überragt und daß bei einer Aufteilung des weiteren Gaspolsters auf mehrere Teilvolumina vor jedem Rohr ein Schwallschutz vorgesehen ist.
  • Die Erfindung kann in sehr vorteilhafter Weise bei Mast­transformatoren angewendet werden. Ihre Vorteile bestehen besonders darin, daß die Anforderungen an die Gleichmäs­sigkeit der Transportbewegungen und die Exaktheit der Aufstellungslage nicht besonders hoch sind und daß die Verwendung erfindungsgemäß gestalteter Transformatoren dadurch nahezu unbeschränkt ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt einen Transformator im Querschnitt mit erfindungsgemäß angeordnetem Rohr und
    • Figur 2 eine Einzelheit am oberen Ende des Rohres in größerem Maßstab.
  • Ein nur in groben Zügen dargestelltes Aktivteil 1 für einen Kabinen- oder Masttransformator steht auf einer Grundplatte 5 eines Kessels, dessen Seitenwände 3 mit Kühltaschen zur Rückkühlung einer das Aktivteil 1 umspülenden Kühlflüssigkeit dienen. Auf einer Längs­seite des Kessels ist anstelle einer Seitenwand 3 ein allseitig geschlossenes metallisches Gehäuse 2 vorge­sehen. Das metallische Gehäuse 2 trägt an seinen beiden Enden je eine Masteinhängung 4, an deren oberen Enden je eine nach unten offene Öse zum Aufsetzen auf eine Quertraverse angeordnet ist.
  • Nach oben ist der Kessel durch einen Deckel 6 verschlos­sen, der Oberspannungsdurchführungen 9 und Unterspan­nungsdurchführungen 10 sowie einen Umsteller 11 trägt. Der Umsteller 11 wird am spannungsfreigeschalteten Transformator von außen bei geschlossenem Kessel be­tätigt.
  • Der Kessel ist durch die Grundplatte 5, die Seitenwände 3, das metallische Gehäuse 2, sowie den Deckel 6 hermetisch nach außen abgeschlossen. Zur Vermeidung von unzulässig großen Druckschwankungen innerhalb des Kessels infolge von Wärmedehnungen der Kühlflüssigkeit sowie des Aktivteils 1 ist der Kessel nicht vollständig mit Kühl­flüssigkeit gefüllt. Zwischen dem Deckel 6 und der zwischen einer höchstzulässigen Grenzschicht 7 und einer niedrigsten Grenzschicht 8 schwankenden Oberfläche der Kühlflüssigkeit ist ein Gaspolster 12 vorgesehen. Dieses Gaspolster 12 wird vorzugsweise von einem inerten, ins­besondere wasserdampf- und sauerstofffreien, Gas gebil­det.
  • Das untere Ende der Oberspannungsdruchführung 9 durch­setzt dieses Gaspolster 12 und taucht mit seinem unteren, metallisch blanke Teile aufweisenden Ende in die Kühl­flüssigkeit ein. Ebenso tauchen auch die unteren Enden der Unterspannungsdurchführungen 10 und der Umsteller 11 in die Kühlflüssigkeit ein.
  • Das eine der Seitenwände 3 ersetzende metallische Ge­häuse 2 ist druck- und vakuumfest ausgeführt und ent­ hält ein weiteres Gaspolster 14. Das Gaspolster 14 und das Gaspolster 12 unter dem Deckel 6 stehen unter dem gleichen Druck. Zu diesem Zweck sind die beiden Gas­polster 12 und 14 durch ein Rohr 13 miteinander verbun­den.
  • Das Rohr 13 ist L-förmig gebogen, wobei der kurze Schenkel waagerecht liegt, eine Seitenwand des metalli­schen Gehäuses 2 durchsetzt und mit dieser gasdicht ver­schweißt ist. Ein längerer Schenkel des L-förmig geboge­nen Rohres 13 ist durch eine nicht dargestellte Schweiß­naht an der Seitenwand des Kessels befestigt und ragt von unten her durch ein Loch im Deckel 6, wobei mit diesem zusammen ein Ringspalt gebildet ist. Über diesen Ringspalt ist das Gaspolster 12 mit einer Nebenkammer 15 verbunden, in die von unten der längere Schenkel des Rohres 13 mündet. Die Nebenkammer 15 ist von einer Kappe 16 gebildet, die annähernd koaxial zum längeren Schenkel des Rohres 13 gasdicht auf dem Deckel 6 befestigt ist. Das Rohr 13 überragt den Deckel 6 um mindestens die Hälfte der Höhe der Kappe 16.
  • Da die Volumenschwankungen innerhalb des Kessels verhält­nismäßig klein sind, wird nur bei selten auftretenden extremen Betriebsbedingungen ein geringfügiger Gas­austausch zwischen den beiden Gaspolstern 12 und 14 stattfinden, so daß praktisch kein Gasaustausch zwischen dem Gaspolster 14 und dem Gaspolster 12 erfolgt. An die Zusammensetzung und Reinheit des Gaspolsters 14 sind demzufolge nur geringere Anforderungen zu stellen als an die entsprechenden Eigenschaften der Gasfüllung in dem Gaspolster 12.
  • Zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Rohr 13 bei selten auftretenden plötzlichen Volumen­änderungen sind in nicht dargestellter Art und Weise mehrere Rohre 13 parallel geschaltet. Zur weiteren Minimierung möglicher Schadensfolgen ist das metallische Gehäuse 2 bei Transformatoren für größere Leistungen in mehrere nebeneinander liegende Kammern unterteilt, deren jede wiederum über ein Rohr 13 mit dem Luftpolster 12 in Verbindung steht.

Claims (4)

1. Transformator mit Flüssigkeitskühlung in einem herme­tisch geschlossenen Kessel und mit einem Wärmedehnungen ausgleichenden Gaspolster (12) innerhalb des Kessels über der Kühlflüssigkeit (7, 8) sowie mit mindestens einem weiteren, mit dem ersten Gaspolster (12) über ein Rohr (13) verbundenen Gaspolster (14) an einer Seitenwand des Kessels ,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das der Kühlflüssigkeit (7, 8) zugekehrte Ende des Rohres (13) durch einen Schwallschutz gegen das Ein­strömen von Kühlflüssigkeit (7, 8) geschützt ist, indem es in einer Nebenkammer (15) des ersten Gaspolsters (12) liegt, und
- daß die Nebenkammer (15) von einer Kappe (16) auf dem Deckel (6) des Kessels gebildet ist und mit dem Gas­polster (12) lediglich durch einen von dem Rohr (13) und dem Deckel (6) gebildeten engen Ringspalt verbunden ist.
2. Transformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (16) annähernd koaxial zum Ende des Rohres (13) angeordnet ist und daß das Ende des Rohres (13) den Deckel (6) um mindestens die Hälfte der Höhe der Kappe (16) überragt.
3. Transformator nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Aufteilung des weiteren Gaspolsters (14) in mehrere Teilvolumina vor jedem Rohr (13) ein Schwall­schutz vorgesehen ist.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Masttransformator ausgeführt ist.
EP87102948A 1986-03-13 1987-03-02 Transformator mit Flüssigkeitskühlung und mit einem Wärmedehnungen ausgleichenden Gaspolster Withdrawn EP0245598A1 (de)

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PT84458A (de) 1987-04-01
PT84458B (pt) 1989-10-04

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