EP2402698A1 - Verfahren zur Funktionsüberwachung und/oder Steuerung eines Kühlsystems und entsprechendes Kühlsystem - Google Patents

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EP2402698A1
EP2402698A1 EP10006813A EP10006813A EP2402698A1 EP 2402698 A1 EP2402698 A1 EP 2402698A1 EP 10006813 A EP10006813 A EP 10006813A EP 10006813 A EP10006813 A EP 10006813A EP 2402698 A1 EP2402698 A1 EP 2402698A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling system
evaporator
evap
condenser
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10006813A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Weber
Bhavesh Patel
Jens Dr. Tepper
Bruno Agostini
Marcos Dr. Bockholt
Michael Dipl.-Ing. Luckey
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.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
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Priority to KR1020110063773A priority patent/KR20120002926A/ko
Priority to CN201110243388.4A priority patent/CN102313471B/zh
Priority to US13/174,069 priority patent/US9520221B2/en
Publication of EP2402698A1 publication Critical patent/EP2402698A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08Cooling; Ventilating
    • H01F27/10Liquid cooling
    • H01F27/18Liquid cooling by evaporating liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08Cooling; Ventilating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D15/06Control arrangements therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring or controlling a cooling system with at least one thermosyphon, in particular for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system is provided with at least one evaporator and at least one condenser and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat carrier, and a system for carrying out this method.
  • thermosyphon equipped with thermosyphon are known in principle from the prior art. In addition to water and air as heat transfer medium, they often also use refrigerant as an intermediate cooling medium.
  • the currently used air-to-air and air-to-water cooling monitoring technology is not sufficient to reliably predict and evaluate the operation of the thermosyphon.
  • cooling systems in which the current technologies, for example, air-water heat exchangers, air-to-air heat exchangers and finned tube bundle heat exchangers, are used, there is a monitoring function and reliability through water leakage, pressure difference and temperature sensors.
  • the current technologies for example, air-water heat exchangers, air-to-air heat exchangers and finned tube bundle heat exchangers.
  • Water leakage sensors are commonly used in marine applications to detect breakage in the air-to-water cooler and accordingly to prevent the ingress of water into electrical functional areas of the housing.
  • Differential pressure sensors monitor the fans or the air inlets and air outlets of the cooling system.
  • the temperature measurement is used to monitor the temperatures of the cooling air and the windings and, if necessary, to take corrective action.
  • the invention provides that for monitoring the function and the reliability of the provided with thermosyphon cooling system, the thermal difference method and / or the method of heat transfer efficiency can be used.
  • thermosyphon in the case of leakage, the temperature gradient along the thermosyphon is no longer negligible, since the thermal resistance between the evaporator (hot spot) and condenser (cold spot) is very high, that is DT ⁇ T warm - T cold ,
  • the monitoring of the cooling system functionality is carried out accordingly in accordance with the Fig. 2 specified logic.
  • a preferred development of the invention provides that the measurements are carried out sequentially in order to reduce the number of measurement channels required to acquire the temperature characteristics.
  • thermosiphon element An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the two temperatures are measured simultaneously on a thermosiphon element.
  • thermosyphon system With the respectively determined temperature values at the condenser inlet (T env ), at the evaporator inlet (T evap in) and at the condenser outlet (T condens out ), the global effectiveness of the thermosyphon system is formed according to the relationship given above.
  • thermosyphons If one or more thermosyphons fail, the condenser outlet temperature (T condens out ) and the temperature at the evaporator inlet inevitably decrease (T evap out ) increases. This leads to the reduction of the effectiveness number. This reduction can be correlated with a number of defective thermosyphons.
  • Effective efficiency limits are determined during the warm-up test along with the air temperatures within the enclosure.
  • the logic for this method is in Fig. 3 shown.
  • the state "warning" (signals in Fig. 2 and 3 ) to remedy the flow of the gaseous heat transfer medium is at least temporarily interrupted or, if necessary, even the flow direction of the gaseous heat carrier is at least temporarily reversed.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is that the condenser as well as the evaporator are heated by heat from a heat source to avoid condensation in the condenser housing or icing of the condenser heat exchanger respectively, for example at the respective outlets.
  • the subject of the invention is also a cooling system, in particular a cooling system for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one capacitor and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat transfer medium and is suitable for carrying out the method described above.
  • the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one capacitor and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat transfer medium and is suitable for carrying out the method described above.
  • Such a cooling system is characterized in particular in that temperature sensors for determining the relevant temperatures for determining the required characteristic values for the thermal differential method and / or for the method of heat transfer efficiency are provided in the housing.
  • blower devices are provided which serve to generate a flow of the gaseous medium.
  • the delivery of the gaseous medium can be interrupted at least temporarily. It is also possible to make the flow direction of the gaseous medium reversible by changing the conveying direction of the blower device.
  • Another particularly advantageous embodiment of the cooling system according to the invention is characterized in that in which the at least one capacitor and the at least one evaporator receiving housing at least one heat source is arranged, wherein in a preferred manner, the heat source is formed by at least one heating element.
  • the surveillance strategy implemented with the invention uses only the information of temperature to diagnose the functionality of the thermosyphon. This leads to a significant reduction in the number of sensors in the system, for example by pressure or pressure difference sensors are not required.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view through a transformer 10 with a housing 12 in which an iron core 14 with three winding assemblies 16 and separated therefrom in separate chambers 18, 19 each have a capacitor 20 and an evaporator 22 are arranged.
  • a total of five temperature sensors 24, 26 are arranged in the housing 12, of which on the one hand the sensors 24 for determining the required characteristic values for determining the effectiveness (method of heat exchanger efficiency) and on the other hand for determining the required characteristic values for determining the thermal difference formation between Refrigerant in the condenser 20 and refrigerant in the evaporator 22 (temperature difference method) are needed.
  • Cold cooling fluid flows according to arrow 28 into the chamber 18 of the housing 12 and passes after flowing through the capacitor 20 to a part, taking along the heat absorbed in the capacitor 20 to the outside and to the other Part in the chamber 19, from where it flows into the area in which the actual transformer with iron core 14 and winding assemblies 16 is arranged.
  • the cooling fluid absorbs the heat radiated from the winding assemblies loss heat and then flows into the evaporator 22nd
  • Fig. 2 a flow diagram for a schematic monitoring logic for the implementation of the temperature difference method is shown. The individual steps are indicated in each case. In the following, the individual steps or measures outlined therein are explained.
  • Fig. 3 a flow diagram is shown for a schematic monitoring logic for the implementation of the method of heat transfer efficiency. The individual steps are indicated in each case. In the following, the individual steps or measures outlined therein are explained.
  • Fig. 4 shows a pressure-enthalpy diagram of the internal cooling circuit (refrigerant).
  • the two-phase diagram gas-liquid
  • pressures constant evaporation and condensation temperatures (pressures).
  • the pressure drop in the thermosiphon is so small that a temperature difference is negligible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Kühlsystems mit wenigstens einem Thermosiphon, insbesondere für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt, wobei zur Überwachung der Funktion sowie der Betriebssicherheit des mit Thermosiphon versehenen Kühlsystems die Thermodifferenzmethode und/oder die Methode der Wärmeübertragereffektivität herangezogen werden. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Kühlsystem mit wenigstens einem Thermosiphon.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung oder Steuerung eines Kühlsystems mit wenigstens einem Thermosiphon, insbesondere für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt, sowie ein System zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Kühlsysteme ausgestattet mit Thermosiphon sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Sie nutzen neben Wasser und Luft als Wärmeträger häufig auch Kältemittel als Zwischenkühlmedium.
  • Die derzeit angewandte Überwachungstechnologie für Luft-Luft- sowie Luft-Wasser Kühlsysteme ist für eine zuverlässige Vorhersage und Beurteilung der Arbeitsweise des Thermosiphons nicht ausreichend.
  • Es ist beispielsweise nicht möglich, eine frühzeitige Aussage über den Füllstand des Systems mit Wärmeträgermedium zu machen. Die jeweils mittels Sensoren gemessene Temperatur und Druckdifferenz allein sind nicht geeignet, diese Information zu liefern. Lediglich im Fall einer Kältemittelleckage können diese Sensoren zur späteren Erkennung des Fehlers führen.
  • In Kühlsystemen, in welchen die derzeitigen Technologien, zum Beispiel Luft-Wasser-Wärmetauscher, Luft-Luft-Wärmetauscher sowie Lamellenrohrbündel Wärmeübertrager, eingesetzt werden, erfolgt eine Überwachung hinsichtlich Funktion sowie Betriebssicherheit durch Wasserleckage-, Druckdifferenz- und Temperatur-Sensoren.
  • Wasserleckagesensoren finden häufig in der Marine Anwendung, um einen Bruch im Luft-Wasser-Kühler zu detektieren und dementsprechend das Eindringen von Wasser in elektrische Funktionsbereiche des Gehäuses zu vermeiden.
  • Differenzdrucksensoren überwachen die Lüfter beziehungsweise die Lufteingänge und Luftausgänge des Kühlsystems.
  • Die Temperaturmessung wird eingesetzt, um die Temperaturen der Kühlluft und der Wicklungen zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen einzuleiten.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 09015185.3 ist ein für die Kühlung eines Transformators vorgesehenes Kühlsystem bekannt, welches sich der Vorteile des Thermosiphon-Prinzips, das heißt der Thermosiphontechnologie, bedient.
  • Eine Überwachungs- und Diagnosestrategie für ein derartiges System ist allerdings bisher nicht vorhanden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches auf möglichst einfache Weise erlaubt, zuverlässige und aussagekräftige Aussagen zum aktuellen Systemzustand zu machen. Hierzu ist die Entwicklung einer neuen Logik und Signalverarbeitungsstrategie für die frühzeitige Fehlererkennung notwendig.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Demgemäß ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Überwachung der Funktion sowie der Betriebssicherheit des mit Thermosiphon versehenen Kühlsystems die Thermodifferenzmethode und/oder die Methode der Wärmeträgereffektivität herangezogen werden.
  • Hierbei wird bei der Thermodifferenzmethode vorteilhafterweise die Temperaturdifferenz DT des Kältemittels in dem wenigstens einen Kondensator sowie in dem wenigstens einen Verdampfer gebildet entsprechend der Gleichung DT = T evap manifold - T condens manifold
    Figure imgb0001

    mit Tmanifold evap = Temperatur im Verdampfer und
    mit Tmanifold cond = Temperatur im Kondensator
    und beurteilt.
  • Bei dieser Methode wird also die Temperaturdifferenz des Kältemittels im Kondensator- und im Verdampferbehälter gebildet. Die physikalische Interpretation dieser Gleichung lautet wie folgt:
    • Der Druckabfall im Thermosiphon liefert normalerweise nur einen geringen Wert. Hierbei sind der Druck und die Temperatur bei Zweiphasen-Kältemittel (flüssig und gasförmig) miteinander gekoppelt, wie auch in Fig. 4 gezeigt ist. Da der Druck in den Behältern sich voneinander nur unwesentlich unterscheidet, ist auch die Temperaturdifferenz nahezu null (DT ~ 0).
  • Allerdings ist im Fall einer Leckage der Temperaturgradient entlang des Thermosiphons nicht mehr vernachlässigbar, da der thermische Widerstand zwischen Verdampfer (Warmstelle) und Kondensator (Kaltstelle) sehr hoch ist, das heißt DT T warm - T kalt .
    Figure imgb0002
  • Die Überwachung der Kühlsystemfunktionalität erfolgt demgemäß entsprechend der in Fig. 2 angegebenen Logik.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Reduzierung der Anzahl der zur Erfassung der Temperaturkennwerte benötigten Messkanäle die Messungen sequentiell durchgeführt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperaturen an einem Thermosyphon-Element jeweils gleichzeitig gemessen werden.
  • Als zweites erfindungsgemäßes - alternatives oder komplementäres - Mess- und Überwachungsverfahren ist die Methode der Wärmeübertragereffektivität vorgesehen. Diese Methode sieht vor, dass gemäß der Beziehung ε = T env - T condens out T env - T evap in
    Figure imgb0003

    die globale Effektivität e des Thermosyphon-Systems aus dem Verhältnis der Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Kondensatoraustritt (Tcondens out ),zur Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Verdampfereintritt (Tevap in) gebildet wird.
  • So gilt beispielsweise
    Ccondens > Cevap mit C=cp*m
    Hierbei sind
    cp = Spezi. Wärmekapazität der Luft bei konstantem Druck
    m = Luftstrom.
    Für den Fall
    Ccondens < Cevap mit C=cp*m
  • Es gilt : ε = T evap in - T evap out T evap in - T env
    Figure imgb0004
  • Mit den jeweils ermittelten Temperaturwerten am Kondensatoreintritt (Tenv), am Verdampfereintritt (T evap in) und am Kondensatoraustritt (T condens out) wird nach der oben angegebenen Beziehung die globale Effektivität des Thermosyphon-Systems gebildet.
  • Wenn ein oder mehrere Thermosiphons ausfallen, verringert sich zwangsläufig die Kondensatoraustrittstemperatur (Tcondens out) und die Temperatur am Verdampfereintritt (Tevap out) erhöht sich. Dies führt zur Verringerung der Effektivitätszahl. Diese Verringerung kann mit einer Anzahl defekten Thermosyphons korreliert werden.
  • Um diesen Fehlerfall abzudecken, ist es sinnvoll einen kritischen Unterwert der Effektivitätszahl zu bestimmen (eff_I).
  • Im Fall einer Reduzierung des Luftvolumenstroms am Kondensatoreintritt zum Beispiel bei verringertem Einlassquerschnitt der Lufteintritte infolge von Ablagerungen, erhöht sich die Lufttemperatur am Kondensatoraustritt. Dementsprechend erhöht sich die Effektivitätszahl - bei konstanter Verdampfer-Eintrittstemperatur).
  • Um diesen Fehlerfall abzudecken, ist es sinnvoll eine obere Grenze der Effektivität festzulegen (eff_u).
  • Die Grenzwerte für die Effektivitätszahl (eff_I und eff_u) werden beispielsweise während des Warmlauf-Tests gemeinsam mit den Lufttemperaturen innerhalb des Gehäuses bestimmt. Die Logik für diese Methode ist in Fig. 3 dargestellt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen ist dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung, zum Beispiel der Zustand "Warnung" (Signale in Fig. 2 und 3) zu deren Behebung die Strömung des gasförmigen Wärmeträgers zumindest zeitweise unterbrochen wird oder bei Bedarf sogar die Strömungsrichtung des gasförmigen Wärmeträgers zumindest zeitweise umgekehrt wird.
  • Ein weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Kondensator wie auch der Verdampfer beheizt werden, indem zur Vermeidung von Kondensatbildung im Kondensatorgehäuse beziehungsweise von Vereisung des Kondensator-Wärmeübertragers jeweils, zum Beispiel an den betreffenden Auslässen, Wärme von einer Wärmequelle zugeführt wird.
  • Wie zuvor bereits erwähnt, ist Gegenstand der Erfindung auch ein Kühlsystem, insbesondere ein Kühlsystem für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem wenigstens einen Thermosiphon aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet und mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt und zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
  • Ein solches Kühlsystem ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse Temperatursensoren zur Ermittlung der relevanten Temperaturen zur Ermittlung der benötigten Kennwerte für die Thermodifferenzmethode und/oder für die Methode der Wärmeträgereffektivität vorgesehen sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems sind Gebläseeinrichtungen vorgesehen, welche zur Erzeugung einer Strömung des gasförmigen Mediums dienen.
  • Hierbei ist entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Förderung des gasförmigen Mediums zumindest zeitweise unterbrochen werden kann. Ebenso ist es möglich, die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums durch Änderung der Förderrichtung der Gebläseeinrichtung umkehrbar zu machen.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem den wenigstens einen Kondensator und den wenigstens einen Verdampfer aufnehmenden Gehäuse wenigstens eine Wärmequelle angeordnet ist, wobei in bevorzugter Weise die Wärmequelle von wenigstens einem Heizelement gebildet ist.
  • Die mit der Erfindung verwirklichte Überwachungsstrategie nutzt lediglich die Information von Temperatur, um die Funktionalität des Thermosiphons zu diagnostizieren. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Anzahl von Sensoren im System, indem beispielsweise Druck- beziehungsweise Druckdifferenzsensoren nicht erforderlich sind.
  • Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1
    eine schematische Schnittdarstellung durch einen Transformator mit Thermosiphontechnologie;
    Fig. 2
    ein Logikschema für die Implementierung der Thermodifferenzmethode;
    Fig. 3
    ein Logikschema für die Implementierung der Wärmeübertragereffektivität-Methode und
    Fig. 4
    ein Druck-Enthalpie-Diagramm des inneren Kühlkreislaufs.
  • In Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung durch einen Transformator 10 mit einem Gehäuse 12, in welchem ein Eisenkern 14 mit drei Wicklungsanordnungen 16 sowie hiervon getrennt in separaten Kammern 18, 19 je ein Kondensator 20 und ein Verdampfer 22 angeordnet sind.
  • Ferner sind in dem Gehäuse 12 insgesamt fünf Temperatur-Sensoren 24, 26 angeordnet, von denen einerseits die Sensoren 24 für die Ermittlung der erforderlichen Kennwerte zur Bestimmung der Effektivität (Methode der Wärmeübertragerereffektivität) und andererseits für die Ermittlung der erforderlichen Kennwerte zur Bestimmung der Thermodifferenzbildung zwischen Kältemittel im Kondensator 20 und Kältemittel im Verdampfer 22 (Temperaturdifferenz-Methode) benötigt werden.
  • Außerdem ist mittels Pfeilen 28, 30, 32 (mit Schraffur) der Verlauf des einströmenden kalten Kühlfluids in das Gehäuse 12 hinein sowie innerhalb des Gehäuses 12 gezeigt, während Pfeile 34, 36 (mit Punktraster) die Ausströmung des mit Verlustwärme beladenen Kühlfluids aus dem Gehäuse 12 heraus anzeigt.
  • Kaltes Kühlfluid strömt entsprechend Pfeil 28 in die Kammer 18 des Gehäuses 12 ein und gelangt nach Durchströmen des Kondensators 20 zum einen Teil unter Mitnahme der im Kondensator 20 aufgenommenen Wärme nach außerhalb und zum anderen Teil in die Kammer 19, von wo es in den Bereich einströmt, in welchem der eigentliche Transformator mit Eisenkern 14 und Wicklungsanordnungen 16 angeordnet ist. Hier nimmt das Kühlfluid die von den Wicklungsanordnungen abgestrahlte Verlustwärme auf und strömt anschließend in den Verdampfer 22.
  • In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm für eine schematische Überwachungslogik für die Implementierung der Temperaturdifferenzmethode gezeigt. Dabei sind die einzelnen Schritte jeweils angegeben. Nachfolgend werden die einzelnen darin aufgezeigten Schritte beziehungsweise Maßnahmen erläutert.
  • Beschreibung der Thermodifferenzmethode-Logik gemäß Fig. 3
    1. 1. Die Überwachung (Monitoring) vergleicht die Temperatur am Verdampfereintritt (oder die Wicklungstemperatur) mit vorgegebenen Designtemperaturen. Ist der Schwellwert nicht überschritten, das System im Standby; das heißt es erfolgt keine Aktion. Die Lüfter laufen weiter oder werden nicht gestartet, falls die Temperatur der Wicklung oder am Verdampfereintritt zu niedrig ist.
    2. 2. Falls die Schwelltemperatur in Schritt 2 überschritten ist und die Lüfter gemäß Fig. 1 ausgeschaltet sind, müssen sie jetzt gestartet werden. Hier kann eine Regelung der Lüfterdrehzahl erfolgen.
    3. 3. In diesem Schritt wird auf einen stationären Zustand gewartet. Die "Manifolds-Temperaturen" am Kondensator und am Verdampfer werden gemessen. Die Differenzen der "n"-Thermosiphons werden gebildet.
    4. 4. Die Differenzen werden mit einem Schwellwert verglichen: DT threshold.
    5. 5. Im Falle, dass der Schwellwert überschritten wird, erhöht sich der Zähler nerror (Diagnosis).
    6. 6. Im Schritt 6 wird das Verhältnis der defekten Thermosiphons gebildet und mit zwei Schwellwerten verglichen (zum Beispiel 0,6 und 1). Liegt das Verhältnis in diesem Bereich, sind viele Thermosiphons defekt und die Funktionalität des Kühlsystems ist gefährdet. Status Service. Inspektion und Reparatur sind notwendig.
    7. 7. Ist das Verhältnis nerror/n nicht größer als ein bestimmter noch unkritischer Schwellwert (zum Beispiel 0,3), ist das Thermosiphon System nicht gefährdet. Der Status "OK" liegt dann vor. Für den Fall, dass der kritische Schwellwert (zum Beispiel 0,3) überschritten ist, wird der Status "Warning" aktiviert und eine Inspektion ist notwendig.
  • In Fig. 3 ist ein Flussdiagramm für eine schematische Überwachungslogik für die Implementierung der Methode der Wärmeübertragereffektivität gezeigt. Dabei sind die einzelnen Schritte jeweils angegeben. Nachfolgend werden die einzelnen darin aufgezeigten Schritte beziehungsweise Maßnahmen erläutert.
  • Beschreibung der Logik für die Wärmeübertragereffizientmethode
    1. 1. Die Überwachung (Monitoring) vergleicht die Temperatur am Verdampfereintritt beziehungsweise die Wicklungstemperatur mit vorgegebenen Designtemperaturen. Ist der Schwellwert nicht überschritten, bleibt das System im Standby, das heißt es erfolgt keine Aktion. Die Lüfter laufen weiter oder werden nicht gestartet falls die Temperatur der Wicklung oder am Verdampfereintritt zu niedrig ist.
    2. 2. Falls die Schwelltemperatur in Schritt 2 überschritten wird und die Lüfter gemäß Fig. 1 ausgeschaltet sind, müssen sie jetzt gestartet werden. Hier kann eine Regelung der Lüfterdrehzahl erfolgen.
    3. 3. In diesem Schritt wird auf einen stationären Zustand gewartet. Die Effektivitätszahl eff wird durch Rechnung bestimmt.
    4. 4. Die Effektivitätszahl wird mit einem unteren efflow- und oberen effup -Schwellwert verglichen. Ebenso wird die Wicklungstemperatur oder die Temperatur am Verdampfereintritt mit einem Schwellwert verglichen T limit 1 . Falls die Bedingung erfüllt ist, ist das Thermosyphonsystem funktionstüchtig.
    5. 5. Falls die Bedingungen im Schritt 4 nicht erfüllt sind, wird die Temperatur Wicklungstemperatur oder Lufttemperatur am Verdampfereintritt erneut mit einem zweiten Schwellwert verglichen T limit 2 . Bleiben die Temperatur und die Effektivitätszahl aus 4 im Bereich, wird ein Warnungssignal angegeben.
    6. 6. Steigt die Temperatur Wicklungstemperatur oder Lufttemperatur am Verdampfereintritt über den zweiten Schwellwert, ist eine Inspektion beziehungsweise eine Reparatur notwendig (Service). Falls die Effektivitätszahl über effup zeigt muss der Kondensator beziehungsweise der Kondensatorlüfter inspiziert werden. Falls die Effektivitätszahl einen Wert unter effI zeigt, sind ein oder mehrere Thermosiphons beschädigt.
  • Fig. 4 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm des inneren Kühlkreislaufs (Kältemittel). Das Zweiphasendiagramm (Gas-Flüssig) mit konstanten Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen(drücke). Der Druckabfall im Thermosyphon ist so gering, dass ein Temperaturunterschied vernachlässigbar ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Transformator
    12
    Gehäuse
    14
    Eisenkern
    16
    Wicklungsanordnung
    18
    erste Kammer
    19
    zweite Kammer
    20
    Kondensator
    22
    Verdampfer
    24
    Temperatur-Sensor
    26
    Temperatur-Sensor
    28
    Pfeil (mit Schraffur)
    30
    Pfeil (mit Schraffur)
    32
    Pfeil (mit Schraffur)
    34
    Pfeil (mit Punktraster)
    36
    Pfeil (mit Punktraster)

Claims (13)

  1. Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Kühlsystems mit wenigstens einem Thermosiphon, insbesondere für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Überwachung der Funktion sowie der Betriebssicherheit des mit Thermosiphon versehenen Kühlsystems die Thermodifferenzmethode und/oder die Methode der Wärmeübertragereffektivität herangezogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Thermodifferenzmethode die Temperaturdifferenz DT des Kältemittels in dem wenigstens einen Kondensator sowie in dem wenigstens einen Verdampfer gebildet wird entsprechend der Gleichung DT = T evap manifold - T condens manifold
    Figure imgb0005

    mit Tmanifold evap = Temperatur im Verdampfer und
    mit Tmanifold cond = Temperatur im Kondensator und beurteilt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Methode der Wärmeübertragereffektivität die globale Effektivität e des ThermosyphonSystems gemäß der Beziehung ε = T env - T condens out T env - T evap in
    Figure imgb0006
    oder ε = T evap in - T evap out T evap in - T env
    Figure imgb0007

    aus dem Verhältnis der Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Kondensatoraustritt (Tcondens out),zur Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Verdampfereintritt (Tevap in) gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Anzahl der zur Erfassung der Temperaturkennwerte benötigten Messkanäle die Messungen sequentiell durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperaturen an einem Thermosyphon-Element jeweils gleichzeitig gemessen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung zu deren Behebung die Strömung des gasförmigen Wärmeträgers zumindest zeitweise unterbrochen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung zu deren Behebung die Strömungsrichtung des gasförmigen Wärmeträgers zumindest zeitweise umgekehrt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator wie auch der Verdampfer beheizt werden.
  9. Kühlsystem mit wenigstens einem Thermosiphon, insbesondere für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem wenigstens einen Thermosiphon aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet und mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Gehäuse Temperatursensoren zur Ermittlung der relevanten Temperaturen vorgesehen sind.
  10. Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gebläseeinrichtungen vorgesehen sind, welche zur Erzeugung einer Strömung des gasförmigen Mediums dienen.
  11. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums durch Änderung der Förderrichtung der Gebläseeinrichtung umkehrbar ist.
  12. Kühlsystem nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem den wenigstens einen Kondensator und den wenigstens einen Verdampfer aufnehmenden Gehäuse wenigstens eine Wärmequelle angeordnet ist.
  13. Kühlsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle von wenigstens einem Heizelement gebildet ist.
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KR1020110063773A KR20120002926A (ko) 2010-07-01 2011-06-29 냉각 시스템의 기능 모니터링 및/또는 제어 방법, 및 대응하는 냉각 시스템
CN201110243388.4A CN102313471B (zh) 2010-07-01 2011-06-30 冷却系统的功能监视和/或控制方法及相应的冷却系统
US13/174,069 US9520221B2 (en) 2010-07-01 2011-06-30 Method for function monitoring and/or control of a cooling system, and a corresponding cooling system

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110906769A (zh) * 2019-11-22 2020-03-24 深圳市奥电高压电气有限公司 一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2638857T3 (es) 2012-03-28 2017-10-24 Abb Research Ltd. Intercambiador de calor para convertidores de tracción
CN104575967B (zh) * 2015-01-26 2017-08-01 王同先 虹吸调温控制设备及方法
CN105228420A (zh) * 2015-10-30 2016-01-06 江苏同盛环保技术有限公司 一种具有高热源的封闭机柜微动力散热冷却器
WO2018150410A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-23 N. A. M. Technology Ltd. Adsorption-type refrigerating apparatus capable of deriving negative temperatures
CN111928705B (zh) * 2019-05-13 2022-03-25 亚浩电子五金塑胶(惠州)有限公司 具有重力型回路热管的散热装置
CN110491643A (zh) * 2019-08-22 2019-11-22 刘会明 一种变压器的散热方式
CN112356638A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 东风汽车集团有限公司 一种汽车空调自动除霉方法及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145679A (en) * 1977-02-23 1979-03-20 Electric Power Research Institute, Inc. Vaporization cooled and insulated electrical inductive apparatus
US4337820A (en) * 1979-03-19 1982-07-06 General Electric Company Leak detector for vaporization cooled transformers
US20080307819A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Pham Hung M Refrigeration monitoring system and method
WO2009104197A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Crompton Greaves Limited Improved compact dry transformer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3167113A (en) * 1962-09-13 1965-01-26 Phillips Petroleum Co Equalization of loads on heat exchangers
US3918300A (en) * 1974-01-03 1975-11-11 Aaron Weisstuch Heat transfer measuring device
SE8006391L (sv) * 1980-09-12 1982-03-13 Jacob Weitman Sett att reglera en vermevexlare
DE19723955A1 (de) * 1996-06-12 1998-03-26 Denso Corp Kühlvorrichtung mit Kühlmittel-Verdampfung und -Kondensierung
US5947111A (en) * 1998-04-30 1999-09-07 Hudson Products Corporation Apparatus for the controlled heating of process fluids
US6931352B2 (en) * 2001-10-19 2005-08-16 General Electric Company System and method for monitoring the condition of a heat exchange unit
US20060290366A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 Intel Corporation Monitoring multiple electronic devices under test
US8175757B2 (en) * 2009-09-10 2012-05-08 Avaya Inc. Self-cleaning chassis
EP2333798B1 (de) 2009-12-08 2015-08-26 ABB Technology AG Wärmetauschersystem für Trockentransformatoren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145679A (en) * 1977-02-23 1979-03-20 Electric Power Research Institute, Inc. Vaporization cooled and insulated electrical inductive apparatus
US4337820A (en) * 1979-03-19 1982-07-06 General Electric Company Leak detector for vaporization cooled transformers
US20080307819A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Pham Hung M Refrigeration monitoring system and method
WO2009104197A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Crompton Greaves Limited Improved compact dry transformer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110906769A (zh) * 2019-11-22 2020-03-24 深圳市奥电高压电气有限公司 一种基于相变介质的蒸发冷却电力变压器冷凝器装置

Also Published As

Publication number Publication date
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