EP3726547A1 - Method for drying a transformer comprising a multi-stage cooling system and cooling system control for such a transformer - Google Patents
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- EP3726547A1 EP3726547A1 EP19170055.8A EP19170055A EP3726547A1 EP 3726547 A1 EP3726547 A1 EP 3726547A1 EP 19170055 A EP19170055 A EP 19170055A EP 3726547 A1 EP3726547 A1 EP 3726547A1
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Definitions
- the present invention relates to a method for drying a transformer having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation, the cooling stages comprising a lowest cooling stage and a highest cooling stage, the individual cooling stages each are associated with a load condition range of the transformer and are activated when the respective load condition range of the transformer is reached, wherein the load condition range is a function which depends at least on a temperature of the transformer, and wherein the method for drying is carried out during operation of the transformer.
- the present invention further relates to a cooler control for a transformer having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation.
- transformer insulation which is used primarily for electrical insulation of the transformer windings and comprises, for example, a combination of oil and cellulose paper, a drying process in the manufacture of a transformer, since moisture accelerates aging during operation.
- transformers in particular the transformer insulation material, could be dried from time to time in order to increase the life of the transformers.
- a load condition in the load condition range causes aging of the transformer and is explicitly dependent at least on the temperature of the transformer.
- the transformer is thus set to a higher temperature, which is also referred to below as “increased temperature”, than without this measure at the specific operating point.
- “Area” in the term load condition area indicates, on the one hand, that it is not a mathematical point with which the cooling stage is associated, but that the cooling stage is associated with a range of load conditions that inevitably occurs in practice. For example, in practice it makes no difference whether the temperature is X ° C or a slightly different one, e.g. X ° C + 0.1 ° C, although mathematically, strictly speaking, there is a quantitatively slightly different load condition. On the other hand, a certain temperature range and thus a certain range of load conditions can be associated with the respective cooling stage.
- a temperature increase to an elevated temperature is brought about by means of a suitably selected reduction in the cooling capacity - thus without additional heating means.
- the at least one insulating means comprises a solid insulation, which solid insulation contains in particular hygroscopic material such as cellulose (for example in solid material, so-called pressboard or “press board”, or wrapping paper), this increased temperature is high enough to prevent moisture diffusion from the solid insulation to promote.
- the at least one insulating means comprises a liquid insulation, in particular oil such as mineral oil
- the increased temperature increases the absorption capacity of the liquid insulation for the moisture, the moisture being increased in a manner known per se - for example by means of filter cartridges, which are in turn cellulose or may contain other suitable materials - from which the liquid can be removed. This results in significantly faster and more efficient drying conditions, with drying during the ongoing operations and typically only takes a few weeks.
- the “temperature of the transformer” can in principle be understood to mean different measured variables, for example a hot oil temperature or the temperature at a certain particularly hot point (“hotspot”) of the fixed insulation or of the transformer.
- the hot oil temperature is typically measured in the area of a cover of an oil-filled housing of the transformer, the transformer winding and the transformer core being arranged in the housing.
- the temperature of the hot spot in the solid material is usually above the hot oil temperature. This value can either be estimated on the basis of the hot oil temperature taking into account the load current, or the hotspot temperature can be measured directly with high-voltage-resistant sensors, in particular by means of fiber optic sensors.
- the at least one insulating means can contain both solid and liquid insulation, in particular cellulose paper and / or oil.
- the at least one insulating means is used, in particular, to electrically isolate the at least one transformer winding or its metallic conductors.
- the general rule is that the cooling capacity is increased with increasing load or with higher load condition ranges and vice versa.
- the change in the cooling capacity can take place in stages, whereby cooling stages are automatically defined.
- the cooling output can, however, also take place essentially continuously, for example by continuously controlling a speed, although cooling stages can of course also be defined in this case, for example as certain speed ranges. In this case, one could also speak of virtual cooling levels.
- Such cooling stages or virtual cooling stages form the cooling system.
- the load condition areas associated with the cooling stages can be defined or predeterminable.
- the temperature of the transformer is influenced by different factors, which thus implicitly also influence the load condition or the load condition range.
- the load condition range or the load condition explicitly depends on further variables, for example on the electrical load or the current load on the transformer and / or the ambient temperature. In preferred embodiments of the method according to the invention, these variables can also be taken into account.
- the load state range also depends on the current load on the transformer and that the upper cooling stage is or remains deactivated and the cooling stage immediately below the upper cooling stage is or remains activated only then, when the current load has fallen below a threshold value and / or does not exceed the threshold value, the threshold value being below a maximum value of the current load on the transformer in the load state range belonging to the upper cooling stage and within this load state range.
- achieving the increased temperature is coupled in this case with a current load or electrical load on the transformer that is reduced compared to the maximum value.
- This has the additional advantage that the temperature distribution actually present in the transformer is nowhere near as inhomogeneous as it is with high temperatures Operating currents or electrical loads.
- High electrical transformer loads are usually coupled with a pronounced inhomogeneity of the temperature distribution, so that on the one hand the hot spots already mentioned appear prominently, while on the other hand the more humid parts of the insulation only have a rather moderate temperature level. Most of the moisture then accumulates in the cooler areas.
- the approach according to the invention makes use of a state in which the hot spots are only moderately pronounced and cooler areas are also warmed better or dried more quickly.
- hot oil temperatures can be achieved which are in the range of e.g. maximum 80 ° C.
- the temperature distribution in the transformer at these hot oil temperatures is then typically such that only slight hot spots below 95 ° C. occur in the solid insulation.
- the means provided for measuring the corresponding characteristic value are known per se.
- the threshold value is at most 80%, preferably at most 70%, particularly preferably at most 60%, of the maximum value of the load on the transformer in the load state range associated with the upper cooling stage. Inhomogeneous temperature distributions with harmful hot spots can be significantly reduced in this way, with the increased temperature also minimizing the disadvantage of cooler areas with poor drying properties, so that the overall insulation or all the insulating means receive or maintain a temperature that is advantageous for drying.
- the upper cooling stage is the highest cooling stage.
- the load condition range associated with the highest cooling level ensures that the increased temperature that is established for the drying is particularly high, as a result of which particularly rapid drying can be achieved.
- Cooler controls of transformers used today can be set up to take into account aspects that go beyond pure cooling - at least to a certain extent - by controlling the cooling accordingly.
- Such cooler controls can control a reduction in overall losses, an increase in the overload capacity and / or an equalization of the wear and tear on the cooling units.
- Such cooler controls can advantageously be used to carry out the method according to the invention, in particular by adapting the software of the respective cooler control accordingly. It is therefore according to the invention in a cooler control for a transformer having a multistage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation it is provided that the cooler control is set up to carry out a method according to the invention. That is to say, the cooler control can control suitable means, in particular the cooling system, in such a way that the method according to the invention is carried out with the aid of these means.
- the cooler control can have or use corresponding software for this purpose, which is loaded into a memory of the cooler control, for example. It is also conceivable that this software can also be transmitted over a network or distributed on a data carrier. Therefore, a computer program product is provided according to the invention, comprising commands which cause the cooler control according to the invention to carry out the method according to the invention.
- a transformer in particular a power transformer or choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation, comprising a multi-stage cooling system and the cooler control according to the invention, is provided according to the invention.
- At least three cooling stages are provided. This favors the achievement of sufficiently high elevated temperatures for rapid drying and, at the same time, the most homogeneous temperature distribution possible, since the cooling stage immediately below the upper cooling stage does not have to be the lowest cooling stage.
- the at least one insulating medium comprises insulating liquid, in particular oil, and preferably solid insulation comprising cellulose.
- the insulating liquid or the oil acts simultaneously as an insulator and as Coolant.
- This can for example be mineral oil, vegetable oil or synthetic liquids such as silicone oil.
- insulating liquids with increased flash points are conceivable.
- the at least one insulating means comprises solid insulation, which preferably comprises cellulose or aramid.
- solid insulation which preferably comprises cellulose or aramid.
- a hygroscopic material such as cellulose as solid insulation, which typically surrounds the at least one transformer winding or its turns, e.g. Cellulose paper or pressboard or "pressboard” material can be provided.
- Aramid in turn, has advantageous properties especially at very high temperatures, aramid also absorbing moisture, although it can be impregnated to a certain extent.
- the following cooling stages are provided in ascending order: ONAN, ONAF; or KNAN, KNAF; or ODAF1, ODAF2; or KDAF1, KDAF2; or OFAF1, OFAF2; or KFAF1, KFAF2; or ONAN, OFAN; or KNAN, KFAN; or ONAN, ODAN, ODAF; or KNAN, KDAN, KDAF; or ONAN, ONAF1, ONAF2; or KNAN, KNAF1, KNAF2.
- both two-stage and three-stage cooling systems are provided.
- radiators and coolers can be used, with coolers necessarily requiring fans and pumps, whereas natural convection of the cooling media / fluids can also be provided for radiators.
- cooling fluid in addition to air, another cooling fluid could also be used, for example another gas or a liquid such as e.g. Water.
- ODAF Oil Directed Air Forced
- the oil circulates in a cooling circuit that includes at least one radiator for heat exchange with the environment and at least one fan or fan, preferably at least one axial fan, in which the axis of rotation of an impeller runs parallel or axially to an air flow.
- the at least one fan can - compared to cooling with natural convection - significantly higher cooling of the at least one radiator or a significantly higher heat exchange with the ambient air can be achieved.
- KDAF refers to a cooling stage analogous to ODAF, whereby instead of oil, an insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
- ODAN Oled Air Natural
- KDAN denotes a cooling stage analogous to ODAN, whereby instead of oil, the insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
- ONAN stands for "Oil Natural Air Natural”.
- KNAN denotes a cooling stage analogous to ONAN, whereby instead of oil, the insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a transformer 1 according to the invention, which has a transformer winding 3 which is wound around a transformer core 10.
- the transformer winding 3 consists of at least one low-voltage and high-voltage winding, not shown in any further figurative form. Furthermore, the transformer winding 3, more precisely its electrical conductor, is wrapped with cellulose paper (not shown separately) for electrical insulation.
- the transformer winding 3 and the transformer core 10 are arranged in a housing 2 of the transformer 1 which is filled with a transformer oil 7.
- the transformer oil 7 can e.g. be mineral oil.
- the transformer oil 7 is also used for electrical insulation on the one hand. I.e. Insulating means of the transformer 1 comprise the transformer oil 7 and the cellulose paper, the latter being impregnated with transformer oil 7 accordingly.
- the transformer oil 7 is used for cooling, since the transformer winding 3 generates heat during operation of the transformer 1, which heat increases with the electrical load or the current load on the transformer 1.
- the transformer oil 7 can circulate in a cooling circuit 4 that encompasses the housing 2.
- the circulation of the transformer oil 7 can take place by natural convection and / or can be forced by means of a pump 11.
- At least one radiator 5 is also provided in the cooling circuit 4 in order to enable heat exchange between the transformer oil 7 and the ambient air.
- the radiator 5 is cooled by the ambient air, the ambient air absorbing heat from the radiator 5. Cooler ambient air can be supplied to the radiator 5 via natural convection and / or by means of at least one fan 6. If the If the radiator 5 is cooled by means of the fan 6, ambient air is sucked in by the fan 6 and blown onto the radiator 5 at an outlet side 9 of the fan 6 facing the radiator 5.
- the transformer oil 7, the pump 11, the radiator 5 and the fan 6 are used to implement three cooling stages - a lowest cooling stage, a medium cooling stage and a highest cooling stage - of the transformer 1.
- Each of the cooling stages is assigned to a load condition area, each load condition area comprising a range of load conditions which cause the transformer 1 to age.
- the load condition or the load condition range is at least dependent on the temperature of the transformer 1. In the exemplary embodiment shown, the load condition or the load condition range is also explicitly dependent on the electrical load or the current load on the transformer 1.
- the lower cooling level is associated with a low load condition area, the medium cooling level with a medium load condition area and the highest cooling level with a high load condition area.
- Fig. 1 Dotted lines indicate that the cooler control 8 is operatively connected to the pump 11 and the fan 6 in order to switch them on or off as desired.
- the dash-dotted line in Fig. 1 indicates that the cooler control 8 information about the current Load condition or load condition range of the transformer 1 processed. This information can be made available via means known per se, in particular sensors for the temperature of the transformer 1 and for the electrical power consumption or for the current flowing on the secondary side of the transformer 1.
- the highest cooling level in the illustrated embodiment is ODAF ("Oil Directed Air Forced"), i.e. the transformer oil 7 is pumped through the cooling circuit 4 in a directed manner with the pump 11 and the fan 6 is activated so that a maximum cooling capacity is achieved.
- ODAF Oil Directed Air Forced
- ODAN Oled Air Natural
- ONAF Oled Natural Air Forced
- the transformer oil 7 can only circulate due to natural convection, whereby the cooling capacity in the lowest cooling level is further reduced compared to the middle cooling level.
- the lowest cooling level in the illustrated embodiment is ONAN ("Oil Natural Air Natural").
- the cooler control 8 is also set up to carry out a method according to the invention for drying, ie in particular to control the pump 11 and the fan 6 depending on the load condition range of the transformer 1 so that the method according to the invention during of the operation of the transformer 1 is carried out as follows: An upper cooling level, which is above the lowest cooling level, is deactivated or remains deactivated and the cooling level immediately below the upper cooling level is activated or remains activated, while transformer 1 belongs to the upper cooling level Stress condition area is located.
- the upper cooling stage is only deactivated or remains deactivated and the cooling stage immediately below the upper cooling stage is only activated or remains activated when the current load has fallen below a threshold value and / or does not exceed the threshold value, with the The threshold value is below a maximum value of the current-wise load on the transformer 1 in the load state range belonging to the upper cooling stage and within this load state range.
- the upper cooling stage is preferably the highest cooling stage.
- the threshold value can be reduced by at least 20%, preferably by at least 30%, particularly preferably by at least 40%, for example by at least 20%, preferably by at least 30%, particularly preferably by at least 40%, compared to the maximum value of the current load on the transformer 1 in the load state range belonging to the upper cooling stage.
- the following table A gives an example of a conventional three-stage cooling of the in Fig. 1 shown transformer 1.
- the specified typical load current is given as a percentage of the nominal current or maximum load current.
- the specified load current is typically dependent on the ambient temperature and the dynamics of the system and shifts accordingly to lower percentages at high ambient temperatures and, conversely, to higher percentages at low ambient temperatures Percentages.
- a high ambient temperature is advantageous in order to achieve efficient drying even with smaller load currents.
- the load condition range that is associated with the cooling stages is a function of both the temperature of the transformer 1, the temperature in particular being a hot oil temperature, and of the load current.
- Table B shows two cases, namely once for a load current ⁇ 70% of the rated current and once for a load current ⁇ 70% of the rated current. Efficient drying takes place at more than 60 ° C.
- the second cooling stage is used, especially in load condition areas that belong to the highest cooling stage according to Table A.
- the temperatures occurring during operation of the second cooling stage in Table B are significantly higher than in Table A, which enables efficient drying during the operation of the transformer 1.
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Abstract
Verfahren zur Trocknung eines ein mehrstufiges Kühlsystem aufweisenden Transformators (1), insbesondere Leistungstransformators oder einer Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung (3) und mindestens einem Isoliermittel (7) zur elektrischen Isolation,wobei die Kühlstufen eine niedrigste Kühlstufe und eine höchste Kühlstufe umfassen, wobei die einzelnen Kühlstufen jeweils mit einem Belastungszustandsbereich des Transformators (1) assoziiert sind und bei Erreichen des jeweiligen Belastungszustandsbereichs des Transformators (1) aktiviert werden, wobei der Belastungszustandsbereich eine Funktion ist, die zumindest von einer Temperatur des Transformators (1) abhängt, und wobei das Verfahren zur Trocknung während des Betriebs des Transformators (1) durchgeführt wird. Es wird vorgeschlagen, dass eine obere Kühlstufe, die über der niedrigsten Kühlstufe liegt, deaktiviert wird oder bleibt und die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe aktiviert wird oder bleibt, während sich der Transformator (1) im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich befindet.Method for drying a transformer (1) having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding (3) and at least one insulating means (7) for electrical insulation, the cooling stages comprising a lowest cooling stage and a highest cooling stage, with the individual cooling stages are each associated with a load condition range of the transformer (1) and are activated when the respective load condition range of the transformer (1) is reached, the load condition range being a function which at least depends on a temperature of the transformer (1), and where the Method for drying during operation of the transformer (1) is carried out. It is proposed that an upper cooling level, which is above the lowest cooling level, is or remains deactivated and the cooling level immediately below the upper cooling level is or remains activated while the transformer (1) is in the load condition range belonging to the upper cooling level.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung eines ein mehrstufiges Kühlsystem aufweisenden Transformators, insbesondere Leistungstransformators oder einer Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung und mindestens einem Isoliermittel zur elektrischen Isolation, wobei die Kühlstufen eine niedrigste Kühlstufe und eine höchste Kühlstufe umfassen, wobei die einzelnen Kühlstufen jeweils mit einem Belastungszustandsbereich des Transformators assoziiert sind und bei Erreichen des jeweiligen Belastungszustandsbereichs des Transformators aktiviert werden, wobei der Belastungszustandsbereich eine Funktion ist, die zumindest von einer Temperatur des Transformators abhängt, und wobei das Verfahren zur Trocknung während des Betriebs des Transformators durchgeführt wird.The present invention relates to a method for drying a transformer having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation, the cooling stages comprising a lowest cooling stage and a highest cooling stage, the individual cooling stages each are associated with a load condition range of the transformer and are activated when the respective load condition range of the transformer is reached, wherein the load condition range is a function which depends at least on a temperature of the transformer, and wherein the method for drying is carried out during operation of the transformer.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Kühlersteuerung für einen ein mehrstufiges Kühlsystem aufweisenden Transformator, insbesondere Leistungstransformator oder eine Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung und mindestens einem Isoliermittel zur elektrischen Isolation.The present invention further relates to a cooler control for a transformer having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation.
Leistungstransformatoren stellen Investitionsgüter mit relativ hohen Kosten und einer erwünschten langen Betriebsdauer dar. Zur Erzielung der letztgenannten Eigenschaft unterliegt das Material des Transformators, insbesondere der Transformatorisolation, die vor allem zur elektrischen Isolation der Transformatorwicklungen dient und beispielsweise eine Kombination von Öl und Zellulosepapier umfasst, bei der Herstellung eines Transformators einem Trocknungsprozess, da Feuchtigkeit die Alterung im Betrieb beschleunigt. Im Betrieb kommt es allerdings zu einem Anstieg des Feuchtegehaltes, weshalb Transformatoren, insbesondere das Material der Transformatorisolation, von Zeit zu Zeit getrocknet werden könnten, um die Lebensdauer der Transformatoren zu erhöhen.Power transformers represent capital goods with relatively high costs and a desirable long service life. To achieve the latter property, the material of the transformer is subject to in particular transformer insulation, which is used primarily for electrical insulation of the transformer windings and comprises, for example, a combination of oil and cellulose paper, a drying process in the manufacture of a transformer, since moisture accelerates aging during operation. During operation, however, there is an increase in the moisture content, which is why transformers, in particular the transformer insulation material, could be dried from time to time in order to increase the life of the transformers.
Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Aktivteile von Transformatoren in einer Vapour-Phase-Trocknungsanlage zu trocknen, vgl. z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Vapour-Phase-Trocknung. Da der jeweilige, zu trocknende Transformator hierzu in einen Trocknungsofen eingebracht werden muss, findet diese Trocknung klarerweise nicht während des Betriebs des Transformators statt und verursacht entsprechende Stillstandzeiten.For this purpose, it is known from the prior art to dry the active parts of transformers in a vapor phase drying system, cf. e.g. https://de.wikipedia.org/wiki/Vapour-Phase-Trocknung. Since the respective transformer to be dried has to be brought into a drying oven for this purpose, this drying clearly does not take place during operation of the transformer and causes corresponding downtimes.
Weiters sind aus dem Stand der Technik Versuche zur Trocknung während des Betriebs bekannt, bei denen Filterkartuschen eingesetzt werden, um laufend Feuchtigkeit aus dem Transformatoröl bzw. aus der Isolierflüssigkeit zu absorbieren bzw. extrahieren. Über die Trocknung der Isolierflüssigkeit setzt sich der Trocknungsprozess in der festen Isolation fort. Nachteilig hierbei ist die in der Praxis extrem lange Prozessdauer, insbesondere für die feste Isolation, die sogar ein Jahr überschreiten kann. Dies kann zu einem weiteren Nachteil führen, nämlich bei der Beurteilung eines Transformators, da - abhängig vom Trocknungsverfahren, insbesondere bei Extraktionsverfahren mit Vakuum - aus der Isolierflüssigkeit nicht nur die gelöste Feuchte, sondern auch andere gelöste Komponenten wie z.B. Fehlergase entfernt werden. Während des Trocknungsprozesses kann dadurch mittels der üblichen Ölanalytik (vgl. z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungstransformator#Ölanalys e) nicht mehr der Zustand des Isolationssystems überwacht werden.Furthermore, attempts for drying during operation are known from the prior art, in which filter cartridges are used in order to continuously absorb or extract moisture from the transformer oil or from the insulating liquid. The drying process in the solid insulation continues through the drying of the insulating liquid. The disadvantage here is the extremely long process duration in practice, especially for the solid insulation, which can even exceed a year. This can lead to a further disadvantage, namely when assessing a transformer, since - depending on the drying process, especially with extraction processes with vacuum - not only the dissolved moisture, but also other dissolved components such as fault gases are removed from the insulating liquid. During the drying process, the usual oil analysis (see e.g. https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungstransformator#Ölanalys e) the condition of the insulation system is no longer monitored.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur raschen Trocknung von Transformatoren während des Betriebs zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide a possibility for rapid drying of transformers during operation.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist es bei einem Verfahren zur Trocknung eines ein mehrstufiges Kühlsystem aufweisenden Transformators, insbesondere Leistungstransformators oder einer Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung und mindestens einem Isoliermittel zur elektrischen Isolation, wobei die Kühlstufen eine niedrigste Kühlstufe und eine höchste Kühlstufe umfassen, wobei die einzelnen Kühlstufen jeweils mit einem Belastungszustandsbereich des Transformators assoziiert sind und bei Erreichen des jeweiligen Belastungszustandsbereichs des Transformators aktiviert werden, wobei der Belastungszustandsbereich eine Funktion ist, die zumindest von einer Temperatur des Transformators abhängt, und wobei das Verfahren zur Trocknung während des Betriebs des Transformators durchgeführt wird, erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine obere Kühlstufe, die über der niedrigsten Kühlstufe liegt, deaktiviert wird oder bleibt und die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe aktiviert wird oder bleibt, während sich der Transformator im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich befindet.In order to achieve the stated object, a method for drying a transformer having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation, the cooling stages comprising a lowest cooling stage and a highest cooling stage, wherein the individual cooling stages are each associated with a load condition range of the transformer and are activated when the respective load condition range of the transformer is reached, the load condition range being a function that depends at least on a temperature of the transformer, and wherein the drying method is carried out during operation of the transformer it is provided according to the invention that an upper cooling level, which is above the lowest cooling level, is or remains deactivated and the cooling level immediately below the upper cooling level ak is or remains activated while the transformer is in the load condition range associated with the upper cooling stage.
Ein Belastungszustand im Belastungszustandsbereich verursacht eine Alterung des Transformators und ist explizit zumindest von der Temperatur des Transformators abhängig.A load condition in the load condition range causes aging of the transformer and is explicitly dependent at least on the temperature of the transformer.
Der Transformator wird somit im konkret vorliegenden Arbeitspunkt auf eine höhere Temperatur, die im folgenden auch als "erhöhte Temperatur" bezeichnet wird, gelegt als ohne diese Maßnahme.The transformer is thus set to a higher temperature, which is also referred to below as "increased temperature", than without this measure at the specific operating point.
"Bereich" im Begriff Belastungszustandsbereich deutet zum einen an, dass es sich nicht um einen mathematischen Punkt handelt, mit dem die Kühlstufe assoziiert ist, sondern dass die Kühlstufe mit einem in der Praxis zwangsweise auftretenden Bereich von Belastungszuständen assoziiert ist. Beispielsweise macht es in der Praxis keinen Unterschied, ob die Temperatur X°C oder eine geringfügig andere, z.B. X°C + 0,1°C, vorliegt, obgleich mathematisch streng genommen ein quantitativ geringfügig anderer Belastungszustand vorliegt. Zum anderen können bewusst ein gewisser Temperaturbereich und damit ein gewisser Bereich von Belastungszuständen mit der jeweiligen Kühlstufe assoziiert sein.“Area” in the term load condition area indicates, on the one hand, that it is not a mathematical point with which the cooling stage is associated, but that the cooling stage is associated with a range of load conditions that inevitably occurs in practice. For example, in practice it makes no difference whether the temperature is X ° C or a slightly different one, e.g. X ° C + 0.1 ° C, although mathematically, strictly speaking, there is a quantitatively slightly different load condition. On the other hand, a certain temperature range and thus a certain range of load conditions can be associated with the respective cooling stage.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels einer geeignet gewählten Reduktion der Kühlleistung - somit ohne zusätzliche Heizmittel - eine Temperaturerhöhung auf eine erhöhte Temperatur bewirkt. Sofern das mindestens eine Isoliermittel eine feste Isolation umfasst, welche feste Isolation insbesondere hygroskopes Material wie Zellulose beinhaltet (beispielsweise in festem Material, sog. Pressspan oder "Pressboard", oder Wickelpapier), ist diese erhöhte Temperatur groß genug, um Feuchtediffusion aus der festen Isolation zu fördern. Sofern das mindestens eine Isoliermittel eine flüssige Isolation, insbesondere Öl wie z.B. Mineralöl, umfasst, wird durch die erhöhte Temperatur die Aufnahmekapazität der flüssigen Isolation für die Feuchtigkeit erhöht, wobei die Feuchtigkeit in an sich bekannter Weise - z.B. mittels Filterkartuschen, welche z.B. wiederum Zellulose oder andere geeignete Materialien enthalten können - aus der Flüssigkeit entfernt werden kann. Hierdurch ergeben sich deutlich schnellere und effizientere Trocknungsbedingungen, wobei die Trocknung während des laufenden Betriebs vorgenommen werden kann und typischerweise nur wenige Wochen dauert.In the method according to the invention, a temperature increase to an elevated temperature is brought about by means of a suitably selected reduction in the cooling capacity - thus without additional heating means. If the at least one insulating means comprises a solid insulation, which solid insulation contains in particular hygroscopic material such as cellulose (for example in solid material, so-called pressboard or "press board", or wrapping paper), this increased temperature is high enough to prevent moisture diffusion from the solid insulation to promote. If the at least one insulating means comprises a liquid insulation, in particular oil such as mineral oil, the increased temperature increases the absorption capacity of the liquid insulation for the moisture, the moisture being increased in a manner known per se - for example by means of filter cartridges, which are in turn cellulose or may contain other suitable materials - from which the liquid can be removed. This results in significantly faster and more efficient drying conditions, with drying during the ongoing operations and typically only takes a few weeks.
Es sei bemerkt, dass unter der "Temperatur des Transformators" prinzipiell unterschiedliche Messgrößen verstanden werden können, beispielsweise eine Heißöltemperatur oder die Temperatur an einer bestimmten besonders heißen Stelle ("Hotspots") der festen Isolation bzw. des Transformators. Die Heißöltemperatur wird typischerweise im Bereich eines Deckels eines mit Öl gefüllten Gehäuses des Transformators gemessen, wobei im Gehäuse die Transformatorwicklung und der Transformatorkern angeordnet sind. Die Temperatur des Hotspots im festen Material liegt üblicherweise über der Heißöltemperatur. Dieser Wert kann entweder auf Basis der Heißöltemperatur unter Berücksichtigung des Laststroms abgeschätzt werden, oder es erfolgt eine direkte Messung der Hotspottemperatur mit hochspannungsfester Sensorik, insbesondere mittels Lichtleitersensoren.It should be noted that the “temperature of the transformer” can in principle be understood to mean different measured variables, for example a hot oil temperature or the temperature at a certain particularly hot point (“hotspot”) of the fixed insulation or of the transformer. The hot oil temperature is typically measured in the area of a cover of an oil-filled housing of the transformer, the transformer winding and the transformer core being arranged in the housing. The temperature of the hot spot in the solid material is usually above the hot oil temperature. This value can either be estimated on the basis of the hot oil temperature taking into account the load current, or the hotspot temperature can be measured directly with high-voltage-resistant sensors, in particular by means of fiber optic sensors.
Wie bereits festgehalten kann das mindestens eine Isoliermittel sowohl eine feste als auch eine flüssige Isolation beinhalten, insbesondere Zellulosepapier und/oder Öl. Das mindestens eine Isoliermittel dient dabei insbesondere zur elektrischen Isolation der mindestens einen Transformatorwicklung bzw. von deren metallischen Leitern.As already stated, the at least one insulating means can contain both solid and liquid insulation, in particular cellulose paper and / or oil. The at least one insulating means is used, in particular, to electrically isolate the at least one transformer winding or its metallic conductors.
Allgemein gilt, dass bei steigender Belastung bzw. bei höheren Belastungszustandsbereichen die Kühlleistung erhöht wird und umgekehrt. Die Änderung der Kühlleistung kann stufig erfolgen, wodurch automatisch Kühlstufen definiert sind. Die Kühlleistung kann aber auch im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen, beispielsweise indem eine Drehzahl kontinuierlich gesteuert wird, wobei sich aber natürlich auch in diesem Fall Kühlstufen definieren lassen, beispielsweise als gewisse Drehzahlbereiche. Man könnte in diesem Fall auch von virtuellen Kühlstufen sprechen. Solche Kühlstufen bzw. virtuellen Kühlstufen bilden das Kühlsystem aus.The general rule is that the cooling capacity is increased with increasing load or with higher load condition ranges and vice versa. The change in the cooling capacity can take place in stages, whereby cooling stages are automatically defined. The cooling output can, however, also take place essentially continuously, for example by continuously controlling a speed, although cooling stages can of course also be defined in this case, for example as certain speed ranges. In this case, one could also speak of virtual cooling levels. Such cooling stages or virtual cooling stages form the cooling system.
Die mit den Kühlstufen assoziierten Belastungszustandsbereiche können definiert oder vorgebbar sein.The load condition areas associated with the cooling stages can be defined or predeterminable.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch als computerimplementiertes Verfahren vorgesehen sein kann.It goes without saying that the method according to the invention can also be provided as a computer-implemented method.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Temperatur des Transformators von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst wird, die damit implizit auch den Belastungszustand bzw. den Belastungszustandsbereich beeinflussen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass der Belastungszustandsbereich bzw. der Belastungszustand explizit von weiteren Größen abhängt, beispielsweise von der elektrischen Last bzw. der strommäßigen Belastung des Transformators und/oder der Umgebungstemperatur. Diese Größen können bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich berücksichtigt werden. Entsprechend ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Belastungszustandsbereich außerdem von der strommäßigen Belastung des Transformators abhängt und dass die obere Kühlstufe nur dann deaktiviert wird oder bleibt und die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe nur dann aktiviert wird oder bleibt, wenn die strommäßige Belastung unter einen Schwellwert abgesunken ist und/oder den Schwellwert nicht übersteigt, wobei der Schwellwert unter einem Maximalwert der strommäßigen Belastung des Transformators im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich und innerhalb dieses Belastungszustandsbereichs liegt.In principle, it is conceivable that the temperature of the transformer is influenced by different factors, which thus implicitly also influence the load condition or the load condition range. Of course, it is also possible that the load condition range or the load condition explicitly depends on further variables, for example on the electrical load or the current load on the transformer and / or the ambient temperature. In preferred embodiments of the method according to the invention, these variables can also be taken into account. Accordingly, it is provided in a preferred embodiment of the method according to the invention that the load state range also depends on the current load on the transformer and that the upper cooling stage is or remains deactivated and the cooling stage immediately below the upper cooling stage is or remains activated only then, when the current load has fallen below a threshold value and / or does not exceed the threshold value, the threshold value being below a maximum value of the current load on the transformer in the load state range belonging to the upper cooling stage and within this load state range.
D.h. das Erzielen der erhöhten Temperatur ist in diesem Fall mit einer gegenüber dem Maximalwert reduzierten strommäßigen Belastung bzw. elektrischen Last des Transformators gekoppelt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die im Transformator tatsächlich vorliegende Temperaturverteilung bei weitem nicht so inhomogen ist wie bei hohen Betriebsströmen bzw. elektrischen Lasten. Hohe elektrische Transformatorlasten sind nämlich üblicherweise mit einer ausgeprägten Inhomogenität der Temperaturverteilung gekoppelt, sodass einerseits die bereits erwähnten Heißstellen markant auftreten, während andererseits gerade die stärker befeuchteten Teile der Isolation ein nur eher moderates Temperaturniveau aufweisen. Bei den kühleren Stellen lagert sich sodann die meiste Feuchte an. Durch den erfindungsgemäßen Ansatz wird ein Zustand genutzt, bei dem die Heißstellen lediglich moderat ausgeprägt sind und auch kühleren Bereiche besser erwärmt bzw. schneller getrocknet werden. Das Risiko von ausgeprägten lokalen Heißstellen mit extremer Alterung ist praktisch nicht gegeben. Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch der schlimmste Fall ausgeschlossen werden, nämlich eine Gasblasenbildung im Isoliersystem, die im Hochspannungsbereich zu einem sofortigen Schaden durch Explosion und somit zum Ausfall des Transformators führen kann - mit Brandgefahr und großem Restaurierungsaufwand.That is to say, achieving the increased temperature is coupled in this case with a current load or electrical load on the transformer that is reduced compared to the maximum value. This has the additional advantage that the temperature distribution actually present in the transformer is nowhere near as inhomogeneous as it is with high temperatures Operating currents or electrical loads. High electrical transformer loads are usually coupled with a pronounced inhomogeneity of the temperature distribution, so that on the one hand the hot spots already mentioned appear prominently, while on the other hand the more humid parts of the insulation only have a rather moderate temperature level. Most of the moisture then accumulates in the cooler areas. The approach according to the invention makes use of a state in which the hot spots are only moderately pronounced and cooler areas are also warmed better or dried more quickly. There is practically no risk of pronounced local hot spots with extreme aging. With the method according to the invention, even the worst case can be excluded, namely a gas bubble formation in the insulation system, which in the high-voltage area can lead to immediate damage by explosion and thus to transformer failure - with the risk of fire and great restoration effort.
Konkret können beispielsweise Heißöltemperaturen erzielt werden, die im Bereich von z.B. maximal 80°C liegen. Die sich bei diesen Heißöltemperaturen ergebende Temperaturverteilung im Transformator ist dann typischerweise derart, dass in der festen Isolation nur geringfügige Heißstellen unter 95°C auftreten. Es sei bemerkt, dass diese lediglich beispielhaft genannten Zahlen auch von der Wärmeklasse der eingesetzten Materialien abhängen.Specifically, for example, hot oil temperatures can be achieved which are in the range of e.g. maximum 80 ° C. The temperature distribution in the transformer at these hot oil temperatures is then typically such that only slight hot spots below 95 ° C. occur in the solid insulation. It should be noted that these figures, which are only given as examples, also depend on the thermal class of the materials used.
Indem nur geringfügige Heißstellen erzeugt werden, führt der Trocknungsvorgang praktisch zu keiner relevant erhöhten Alterung des mindestens einen Isoliermittels.Since only minor hot spots are generated, the drying process practically does not lead to any relevant increased aging of the at least one insulating means.
Vorgesehene Mittel zur Messung des entsprechenden Kennwerts, insbesondere entsprechende Strom- bzw. Leistungssensoren, sind an sich bekannt.The means provided for measuring the corresponding characteristic value, in particular corresponding current or power sensors, are known per se.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schwellwert höchstens 80%, bevorzugt höchstens 70%, besonders bevorzugt höchstens 60%, des Maximalwerts der Belastung des Transformators im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich beträgt. Auf diese Weise lassen sich inhomogene Temperaturverteilungen mit schädlichen Heißstellen deutlich reduzieren, wobei durch die erhöhte Temperatur auch der Nachteil von kühleren Bereichen mit schlechteren Trocknungseigenschaften minimiert wird, sodass die Gesamtisolation bzw. sämtliche Isoliermittel eine für die Trocknung vorteilhafte Temperatur erhält bzw. erhalten.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the threshold value is at most 80%, preferably at most 70%, particularly preferably at most 60%, of the maximum value of the load on the transformer in the load state range associated with the upper cooling stage. Inhomogeneous temperature distributions with harmful hot spots can be significantly reduced in this way, with the increased temperature also minimizing the disadvantage of cooler areas with poor drying properties, so that the overall insulation or all the insulating means receive or maintain a temperature that is advantageous for drying.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die obere Kühlstufe die höchste Kühlstufe ist. Auf diese Weise wird durch den mit der höchsten Kühlstufe einhergehenden Belastungszustandsbereich sichergestellt, dass die sich einstellende erhöhte Temperatur für die Trocknung besonders hoch ist, wodurch sich eine besonders rasche Trocknung erreichen lässt.In a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that the upper cooling stage is the highest cooling stage. In this way, the load condition range associated with the highest cooling level ensures that the increased temperature that is established for the drying is particularly high, as a result of which particularly rapid drying can be achieved.
Heutzutage eingesetzte Kühlersteuerungen von Transformatoren können dazu eingerichtet sein, Aspekten, die über die reine Kühlung hinausgehen, - zumindest in einem gewissen Maß - Rechnung zu tragen, indem die Kühlung entsprechend gesteuert wird. Beispielsweise können solche Kühlersteuerungen eine Verminderung der Gesamtverluste, eine Erhöhung der Überlastfähigkeit und/oder eine Vergleichmäßigung der Abnutzung der Kühlaggregate steuern. Vorteilhafterweise können solche Kühlersteuerungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden, insbesondere indem die Software der jeweiligen Kühlersteuerung entsprechend angepasst wird. Daher ist es bei einer Kühlersteuerung für einen ein mehrstufiges Kühlsystem aufweisenden Transformator, insbesondere Leistungstransformator oder eine Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung und mindestens einem Isoliermittel zur elektrischen Isolation erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlersteuerung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. D.h. die Kühlersteuerung kann geeignete Mittel, insbesondere des Kühlsystems, derart ansteuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe dieser Mittel durchgeführt wird.Cooler controls of transformers used today can be set up to take into account aspects that go beyond pure cooling - at least to a certain extent - by controlling the cooling accordingly. For example, such cooler controls can control a reduction in overall losses, an increase in the overload capacity and / or an equalization of the wear and tear on the cooling units. Such cooler controls can advantageously be used to carry out the method according to the invention, in particular by adapting the software of the respective cooler control accordingly. It is therefore according to the invention in a cooler control for a transformer having a multistage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation it is provided that the cooler control is set up to carry out a method according to the invention. That is to say, the cooler control can control suitable means, in particular the cooling system, in such a way that the method according to the invention is carried out with the aid of these means.
Wie bereits erwähnt, kann die Kühlersteuerung hierzu eine entsprechende Software aufweisen bzw. verwenden, die beispielsweise in einen Speicher der Kühlersteuerung geladen ist. Es ist weiters denkbar, dass diese Software auch über ein Netzwerk übertragen oder auf einem Datenträger verbreitet werden kann. Daher ist erfindungsgemäß ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die erfindungsgemäße Kühlersteuerung das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.As already mentioned, the cooler control can have or use corresponding software for this purpose, which is loaded into a memory of the cooler control, for example. It is also conceivable that this software can also be transmitted over a network or distributed on a data carrier. Therefore, a computer program product is provided according to the invention, comprising commands which cause the cooler control according to the invention to carry out the method according to the invention.
Analog ist erfindungsgemäß ein Transformator, insbesondere Leistungstransformator oder Drossel, mit mindestens einer Transformatorwicklung und mindestens einem Isoliermittel zur elektrischen Isolation, umfassend ein mehrstufiges Kühlsystem sowie die erfindungsgemäße Kühlersteuerung vorgesehen.Analogously, a transformer, in particular a power transformer or choke, with at least one transformer winding and at least one insulating means for electrical insulation, comprising a multi-stage cooling system and the cooler control according to the invention, is provided according to the invention.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators ist vorgesehen, dass mindestens drei Kühlstufen vorgesehen sind. Dies begünstigt das Erzielen hinreichend großer erhöhter Temperaturen für eine schnelle Trocknung sowie gleichzeitig eine möglichst homogene Temperaturverteilung, da die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe nicht die niedrigste Kühlstufe sein muss.In a preferred embodiment of the transformer according to the invention it is provided that at least three cooling stages are provided. This favors the achievement of sufficiently high elevated temperatures for rapid drying and, at the same time, the most homogeneous temperature distribution possible, since the cooling stage immediately below the upper cooling stage does not have to be the lowest cooling stage.
Für eine optimale Isolation einerseits und eine gute Kühlung andererseits ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators vorgesehen, dass das mindestens eine Isoliermittel Isolierflüssigkeit, insbesondere Öl, umfasst und vorzugsweise eine Zellulose aufweisende Feststoffisolierung. Die Isolierflüssigkeit bzw. das Öl fungiert dabei gleichzeitig als Isolator und als Kühlmittel. Es kann sich hierbei beispielsweise um Mineralöl, Pflanzenöl oder synthetische Flüssigkeiten wie Silikonöl handeln. Darüberhinaus sind Isolierflüssigkeiten mit erhöhten Flammpunkten denkbar.For optimum insulation on the one hand and good cooling on the other hand, it is provided in a preferred embodiment of the transformer according to the invention that the at least one insulating medium comprises insulating liquid, in particular oil, and preferably solid insulation comprising cellulose. The insulating liquid or the oil acts simultaneously as an insulator and as Coolant. This can for example be mineral oil, vegetable oil or synthetic liquids such as silicone oil. In addition, insulating liquids with increased flash points are conceivable.
Weiters ist es für eine optimale Isolation einerseits und eine gute Kühlung andererseits bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators vorgesehen, dass das mindestens eine Isoliermittel eine Feststoffisolierung umfasst, die vorzugsweise Zellulose oder Aramid aufweist. Als hygroskopes Material wie Zellulose als Feststoffisolierung, die typischerweise die mindestens eine Transformatorwicklung bzw. deren Windungen umgibt, kann z.B. Zellulosepapier oder Pressspan bzw. "Pressboard"-Material vorgesehen sein. Aramid wiederum weist vor allem bei sehr hohen Temperaturen vorteilhafte Eigenschaften auf, wobei Aramid auch Feuchtigkeit aufnimmt, obgleich es bis zu einem gewissen Grad imprägnierbar ist.Furthermore, for optimal insulation on the one hand and good cooling on the other hand, in a preferred embodiment of the transformer according to the invention it is provided that the at least one insulating means comprises solid insulation, which preferably comprises cellulose or aramid. As a hygroscopic material such as cellulose as solid insulation, which typically surrounds the at least one transformer winding or its turns, e.g. Cellulose paper or pressboard or "pressboard" material can be provided. Aramid, in turn, has advantageous properties especially at very high temperatures, aramid also absorbing moisture, although it can be impregnated to a certain extent.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Transformators ist zur optimalen Kühlung unter Verwendung von Isolierflüssigkeit bzw. Öl vorgesehen, dass die folgenden Kühlstufen in aufsteigender Reihenfolge vorgesehen sind: ONAN, ONAF; oder KNAN, KNAF;
oder ODAF1, ODAF2; oder KDAF1, KDAF2;
oder OFAF1, OFAF2; oder KFAF1, KFAF2;
oder ONAN, OFAN; oder KNAN, KFAN;
oder ONAN, ODAN, ODAF; oder KNAN, KDAN, KDAF;
oder ONAN, ONAF1, ONAF2; oder KNAN, KNAF1, KNAF2.In particularly preferred embodiments of the transformer according to the invention, for optimal cooling using insulating liquid or oil, the following cooling stages are provided in ascending order: ONAN, ONAF; or KNAN, KNAF;
or ODAF1, ODAF2; or KDAF1, KDAF2;
or OFAF1, OFAF2; or KFAF1, KFAF2;
or ONAN, OFAN; or KNAN, KFAN;
or ONAN, ODAN, ODAF; or KNAN, KDAN, KDAF;
or ONAN, ONAF1, ONAF2; or KNAN, KNAF1, KNAF2.
Bei diesen besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen sind also sowohl zweistufige als auch dreistufige Kühlsysteme vorgesehen.In these particularly preferred exemplary embodiments, both two-stage and three-stage cooling systems are provided.
Die angegebenen Bezeichnungen sind in der Kühltechnik übliche Begriffe, vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%BChlung. "O" steht für "Oil", "K" für eine Isolierflüssigkeit Isolierflüssigkeit mit im Vergleich zum Öl erhöhter Wärmeklasse bzw. erhöhtem Flammpunkt, "N" für "Natural" (hier wird das jeweilige Medium bzw. Fluid nur aufgrund natürlich vorkommender Konvektion bewegt), "F" für "Forced" (hier werden zur Bewegung des Mediums bzw. Fluids Pumpen eingesetzt), "D" für "Directed" (hier wird gezielt bzw. gerichtet zu den Wicklungen gepumpt), "A" für "Air". Die Ziffern bezeichnen in aufsteigender Reihenfolge eine erhöhte Anzahl der entsprechenden Kühlmittel zur Bewegung des jeweiligen Kühlmediums/-fluids, d.h. AF1 steht für eine gewisse Anzahl von Lüftern bzw. Ventilatoren, wohingegen AF2 für eine vergleichsweise höhere Anzahl von Ventilatoren steht.The names given are common terms in cooling technology, cf. https://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%BChlung. "O" stands for "Oil", "K" for an insulating liquid with a higher insulating liquid than oil Thermal class or increased flash point, "N" for "Natural" (here the respective medium or fluid is only moved due to naturally occurring convection), "F" for "Forced" (pumps are used here to move the medium or fluid) , "D" for "Directed" (here the windings are pumped in a targeted or directional manner), "A" for "Air". The numbers indicate, in ascending order, an increased number of the corresponding coolants for moving the respective cooling medium / fluid, ie AF1 stands for a certain number of fans, whereas AF2 stands for a comparatively higher number of fans.
Es sei bemerkt, dass sowohl Radiatoren als auch Kühler eingesetzt werden können, wobei Kühler zwingend Lüfter und Pumpen voraussetzen, wohingegen bei Radiatoren auch natürliche Konvektion der Kühlmedien/-fluide vorgesehen sein kann.It should be noted that both radiators and coolers can be used, with coolers necessarily requiring fans and pumps, whereas natural convection of the cooling media / fluids can also be provided for radiators.
Allgemein sei noch angemerkt, dass außer Luft auch ein anderes Kühlfluid eingesetzt werden könnte, beispielsweise ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser.In general, it should also be noted that, in addition to air, another cooling fluid could also be used, for example another gas or a liquid such as e.g. Water.
Zu den Ausführungsbeispielen ONAN, ODAN, ODAF und KNAN, KDAN, KDAF:
ODAF steht für "Oil Directed Air Forced", d.h. das Öl wird mittels mindestens einer Ölpumpe gerichtet gepumpt und mindestens ein Lüfter ist eingeschaltet, wodurch die höchste Kühlstufe mit stärkster Kühlung realisiert ist. Dabei zirkuliert das Öl in einem Kühlkreislauf, der zumindest einen Radiator zum Wärmetausch mit der Umgebung und mindestens einen Lüfter bzw. Ventilator umfasst, vorzugsweise mindestens einen Axialventilator, bei dem die Drehachse eines Laufrads parallel bzw. axial zu einem Luftstrom verläuft. Durch den mindestens einen Lüfter kann - verglichen zur Kühlung mit natürlicher Konvektion - eine wesentlich höhere Kühlung des mindestens einen Radiators bzw. ein wesentlich höherer Wärmetausch mit der Umgebungsluft erzielt werden.For the exemplary embodiments ONAN, ODAN, ODAF and KNAN, KDAN, KDAF:
ODAF stands for "Oil Directed Air Forced", ie the oil is pumped in a directional manner by means of at least one oil pump and at least one fan is switched on, which means that the highest cooling level is achieved with the strongest cooling. The oil circulates in a cooling circuit that includes at least one radiator for heat exchange with the environment and at least one fan or fan, preferably at least one axial fan, in which the axis of rotation of an impeller runs parallel or axially to an air flow. The at least one fan can - compared to cooling with natural convection - significantly higher cooling of the at least one radiator or a significantly higher heat exchange with the ambient air can be achieved.
KDAF bezeichnet eine Kühlstufe analog zu ODAF, wobei statt Öl eine Isolierflüssigkeit mit erhöhter Wärmeklasse bzw. erhöhtem Flammpunkt zum Einsatz kommt.KDAF refers to a cooling stage analogous to ODAF, whereby instead of oil, an insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
Durch Abschalten des mindestens einen Lüfters verbleibt lediglich die Luftzirkulation aufgrund von natürlicher Konvektion, sodass die Kühlleistung in der mittleren Kühlstufe gegenüber der höchsten Kühlstufe erniedrigt ist. Entsprechend steht ODAN für "Oil Directed Air Natural".By switching off the at least one fan, only the air circulation remains due to natural convection, so that the cooling performance in the middle cooling level is lower than in the highest cooling level. Accordingly, ODAN stands for "Oil Directed Air Natural".
KDAN bezeichnet eine Kühlstufe analog zu ODAN, wobei statt Öl die Isolierflüssigkeit mit erhöhter Wärmeklasse bzw. erhöhtem Flammpunkt zum Einsatz kommt.KDAN denotes a cooling stage analogous to ODAN, whereby instead of oil, the insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
Wird nun auch noch die mindestens eine Pumpe abgeschaltet, kann das Öl nur noch aufgrund der natürlichen Konvektion zirkulieren, wodurch sich die Kühlleistung in der niedrigsten Kühlstufe gegenüber der mittleren Kühlstufe nochmals verringert. Entsprechend steht ONAN für "Oil Natural Air Natural".If the at least one pump is now also switched off, the oil can only circulate due to natural convection, which further reduces the cooling capacity in the lowest cooling level compared to the medium cooling level. Accordingly, ONAN stands for "Oil Natural Air Natural".
KNAN bezeichnet eine Kühlstufe analog zu ONAN, wobei statt Öl die Isolierflüssigkeit mit erhöhter Wärmeklasse bzw. erhöhtem Flammpunkt zum Einsatz kommt.KNAN denotes a cooling stage analogous to ONAN, whereby instead of oil, the insulating liquid with a higher temperature class or higher flash point is used.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Transformators
- Fig. 1
- a schematic representation of a transformer according to the invention
Die Transformatorwicklung 3 und der Transformatorkern 10 sind in einem Gehäuse 2 des Transformators 1 angeordnet, das mit einem Transformatoröl 7 gefüllt ist. Bei dem Transformatoröl 7 kann es sich z.B. um Mineralöl handeln. Das Transformatoröl 7 dient einerseits ebenfalls zur elektrischen Isolierung. D.h. Isoliermittel des Transformators 1 umfassen das Transformatoröl 7 und das Zellulosepapier, wobei letzteres mit Transformatoröl 7 entsprechend getränkt ist.The transformer winding 3 and the
Andererseits dient das Transformatoröl 7 der Kühlung, da die Transformatorwicklung 3 während des Betriebs des Transformators 1 Wärme erzeugt, die mit der elektrischen Last bzw. der strommäßigen Belastung des Transformators 1 steigt. Das Transformatoröl 7 kann dabei in einem das Gehäuse 2 umfassenden Kühlkreislauf 4 zirkulieren. Die Zirkulation des Transformatoröls 7 kann durch natürliche Konvektion stattfinden und/oder mittels einer Pumpe 11 erzwungen werden. Im Kühlkreislauf 4 ist weiters mindestens ein Radiator 5 vorgesehen, um Wärmeaustausch zwischen dem Transformatoröl 7 und Umgebungsluft zu ermöglichen. Hierbei wird der Radiator 5 durch die Umgebungsluft gekühlt, wobei die Umgebungsluft Wärme vom Radiator 5 aufnimmt. Kühlere Umgebungsluft kann dem Radiator 5 über natürliche Konvektion zugeführt werden und/oder mittels mindestens einen Ventilators 6. Wenn die Kühlung des Radiators 5 mittels des Ventilators 6 erfolgt, wird Umgebungsluft vom Ventilator 6 angesaugt und an einer dem Radiator 5 zugwandten Austrittsseite 9 des Ventilators 6 auf den Radiator 5 geblasen.On the other hand, the
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden insbesondere das Transformatoröl 7, die Pumpe 11, der Radiator 5 und der Ventilator 6 dazu verwendet, drei Kühlstufen - eine niedrigste Kühlstufe, eine mittlere Kühlstufe und eine höchste Kühlstufe - des Transformators 1 zu realisieren.In the exemplary embodiment shown, in particular the
Diese Kühlstufen sind mit zugehörigen Belastungszustandsbereichen assoziiert, d.h. jede der Kühlstufen ist einem Belastungszustandsbereich zugeordnet, wobei jeder Belastungszustandsbereich einen Bereich von Belastungszuständen umfasst, die eine Alterung des Transformators 1 verursachen. Dabei ist der Belastungszustand bzw. der Belastungszustandsbereich zumindest von der Temperatur des Transformators 1 abhängig. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Belastungszustand bzw. der Belastungszustandsbereich außerdem explizit von der elektrischen Last bzw. der strommäßigen Belastung des Transformators 1 abhängig.These cooling stages are associated with associated load condition areas, i. Each of the cooling stages is assigned to a load condition area, each load condition area comprising a range of load conditions which cause the transformer 1 to age. The load condition or the load condition range is at least dependent on the temperature of the transformer 1. In the exemplary embodiment shown, the load condition or the load condition range is also explicitly dependent on the electrical load or the current load on the transformer 1.
Mittels einer Kühlersteuerung 8 werden mit zunehmendem Belastungszustandsbereich sukzessive immer höhere Kühlstufen aktiviert und bei abnehmendem Belastungszustandsbereich die höheren Kühlstufen sukzessive deaktiviert. D.h. die niedrigste Kühlstufe ist mit einem niedrigen Belastungszustandsbereich assoziiert, die mittlere Kühlstufe mit einem mittleren Belastungszustandsbereich und die höchste Kühlstufe mit einem hohen Belastungszustandsbereich.By means of a cooler control 8, as the load condition range increases, successively higher and higher cooling levels are activated, and as the load condition range decreases, the higher cooling levels are successively deactivated. I.e. the lowest cooling level is associated with a low load condition area, the medium cooling level with a medium load condition area and the highest cooling level with a high load condition area.
In
Die höchste Kühlstufe ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ODAF ("Oil Directed Air Forced"), d.h. das Transformatoröl 7 wird mit der Pumpe 11 gerichtet durch den Kühlkreislauf 4 gepumpt und der Ventilator 6 ist aktiviert, sodass eine maximale Kühlleistung realisiert ist.The highest cooling level in the illustrated embodiment is ODAF ("Oil Directed Air Forced"), i.e. the
Durch Abschalten des Ventilators 6 wird ODAN ("Oil Directed Air Natural") als die mittlere Kühlstufe im dargestellten Ausführungsbeispiel realisiert, bei der lediglich die Luftzirkulation aufgrund von natürlicher Konvektion verbleibt, sodass die Kühlleistung in der mittleren Kühlstufe gegenüber der höchsten Kühlstufe erniedrigt ist. Es sei bemerkt, dass es alternativ auch denkbar wäre, die mittlere Kühlstufe durch Abschalten der Pumpe 11 und Laufenlassen des Ventilators 6 zu realisieren, was als ONAF ("Oil Natural Air Forced") bezeichnet würde.By switching off the
Wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel nun auch noch die Pumpe 11 abgeschaltet, kann das Transformatoröl 7 nur noch aufgrund der natürlichen Konvektion zirkulieren, wodurch sich die Kühlleistung in der niedrigsten Kühlstufe gegenüber der mittleren Kühlstufe nochmals verringert. D.h. die niedrigste Kühlstufe im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ONAN ("Oil Natural Air Natural").If, in the illustrated embodiment, the
Die Kühlersteuerung 8 ist außerdem dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Trocknung durchzuführen, d.h. insbesondere die Pumpe 11 und den Ventilator 6 in Abhängigkeit vom Belastungszustandsbereich des Transformators 1 so anzusteuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren während des Betriebs des Transformators 1 folgendermaßen durchgeführt wird: Eine obere Kühlstufe, die über der niedrigsten Kühlstufe liegt, wird deaktiviert oder bleibt deaktiviert und die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe wird aktiviert oder bleibt aktiviert, während sich der Transformator 1 im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich befindet. Dabei wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die obere Kühlstufe nur dann deaktiviert oder bleibt deaktiviert und wird die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe nur dann aktiviert oder bleibt aktiviert, wenn die strommäßige Belastung unter einen Schwellwert abgesunken ist und/oder den Schwellwert nicht übersteigt, wobei der Schwellwert unter einem Maximalwert der strommäßigen Belastung des Transformators 1 im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich und innerhalb dieses Belastungszustandsbereichs liegt.The cooler control 8 is also set up to carry out a method according to the invention for drying, ie in particular to control the
Vorzugsweise ist die obere Kühlstufe die höchste Kühlstufe.The upper cooling stage is preferably the highest cooling stage.
Der Schwellwert kann gegenüber dem Maximalwert der strommäßigen Belastung des Transformators 1 im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich beispielsweise um mindestens 20%, bevorzugt um mindestens 30%, besonders bevorzugt um mindestens 40%, erniedrigt sein.The threshold value can be reduced by at least 20%, preferably by at least 30%, particularly preferably by at least 40%, for example by at least 20%, preferably by at least 30%, particularly preferably by at least 40%, compared to the maximum value of the current load on the transformer 1 in the load state range belonging to the upper cooling stage.
Weitere Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Die folgende Tabelle A gibt ein Beispiel für eine konventionelle dreistufige Kühlung des in
The following table A gives an example of a conventional three-stage cooling of the in
Der Belastungszustandsbereich, der mit den Kühlstufen jeweils assoziiert ist, ist eine Funktion von sowohl der Temperatur des Transformators 1, wobei die Temperatur insbesondere eine Heißöltemperatur sein kann, als auch vom Laststrom.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens ist demgegenüber in der folgenden Tabelle B illustriert. Klarerweise gilt auch für das Verfahren gemäß Tabelle B, dass der Belastungszustandsbereich, der mit den Kühlstufen jeweils assoziiert ist, eine Funktion von sowohl der Temperatur des Transformators 1, wobei die Temperatur insbesondere eine Heißöltemperatur sein kann, als auch vom Laststrom ist.
In Tabelle B sind zwei Fälle dargestellt sind, nämlich einmal für einen Laststrom < 70% des Nennstroms und einmal für einen Laststrom ≥ 70% des Nennstroms. Eine effiziente Trocknung findet dabei jeweils bei mehr als 60°C statt.Table B shows two cases, namely once for a load current <70% of the rated current and once for a load current ≥ 70% of the rated current. Efficient drying takes place at more than 60 ° C.
Es sei bemerkt, dass aus Tabelle B hervorgeht, dass die mittlere Kühlstufe ODAN statt ONAF gewählt ist, wofür keine strukturelle Änderung am Transformator 1 vorgenommen werden muss. Über die Kühlersteuerung 8 werden die entsprechenden Typen der Kühlung einfach eingestellt.It should be noted that it can be seen from Table B that the medium cooling stage ODAN is selected instead of ONAF, for which no structural change has to be made to the transformer 1. The corresponding types of cooling are simply set via the cooler control 8.
Gegenüber der konventionellen Kühlung gemäß Tabelle A wird bei der in Tabelle B illustrierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens speziell bei Belastungszustandsbereichen, die zur höchsten Kühlstufe gemäß Tabelle A gehören, die zweite Kühlstufe verwendet. Entsprechend sind die bei Betrieb der zweiten Kühlstufe auftretenden Temperaturen in Tabelle B deutlich höher als in Tabelle A, was eine effiziente Trocknung während des Betriebs des Transformators 1 ermöglicht.Compared to the conventional cooling according to Table A, in the embodiment of the method according to the invention illustrated in Table B, the second cooling stage is used, especially in load condition areas that belong to the highest cooling stage according to Table A. Correspondingly, the temperatures occurring during operation of the second cooling stage in Table B are significantly higher than in Table A, which enables efficient drying during the operation of the transformer 1.
- 11
- Transformatortransformer
- 22
- Gehäuse des TransformatorsHousing of the transformer
- 33
- Transformatorwicklung, mit um den Leiter gewickeltem ZellulosepapierTransformer winding, with cellulose paper wrapped around the conductor
- 44th
- KühlkreislaufCooling circuit
- 55
- Radiatorradiator
- 66th
- Ventilatorfan
- 77th
- TransformatorölTransformer oil
- 88th
- KühlersteuerungCooler control
- 99
- Austrittsseite des VentilatorsOutlet side of the fan
- 1010
- TransformatorkernTransformer core
- 1111
- Pumpepump
Claims (11)
wobei die Kühlstufen eine niedrigste Kühlstufe und eine höchste Kühlstufe umfassen, wobei die einzelnen Kühlstufen jeweils mit einem Belastungszustandsbereich des Transformators (1) assoziiert sind und bei Erreichen des jeweiligen Belastungszustandsbereichs des Transformators (1) aktiviert werden, wobei der Belastungszustandsbereich eine Funktion ist, die zumindest von einer Temperatur des Transformators (1) abhängt,
und wobei das Verfahren zur Trocknung während des Betriebs des Transformators (1) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Kühlstufe, die über der niedrigsten Kühlstufe liegt, deaktiviert wird oder bleibt und die unmittelbar unter der oberen Kühlstufe liegende Kühlstufe aktiviert wird oder bleibt, während sich der Transformator (1) im zur oberen Kühlstufe gehörigen Belastungszustandsbereich befindet.Method for drying a transformer (1) having a multi-stage cooling system, in particular a power transformer or a choke, with at least one transformer winding (3) and at least one insulating means (7) for electrical insulation,
wherein the cooling stages include a lowest cooling stage and a highest cooling stage, the individual cooling stages are each associated with a load condition range of the transformer (1) and are activated when the respective load condition range of the transformer (1) is reached, the load condition range being a function that at least depends on a temperature of the transformer (1),
and wherein the method for drying is carried out during the operation of the transformer (1), characterized in that an upper cooling stage which is above the lowest cooling stage is or remains deactivated and the cooling stage immediately below the upper cooling stage is or remains activated, while the transformer (1) is in the load condition area belonging to the upper cooling stage.
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