ES2946190T3 - Transformador seco con refrigeración por aire - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un transformador tipo seco enfriado por aire (1) que comprende un núcleo (10) provisto de una rama (11); un cuerpo de bobinado (14) dispuesto alrededor del ramal (11); un canal de refrigeración (25) que se extiende en la dirección del eje longitudinal del cuerpo de bobinado (14), estando dispuesto el canal de refrigeración entre una parte interior (15) del cuerpo de bobinado (14) y una parte exterior (20) del cuerpo de bobinado (14), el canal de enfriamiento (25) que tiene en ambos extremos aberturas (40, 42) y una sección transversal de forma esencialmente anular que tiene una forma básica redonda, ovalada o poligonal; al menos un ventilador de anillo (30, 30a, 30b, 30c) que comprende un anillo (32) y un ventilador (34), en el que el ventilador (34) está diseñado para aspirar aire y soplar el aire del anillo (32) a lo largo un eje longitudinal del anillo (32), donde se genera un flujo de aire (31). El ventilador de anillo (30, 30a, 30b, 30c) está dimensionado y montado de manera que el flujo de aire (31) genera un flujo de aire frío (35) en el canal de refrigeración (25). La invención se refiere además a un dispositivo de potencia con enfriamiento por aire y un método de enfriamiento que usa un ventilador anular. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Transformador seco con refrigeración por aire
Campo técnico
La presente invención se refiere a procedimientos y dispositivos para refrigerar transformadores secos mediante ventiladores anulares, en particular transformadores secos en carcasas no ventiladas con refrigeración por aire forzado dentro de la carcasa.
Antecedentes de la Invención
Para mejorar la refrigeración de transformadores secos han sido propuestas diferentes técnicas. Estas incluyen canales de aire de refrigeración dentro del núcleo para mejorar la disipación de calor. En general, con un soplador es generada una sobrepresión en la zona inferior de la carcasa, mientras que puede ser generada una presión negativa en la zona superior de la carcasa por extracción de aire. De esta forma es generada una corriente de aire que fluye de abajo hacia arriba. Sin embargo, una gran cantidad de aire no fluye a través de los canales de refrigeración de los devanados como se desea, sino por fuera alrededor de las bobinas, lo que no es deseable. Esto se debe entre otras cosas a que la superficie de la sección transversal de los canales de refrigeración dentro de los devanados suele ser esencialmente menor que la zona de sección transversal entre la pared de la carcasa y las bobinas.
Por lo general esto se puede evitar con los siguientes procedimientos: por un lado, el ventilador puede ser colocado por debajo de las bobinas para soplar el aire dentro de los canales de refrigeración. Además, pueden disponerse placas deflectoras de aire en la proximidad inmediata de las bobinas, para de esta forma hacer que la resistencia al flujo de los canales de refrigeración sea menor que la resistencia al flujo de la zona fuera de las bobinas. Para en este caso soplar el aire en las bobinas es necesario un ventilador relativamente potente, de modo que una gran parte del aire siga fluyendo alrededor de las bobinas. Además, para que sean suficientemente efectivas, las placas deflectoras de aire deben adaptarse individualmente a los contornos de las bobinas, lo que implica un esfuerzo de trabajo considerable. Debido a que las placas de conducción de aire generan además una resistencia adicional significativa, el sistema de ventilación funciona con un grado de eficiencia total más bajo. En general, también es cierto que con una refrigeración mejorada con ventiladores convencionales se produce mucho ruido, especialmente por las palas giratorias.
El documento JP 2015228442 A muestra en la Figura 2 (a) y la Figura 5 (a) una placa que esta perforada con agujeros individuales. En este contexto existe la necesidad de la presente invención.
Sumario de la Invención
El objeto de la invención se consigue mediante un transformador seco refrigerado por aire según la reivindicación 1 y un procedimiento para la refrigeración de un transformador seco según la reivindicación 7.
Los canales de refrigeración descritos en esta invención comprenden generalmente todo tipo de canales que, según aspectos y formas de realización, pueden usarse o son adecuados para conducir el aire de refrigeración a través de un transformador seco. Estos también pueden ser por ejemplo canales que originalmente están previstos o se utilizan para fines del aislamiento dieléctrico o para la inspección/control del campo.
Preferiblemente, el transformador seco comprende una carcasa; y un intercambiador de calor que está diseñado para eliminar el calor de la carcasa; en el que la corriente de aire de refrigeración generada por el al menos un ventilador anular, después de pasar a través del canal de refrigeración del transformador seco, incide en el intercambiador de calor y allí es refrigerado.
El procedimiento comprende la provisión de un ventilador anular y un transformador seco, el direccionamiento de una corriente de aire de refrigeración del ventilador anular a una abertura adecuada para ello con forma esencialmente anular de un canal de refrigeración del transformador seco.
En otro aspecto, el ventilador anular se propone para la refrigeración del transformador seco, de modo que una corriente dirigida de aire de refrigeración esencialmente con forma anular está direccionada a una abertura adecuada para ello de un canal de refrigeración del transformador seco.
Otras características y ventajas de la presente invención se presentan en la siguiente descripción detallada de formas de realización preferidas.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes para el experto en la materia a partir de la descripción detallada en relación con las figuras adjuntas. Muestran:
La Figura 1: muestra una sección transversal a través de un transformador seco según formas de realización, así como una vista superior del transformador;
la Figura 2: muestra una sección transversal a través de un transformador seco según otras formas de realización;
la Figura 3: muestra un ventilador anular según formas de realización;
la Figura 4: muestra una sección transversal a través de un transformador seco según otras formas de realización;
la Figura 5: muestra una sección transversal a través de un transformador seco según otras formas de realización;
la Figura 6: muestra una sección transversal a través de un sistema de refrigeración para un transformador seco según formas de realización; y
la Figura 7: muestra una vista en planta desde arriba de un transformador seco según otras formas de realización.
Descripción detallada
En general, las formas de realización de la invención se refieren a transformadores secos que son refrigerados con al menos un ventilador anular accionado eléctricamente. Un ventilador anular, como se usa en esta invención, comprende una carcasa con forma anular desde la cual emana una corriente de aire con forma anular en la dirección axial del anillo. En el centro de la carcasa se encuentra una abertura central, a través de la cual, en ejemplos de realización, discurre o se encuentra en su interior un brazo del núcleo del transformador. En general, en esta invención el término "ventilador anular" debe considerarse como correspondiente a la definición anterior, comprendiendo las variantes que se describen a continuación.
Un ventilador anular puede tener una carcasa con forma de anular como estator, con un rotor también con forma anular, en el que están colocadas palas, que son visibles desde el exterior como en un ventilador convencional. En otra forma utilizada aquí, el ventilador anular puede ser un ventilador sin aspas en ejemplos de realización. Un ventilador sin aspas sopla el aire fuera de un anillo sin involucrar directamente a las aspas de rotor giratorias, o normalmente estas están encapsuladas en una carcasa extra. El aire es aspirado por un rotor instalado internamente en la base o en el lateral del ventilador sin aspas a través de agujeros que se encuentran en el mismo y guiado hacia una cavidad circunferencial de un anillo. A continuación, el aire es acelerado a través de una ranura que está prevista preferiblemente en un lado interior del anillo.
Esto da como resultado un chorro de aire que está conformado de acuerdo con la geometría del anillo. Para canalizar la dirección del chorro de aire, el chorro es soplado sobre una pendiente que está conformada por ejemplo como una superficie de sustentación. Al mismo tiempo, el aire circundante puede ser aspirado como corriente secundaria, lo que aumenta la corriente de aire total desde el ventilador.
Por diferentes medidas está garantizado que una gran parte del aire ventilado es soplado directamente a través de canales de refrigeración del transformador seco, y no fluye más allá del lado exterior de las bobinas/devanados. A continuación, se supone generalmente que el núcleo del transformador es vertical en relación con la superficie de tierra. Esto es favorable en términos de tecnología de flujo, ya que la corriente de aire generada por el ventilador es favorecida o intensificada por la convección del aire calentado. Sin embargo, en ejemplos de realización, el núcleo también puede tener otras orientaciones, por ejemplo horizontalmente a la superficie de tierra, de modo que también la corriente de aire de refrigeración fluya horizontalmente. Sin embargo, en lo que sigue se supone todo el tiempo que los núcleos o brazos están colocados verticalmente, como es habitual en la técnica.
En este caso los ejemplos de realización se refieren en particular a los siguientes casos: el transformador es refrigerado típicamente mediante una corriente de aire dirigida de abajo hacia arriba, que es generada por un ventilador anular o sin aspas dispuesto en la zona inferior de los devanados, o directamente por debajo de los devanados. Alternativamente, la corriente de aire dirigida de abajo hacia arriba puede ser generada también por un ventilador anular o sin aspas dispuesto en la zona superior de los devanados. Finalmente, la corriente de aire puede ser generada por ventiladores anulares o sin aspas colocados tanto en la zona inferior como en la zona superior de los devanados, es decir, por una combinación de los dos casos mencionados anteriormente. Si los devanados están separados entre sí en dirección vertical, es decir a lo largo del eje longitudinal del núcleo, también puede estar instalado un ventilador (además de las variantes descritas anteriormente, o individualmente) entre la bobina o devanado superior y la bobina o devanado inferior. Para tres devanados separados en tres brazos de un transformador seco trifásico, las variantes anteriores pueden estar realizadas individualmente para cada brazo, o puede ser utilizado un ventilador individual con un anillo, estando realizado el anillo no redondo sino alargado y cubriendo los tres los devanados en los tres brazos.
Las formas de realización tienen las siguientes ventajas frente a las técnicas de ventilación convencionales con ventiladores convencionales. Por un lado, las placas deflectoras de aire descritas al principio y su dispositivo de sujeción o conexiones pueden suprimirse por completo. Además, en formas de realización, por ejemplo el aire refrigerado a través de un intercambiador de calor puede ser guiado directamente al ventilador a través de un tubo y luego soplado en los canales de refrigeración. Esto evita el intercambio de calor innecesario entre el aire de refrigeración y el entorno fuera de los devanados. Por lo tanto, el aire refrigerado se mantiene frío en el tubo de suministro al ventilador anular o sin aspas. Una gran parte del aire acelerado por el ventilador fluye directamente hacia y a través de los canales de refrigeración en los devanados, mientras que al mismo tiempo esto se logra con un esfuerzo de construcción pequeño o reducido. Además, especialmente los ventiladores sin aspas funcionan con un bajo nivel de ruido o perturbación debido a la ausencia de palas giratorias abiertas, como en un ventilador o soplador convencional.
La Figura 1 muestra un transformador seco 1 refrigerado por aire según formas de realización en sección transversal. Este comprende un núcleo 10 con un brazo 11 y un cuerpo de devanado 14 dispuesto alrededor del núcleo 10 o alrededor del brazo 11. El cuerpo de devanado 14 puede tener varios devanados o partes de devanado. Entre una parte interior 15 del cuerpo de devanado 14 y una parte exterior 20 del cuerpo de devanado 14 se encuentra un canal de refrigeración 25. Este tiene dos aberturas 40, 42 en sus dos extremos, típicamente abajo y arriba cuando el núcleo 10 o el brazo 11 es vertical 25. El canal de refrigeración 25 tiene una sección transversal en forma esencialmente anular. En la parte inferior de la Figura 1 está representada una vista en planta desde arriba, mostrándose el anillo 32 en negro. El transformador seco 1 también puede tener varios brazos 11, por ejemplo dos o tres.
Un ventilador anular 30a dispuesto debajo del transformador seco 1 comprende un anillo 32 y un soplador 34 (véase también la Figura 3). El soplador 34 está configurado para aspirar aire fuera del entorno (por ejemplo, en formas de realización el aire puede ser conducido a través de un tubo) y soplar el aire por una ranura 33 en el anillo 32 de manera dirigida a lo largo de un eje longitudinal del anillo 32. De este modo es generada una corriente de aire de refrigeración 35. El ventilador anular 30 está dimensionado y dispuesto de tal manera que genera una corriente de aire de refrigeración 35 con forma anular que se adapta geométricamente a las dimensiones del canal de refrigeración 25.
La corriente de aire de refrigeración 35 corresponde esencialmente en su perfil de sección transversal y en sus dimensiones al perfil de sección transversal y las dimensiones de una de las aberturas 40, 42, es decir, normalmente también las dimensiones del canal de aire de refrigeración 25. El canal de refrigeración 25 normalmente tiene un diámetro interior de canal de refrigeración d1 y un diámetro exterior de canal de refrigeración d2. Estos son esencialmente idénticos al diámetro interior de corriente de aire dks1 y al diámetro exterior de corriente de aire dks2 de la corriente de aire de refrigeración 31.
En la Figura 2 está representado un ejemplo de realización en el que por encima del cuerpo de devanado 14 está dispuesto un ventilador anular 30b. Es decir, la corriente de aire de refrigeración 35 es generada por aspiración del aire fuera del canal de aire de refrigeración 25.
En la Figura 3 se muestra un ejemplo, no limitativo, de un ventilador anular 30, 30a, 30b en forma de ventilador sin aspas. La corriente de aire de refrigeración 35 expulsada por la ranura 33 en el anillo 32 está representada simbólicamente por flechas. Además, el suministro de aire de refrigeración al soplador 34 está representado en el lado derecho. En ejemplos de realización, la corriente de aire de refrigeración es dirigida o conducida a través de un tubo o conducto al soplador 34.
En la Figura 4 se muestra otra forma de realización en la que el ventilador anular o sin aspas no está dispuesto sobre o alrededor del núcleo 10 como en los otros ejemplos, sino que está dispuesto por fuera y por encima del transformador seco 1 y del núcleo 10. Asimismo, el ventilador puede estar colocado por ejemplo en el lado superior o cubierta de una carcasa, es decir, sin contacto directo con el transformador 1.
En la Figura 5 está representado un transformador seco 1 según ejemplos de realización, el cual representa una combinación de las variantes de la Figura 1 y la Figura 2. Además, los devanados están aquí divididos en el núcleo o el brazo, de modo que entre los segmentos de devanado 70, 75 está dispuesto otro ventilador anular o sin aspas 30c. Es decir, el ventilador 30c está colocado entre dos segmentos de devanado 70, 75 dispuestos separados en la dirección longitudinal del núcleo 10. Para uno de los segmentos de devanado 70 trabaja en el modo de soplado, para el otro segmento de devanado 75 trabaja en el modo de succión. En otras formas de realización, con tal configuración de transformador solo se puede emplear el ventilador sin anillo o sin aspas medio o central 30c.
La Figura 6 muestra un sistema de refrigeración de transformador 100 con un transformador seco 1 según uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente. El transformador seco 1 se encuentra en una carcasa 50 (esencial o completamente cerrada). El aire de refrigeración de la corriente de aire de refrigeración 35 después de pasar a través del canal de refrigeración 25 es conducido a un intercambiador de calor 60. Este se utiliza para disipar el calor residual de la carcasa 100, por ejemplo al aire ambiente, o también a un circuito de refrigeración con un fluido, como por ejemplo agua.
Después de pasar por el canal de refrigeración 25 del transformador seco 1, la corriente de aire de refrigeración 35 calentada por el transformador seco 1 es conducida al intercambiador de calor 60 y allí es enfriada. A continuación, la corriente de aire refrigerada es aspirada de nuevo a través del soplador 34 del ventilador anular o sin aspas 30a (o una pluralidad de tales ventiladores) mediante un tubo 36. Esto crea un circuito de aire de refrigeración cerrado.
La Figura 7 muestra desde abajo un transformador seco 1 con tres brazos 11, por ejemplo un transformador trifásico. En este caso, solo se utiliza un ventilador sin aspas 30d, cuyo anillo 32b está realizado alargado o extendido longitudinalmente para recubrir los tres cuerpos de devanado 14. Alternativamente, también pueden estar previstos uno o más ventiladores propios para cada brazo 11 o cuerpo de devanado 14, como se describe en el ejemplo de la Figura 1 y la Figura 5.
En general, los ventiladores anulares o sin aspas 30, 30a, 30b, 30c descritos aquí se pueden usar según ejemplos de realización para refrigerar todo tipo de transformadores secos. Para ello el transformador seco está dotado de una abertura 40, 42 de un canal de refrigeración 25 adaptada a la geometría de la corriente de aire de refrigeración. El anillo 32a del ventilador sin aspas, realizado aquí extendido longitudinalmente o alargado, también puede adoptar otras formas distintas de la circular, por ejemplo de tipo elíptico, cuadrado o rectangular.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Transformador seco (1) enfriado por aire, que comprende:
un núcleo (10), que comprende un brazo (11), un cuerpo de devanado (14) dispuesto alrededor del brazo (11), un canal de refrigeración (25) que se extiende en la dirección del eje longitudinal del cuerpo de devanado (14) y que está dispuesto entre una parte interior (15) del cuerpo de devanado (14) y una parte exterior (20) del cuerpo de devanado (14), en el que el canal de refrigeración (25) tiene aberturas (40, 42) con forma esencialmente anular en sus dos extremos y una sección transversal esencialmente de tipo anular con una forma básica redonda, ovalada o poligonal;
al menos un ventilador anular (30, 30a, 30b, 30c), que comprende un anillo (32) y un soplador (34), en el que el soplador (34) está configurado para aspirar aire y expulsar el aire fuera del anillo (32) de manera dirigida a lo largo de un eje longitudinal del anillo (32), donde es generada una corriente de aire (31); en el que el ventilador anular (30, 30a, 30b, 30c) está dimensionado y dispuesto de tal manera que la corriente de aire (31) genera una corriente de aire de refrigeración (35) en el canal de refrigeración (25), caracterizado por un primer ventilador anular (30a) que está configurado de tal manera que sopla aire en el canal de refrigeración (25) a través de una primera de las aberturas (40, 42), y un segundo ventilador anular (30b) que está configurado de tal manera que aspira aire del canal de refrigeración (25) a través de una segunda de las aberturas (40, 42), y/o
caracterizado por que el anillo presenta una ranura que está configurada de tal manera que el aire puede ser expulsado de manera dirigida a lo largo de un eje longitudinal del anillo (32) a través de la ranura (33) en el anillo (32).
2. Transformador seco (1) según la reivindicación 1, en el que la corriente de aire (31) en su perfil de sección transversal corresponde sustancialmente al perfil de sección transversal de al menos una de las aberturas (40, 42) del canal de refrigeración (25).
3. Transformador seco (1) según la reivindicación 1 o 2, en el que el canal de refrigeración (25) tiene un diámetro interior de canal de refrigeración d1 y un diámetro exterior de canal de refrigeración d2, que son sustancialmente idénticos al diámetro interior de la corriente de aire dks1 y al diámetro exterior de la corriente de aire dks2 de la corriente de aire (31).
4. Transformador seco según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos otro ventilador anular (30c), que está dispuesto en el brazo (11) entre dos segmentos de cuerpo de devanado (70, 75) dispuestos separados en la dirección longitudinal del brazo (11) y que tienen, respectivamente, una parte interior (15, 15a) del segmento de cuerpo de devanado (70, 75) y una parte exterior (20, 20a) del segmento de cuerpo de devanado (70, 75), y que opera en modo de soplado para uno de los segmentos de cuerpo de devanado (70, 75) y en modo de succión para el otro segmento de cuerpo de devanado (70, 75).
5. Transformador seco (1) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende un transformador trifásico y tres brazos (11) con tres cuerpos de devanado (14), en cada caso según una de las reivindicaciones anteriores, en el que o bien:
- en cada brazo (11) del transformador está colocado un ventilador anular (30, 30a, 30b, 30c),
- está previsto un ventilador anular (30d) común, cuyo anillo (32a) conformado alargado se extiende sobre los tres cuerpos de devanado (14) y sopla aire en cada caso en los canales de refrigeración (25) de los cuerpos de devanado (14) individuales.
6. Sistema de refrigeración del transformador (100), que comprende:
a. un transformador seco (1) según una de las reivindicaciones anteriores; y
b. una carcasa (50) para el transformador seco (1); y
c. un intercambiador de calor (60) que está diseñado para eliminar el calor de la carcasa, de manera que después de pasar por el canal de refrigeración (25) del transformador seco (1), la corriente de aire de refrigeración (35) generada por el al menos un ventilador anular (30, 30a, 30b, 30c) incide sobre el intercambiador de calor (60) y allí es enfriada.
7. Procedimiento para la refrigeración de un transformador seco (1) según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende:
- proporcionar el transformador seco (1),
- dirigir la corriente de aire de refrigeración (31) del al menos un ventilador anular a la abertura (40, 42) esencialmente en forma anular del canal de refrigeración (25) del transformador seco (1), en el que la abertura esencialmente en forma anular fue adaptada a la geometría del canal de refrigeración.
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