FR2575816A1

FR2575816A1 - COOLED TRANSFORMER TANK WITH RADIAL AND CONCENTRIC RADIATORS WITH REDUCED CONTAINANCE

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Publication number: FR2575816A1
Application number: FR8417040A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1986-07-11
Also published as: JPS62500553A; BR8507019A; FR2575816B1; GB2176058B; GB8612117D0; WO1986002772A1; GB2176058A; DE3590650T1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LE REFROIDISSEMENT DE CUVES PAR DES RADIATEURS RADIAUX ET CONCENTRIQUES 1 CONSTITUES PAR DES AILETTES 2 DISPOSEES AUTOUR D'UN CYCLINDRE 3 OBSTRUE DANS SA PARTIE CENTRALE PAR UNE TORPILLE 6 OBLIGEANT LA TOTALITE DU FLUIDE A REFROIDIR A PASSER INTEGRALEMENT PAR LES AILETTES. LE DISPOSITIF EST COMPLETE PAR DES ELEMENTS PLEINS ET ENROBES, EN LIEGE, DESTINES A REDUIRE LE VOLUME DU DIELECTRIQUE NECESSAIRE. CETTE INVENTION INTERESSE PLUS PARTICULIEREMENT LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE ET TOUTE INSTALLATION DE CHAUFFAGE OU DE REFRIGERATION.THE INVENTION CONCERNS THE COOLING OF TANKS BY RADIAL AND CONCENTRIC RADIATORS 1 CONSTITUTED BY FINS 2 ARRANGED AROUND A CYCLINDER 3 OBSTRUCTED IN ITS CENTRAL PART BY A TORPEDO 6 FORCING ALL OF THE COOLING FLUID TO PASS THROUGH THE BLADES. THE DEVICE IS COMPLETED BY SOLID AND COATED ELEMENTS, IN CORK, DESTINED TO REDUCE THE VOLUME OF THE NECESSARY DIELECTRIC. THIS INVENTION IS MORE PARTICULARLY INTERESTED IN POWER TRANSFORMERS AND ANY HEATING OR REFRIGERATION INSTALLATION.

Description

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Actuellement, les cuves de transformateurs sont équipées de dispositifs pour refroidir le diélectrique liquide qu'elles contiennent et qui sert à véhiculer Currently, transformer tanks are equipped with devices for cooling the liquid dielectric they contain and which serves to convey

la chaleur dégagée par les bobinages sous tension. the heat released by the live coils.

Si pour les transformateurs de petite puissance de simples panneaux à ondes c'est-à-dire munis d'ailettes ou de quelques radiateurs plats accolés à la cu- ve suffisent, il en va differemment pour les transformateurs de puissance car If, for small power transformers, simple wave panels, that is to say fitted with fins or a few flat radiators contiguous to the basin, are enough, the situation is different for power transformers because

la dissipation calorifique augmente dans des proportions telles que les dispo- the heat dissipation increases to such an extent that the

sitifs actuels qui sont constitués par une multiplication des radiateurs plats current systems which consist of a multiplication of flat radiators

ne suffisent plus ou limitent rapidement les surpuissances possibles pour ab- are no longer sufficient or limit rapidly the possible over-powers to ab-

sorber les pointes que peut supporter le transformateur. De toute façon, la Sorb the spikes that can support the transformer. In any case, the

multiplication de ces radiateurs n'aboutit pas à une augmentation proportion- multiplication of these radiators does not result in a proportional increase

nelle de la dissipation car leur rendement unitaire frigorifique diminue avec leur nombre. Cela oblige à augmenter le volume du diélectrique pour avoir un dissipation because their cooling unit yield decreases with their number. This forces to increase the volume of the dielectric to have a

tampon thermique important mais cela augmente également le prix du transforma- important thermal buffer, but it also increases the price of

teur, les diélectriques modernes étant de plus en plus chers. modern dielectrics are becoming more expensive.

Tous les perfectionnements et les améliorations sur les radiateurs plats n'ont All improvements and improvements on flat radiators have not been

pas apporté de solution réelle.not brought any real solution.

Des ventilateurs aériens sont souvent adjoints mais ils ne travaillent pas Air fans are often attached but they do not work

dans des conditions optimales de rendement à cause de la conception des batte- under optimal conditions of performance because of the design of the bat-

ries de radiateurs. Un second type de procédé consiste à faire passer le dié- radiators. A second type of process involves passing the

lectrique à travers un radiateur du même genre que ceux utilisés pour les au- through a radiator of the same type as those used for

tomobiles avec des ventilateurs mais le risque d'obturation des canalisations tomobiles with fans but the risk of clogging the pipes

est grand, ce qui oblige à augmenter leur section et donc à réduire la capaci- is large, which makes it necessary to increase their section and thus reduce the

té par unité de volume du radiateur et le volume du diélectrique. each unit of radiator volume and the volume of the dielectric.

La présente invention évite ces difficultés et élargit considérablement le do- The present invention avoids these difficulties and considerably broadens the scope of

maine d'application actuel en obtenant une efficacité beaucoup plus importante du système de refroidissement, permettant une réduction sensible du volume du the current application, achieving a much greater efficiency of the cooling system, allowing a significant reduction in

diélectrique nécessaire.dielectric required.

Cette invention consiste à utiliser un panneau à ondes circulaires (fig.l; 1) This invention involves using a circular wave board (fig.l; 1)

constitué d'ailettes (2) disposées radialement autour d'un cylindre (3) cen- consisting of fins (2) arranged radially around a central cylinder (3)

tral. Nous n'insisterons pas sur le mode opératoire de fabrication de ces élé- tral. We will not dwell on the method of manufacturing these elements.

ments qui relève de techniques connues (pliage, soudure). which is based on known techniques (folding, welding).

Cet ensemble d'ailettes est prolongé par deux cylindres (4) soudés munis du This set of fins is extended by two cylinders (4) welded provided with the

dispositif de raccordement à la cuve tels que des brides (5). Dans ce cylin- connecting device to the tank such as flanges (5). In this cylinder

dre (3) délimité intérieurement par les ailettes (2), est disposÉeune torpille (6) ajustée et terminée par deux ogives (7). Cette torpille est d'une longueur inférieure aux ailettes de façon à ménager deux passages circulaires (8) en dre (3) delimited internally by the fins (2), is arrangedA torpedo (6) adjusted and terminated by two warheads (7). This torpedo is of shorter length than the fins so as to arrange two circular passages (8) in

communication avec chaque ailette. Ce dispositif oblige le fluide de refroidi- communication with each fin. This device forces the cooling fluid

ssement à passer obligatoirement par toutes les ailettes et cela uniformément (flèche pointillée, fig.2) puisque le dispositif est concentrique par rapport to pass necessarily by all the fins and that uniformly (dashed arrow, fig.2) since the device is concentric with respect

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à l'axe du cylindre central (3). On obtient ainsi une circulation forcée qui permet à toutes les ailettes d'avoir le même rendement maximum frigorifique la vitesse du fluide étant la même dans toutes les ailettes et la totalité de surface des ailettes étant en contact avec le fluide et l'air. (flèche blanche fig.l). Un tel dispositif sera généralement disposé verticalement. Pour augmenter encore ce rendement, il est possible de réaliser ce radiateur axial avec des matériaux à très grand pouvoir calorifique comme l'aluminium, l'augmentation de prix qui en résulte étant limitée au seul élément décrit ci-dessus. Ce' dispositif permet également l'utilisation de moyens mécaniques permettant la multiplication de la dissipation calorifique et cela avec de très faibles to the axis of the central cylinder (3). This gives a forced circulation that allows all the fins to have the same maximum refrigerant performance the fluid velocity being the same in all the fins and the entire surface of the fins being in contact with the fluid and air. (white arrow fig.l). Such a device will generally be arranged vertically. To further increase this efficiency, it is possible to realize this axial radiator with materials with a very high calorific value such as aluminum, the resulting price increase being limited to the single element described above. This device also allows the use of mechanical means allowing the multiplication of the heat dissipation and that with very low

puissances mises en jeu.powers involved.

Un premier moyen consiste à introduire le radiateur (1) dans une gaine (10) disposée autour des ailettes de façon à créer un conduit (11) à l'intérieur A first means is to introduce the radiator (1) into a sheath (10) arranged around the fins so as to create a conduit (11) inside.

duquel se trouve le radiateur. Un ventilateur (12) disposé à l'extrémité infé- which is the radiator. A fan (12) disposed at the lower end

rieure de ce conduit crééra un violent courant d'air à l'intérieur du conduit refroidissant énergiquement les ailettes et, par conductibilité, le fluide qui y circule. Le rendement d'un tel dipositif est maximum puisque la totalité de This duct will create a strong flow of air inside the duct which will vigorously cool the fins and, by conductivity, the fluid circulating there. The yield of such a device is maximum since the totality of

l'air propulsé par le ventilateur traverse le conduit et refroidit le disposi- the fan-propelled air passes through the duct and cools the device

tif. Une variante de ce dernier dispositif consiste à donner aux extrémités tif. A variant of this latter device consists in giving the ends

(13) des ailettes une forme générale en T pour que cette partie constitue di- (13) fins generally T-shaped so that this part is di-

rectement la 'gaine (10), augmentant d'autant la surface d'échange avec l'air the sheath (10), thereby increasing the exchange surface with the air

(fig. 4).(Fig 4).

Le second dispositif consiste à placer au-dessus du niveau du diélectrique(23) et entre le radiateur et la cuve (14) une pompe (15) qui imprimera au fluide une vitesse, accélérant sa circulation à l'intérieur du radiateur, augmentant grandement le volume qui traverse en un temps donné le radiateur et donc les échanges thermiques. On comprendra aisément qu'un tel dispositif permet des The second device is to place above the level of the dielectric (23) and between the radiator and the tank (14) a pump (15) which will print the fluid a speed, accelerating its circulation inside the radiator, greatly increasing the volume that passes through the radiator in a given time and therefore the heat exchange. It will be readily understood that such a device makes it possible to

rendements très supérieurs à ceux obtenus actuellement Il s'en suit que le vo- yields much higher than those obtained at the moment.

lume du diélectrique nécessaire peut être largement diminué puisque le volume traversant pour ce temps donné les radiateurs est augmenté et qu'un volume donné traversera beaucoup plus souvent les radiateurs que par convection comme actuellenent et qu'il sera plus énergiquement refroidi. Ces radiateurs seront d'une longueur déterminée pour des raisons de facilité de fabrication et de transport mais il est possible de les accoupler pour constituer une colonne de radiateurs de hauteur ou de capacité requise (fig.6). Cette possibilité offerte par la conception axiale des radiateurs permet une bien plus grande souplesse dans l'étude du dispositif de réfrigération nécessaire pour un The volume of the dielectric required can be greatly reduced since the volume through which the radiators are delivered is increased and a given volume will pass through the radiators much more frequently than convection as it is now and will be more vigorously cooled. These radiators will be of a specific length for reasons of ease of manufacture and transport but it is possible to couple them to form a column of radiators of height or capacity required (fig.6). This possibility offered by the axial design of the radiators allows a much greater flexibility in the study of the refrigeration device necessary for a

transformateur donné. la section du radiateur est de forme géométrique quel- given transformer. the radiator section is geometric in shape

conque, par exemple ronde (fig.l) ou carrée (fig.5). A l'extrémité de chaque ailette, on peut en écraser une partie (24) pour donner une forme oblique au conch, for example round (fig.l) or square (fig.5). At the end of each fin, one can crush a portion (24) to give an oblique shape to

flux du fluide de refroidissement, facilitant sa circulation par suppres- flow of the cooling fluid, facilitating its circulation by

sion des deux angles morts. Ces parties écrasées peuvent être pliées (fig. 3) pour faciliter le passage de l'air de refroidissement pulsé par le ventilateur, Un avantage essentiel du procédé, compte tenu de la possibilité d'augmenter considérablement la capacité de refroidissement, consiste à pouvoir utiliser two blind spots. These crushed parts can be folded (Fig. 3) to facilitate the passage of the pulsed cooling air through the fan, an essential advantage of the process, given the possibility of considerably increasing the cooling capacity, is to be able to use

le transformateur en surpuissance, par exemple au moment de pointes de consom- the transformer is over-powered, for example at the peak of consumption.

mation, puisque l'augmentation de dissipation calorifique pourra être absorbée par le système de refroidissement sans danger pour les bobinages normalement the increase in heat dissipation can be absorbed by the cooling system without any danger

refroidis.cooled.

On comprendra facilement l'incidence sur le prix d'un transformateur ainsi It will be easy to understand the impact on the price of a transformer as well

équipé pour une puissance donnée puisque l'on ne tient plus compte des puis- equipped for a given power since we no longer take into account the

sances instantanées qui peuvent dépasser de 25 à 30 pour cent la puissance no- instantaneous power which can exceed the maximum power by 25 to 30 per cent

minale mais d'une puissance moyenne. but of average power.

En équipant les cylindres (4 et 4a) de raccordement des radiateurs à la cuve de vannes, il est possible de monter ces éléments sur place après transport By equipping the cylinders (4 and 4a) connecting the radiators to the tank of valves, it is possible to mount these elements on site after transport

du transformateur mais surtout de pouvoir les retirer pour réparation ou chan- the transformer, but above all to be able to remove them for repair or

gement de capacité calorifique en heures creuses sans arrêter l'utilisation heating capacity in off-peak hours without stopping the use

du transformateur.of the transformer.

Il est évident que le dispositif décrit présente une souplesse exceptionnelle, ce qui permet de l'adapter très exactement aux conditions climatiques ou It is obvious that the device described has an exceptional flexibility, which makes it possible to adapt it very exactly to the climatic conditions or

d'utilisation ou même de le modifier sans arrêt du transformateur. Un dispo- of use or even modify it without stopping the transformer. A provision

sitif de commande automatique de ces vannes ainsi que des ventilateurs et de automatic control of these valves as well as fans and

la pompe permet une autorégulation de la température des bobinages. the pump allows a self-regulation of the temperature of the coils.

La torpille (6) obturant partiellement le cylindre (3) est remplie d'un maté- The torpedo (6) partially closing the cylinder (3) is filled with a material

riau étanche (9) au fluide tel que du liege (9), ce qui évite que la torpille ne soit remplie du fluide inutile puisque statique et donc non refroidi. Seuls les vides existant entre les morceaux de liège seront occupés par le fluide, la torpille n'étant volontairement pas étanche. Ce vide ne représente environ waterproof fluid (9) fluid such as cork (9), which prevents the torpedo is filled with unnecessary fluid since static and therefore uncooled. Only voids existing between the pieces of cork will be occupied by the fluid, the torpedo being deliberately not waterproof. This void represents approximately

que lO pour cent du volume total de la torpille. than 10 per cent of the total volume of the torpedo.

Les diélectriques liquides modernes utilisés comme réfrigérants sont chers qu'ils soient minéraux ou chimiques. De nombreuses tentatives pour réduire le volume laissé à ces diélectriques à l'intérieur de la cuve n'ont donné aucun résultat car il s'agissait de corps creux présentant le risque de se remplir, provoquant la baisse du niveau du diélectrique et la destruction rapide du transformateur. Modern liquid dielectrics used as refrigerants are expensive whether they are mineral or chemical. Many attempts to reduce the volume left to these dielectrics inside the tank gave no result because it was hollow bodies with the risk of filling, causing the drop in the dielectric level and the rapid destruction of the transformer.

La solution présentée consiste à utiliser un matériau vraiment étanche et com- The solution presented is to use a truly waterproof and

patible avec les diélectriques, résistant aux températures d'utilisation et d'un coût inférieur à celui du diélectrique remplacé. Le liège est un de ces It is dielectric-resistant, temperature-resistant, and lower in cost than the replaced dielectric. Cork is one of those

matériaux et, utilisé aggloméré à la vapeur, il se présente sous forme de vo- materials and, when used as a sintered material, it comes in the form of

lumes de formes diverses (16) (17), celles des moules o il a été aggloméré. lumines of various shapes (16) (17), those of the molds where it has been agglomerated.

Pour éviter qu'il ne se désagrège même partiellement et que des particules de liège ne viennent obturer certains canaux de refroidissement, il est revêtu d'une enveloppe (18). Cette enveloppe peut être constituée par un tissu fin, une gaine thermo-rétractable, un vernis ou un enduit projeté, toutes solutions connues. Cette enveloppe ne doit pas être étanche au diélectrique de façon à To prevent it from falling apart even partially and that cork particles do not close off some cooling channels, it is coated with an envelope (18). This envelope may be constituted by a thin fabric, a heat-shrinkable sheath, a varnish or a projected coating, all known solutions. This envelope must not be dielectric-tight so

permettre, lors du remplissage sous vide ou par gravité, que les vides demeu- allow, when filling under vacuum or by gravity, that the voids remain

rés entre les grains de liege au moment de son agglomération soient comblés par le diélectrique de façon à obtenir un corps saturé et donc ayant un volume between the cork grains at the time of agglomeration are filled by the dielectric so as to obtain a saturated body and therefore having a volume

stable et neutre. Le niveau du diélectrique dans la cuve est donc maintenu. stable and neutral. The level of the dielectric in the tank is maintained.

Ces éléments seront disposés entre les bobinages et la cuve. Comme ils sont massifs, ils ne sont pas bons conducteurs de chaleur, aussi, doit-on éviter qu'ils ne touchent cette cuve car ils, réduiraient considérablement la surface de cette cuve qui participe au refroidissement général. Pour cela, de petits These elements will be arranged between the windings and the tank. As they are massive, they are not good conductors of heat, also, one must avoid that they touch this tank because they, would considerably reduce the surface of this tank which participates in the general cooling. For this, small

bossages (19) seront régulièrement répartis sur les faces de ces éléments si- bosses (19) will be regularly distributed on the faces of these elements if-

tuées vers les parois de la cuve (20). Les ponts thermiques seront ainsi ré- killed towards the walls of the tank (20). The thermal bridges will thus be

duits au maximum. Des moyens de fixation connus tels que patte ou bride seront maximum. Known fastening means such as tab or flange will be

surmoulés au moment de l'agglomération ou du revêtement pour maintenir en pla- overmoulded at the time of agglomeration or coating to maintain

ce ces éléments qui, de très faible densité (de l'ordre de 0,18) se retrouve- these elements which, of very low density (of the order of 0.18) are found-

raient anarchiquement au sommet de la cuve. Cela est important car il sera anarchically at the top of the tank. This is important because it will be

donné à ces éléments des formes simples mais orientant la circulation du di- given these elements simple shapes but guiding the circulation of the di-

électrique vers les points à refroidir de façon à optimiser ce refroidissement. to the points to be cooled to optimize this cooling.

L'adoption de tels éléments est rendue possible par les possibilités d'augmen- The adoption of such elements is made possible by the possibilities of increasing

tation du pouvoir réfrigérant des radiateurs radiaux décrits plus haut car la réduction du volume du diélectrique (21) de refroidissement pour une capacité of the cooling capacity of the radial radiators described above because the reduction of the volume of the dielectric (21) of cooling for a capacitance

identique ne peut être obtenue que par une augmentation de rendement des ra- identical can only be achieved by increasing the efficiency of the

diateurs ou une plus grande vitesse de passage dans ces radiateurs, ce qui est diodes or a higher speed of passage in these radiators, which is

le cas pour la présente invention.the case for the present invention.

Claims

1.- Transformer tank cooled by natural ventilation or mechanical

characterized by the fact that the cooling is done by means of

radial and concentric diodes and that the capacity of the tank is reduced

by tight watertight elements.

2. Transformer tank according to claim 1, characterized by the fact

that the cooling of the dielectric is provided by radiators (1) constituting

staggered by a central cylinder (3) around which are arranged radially fins (2) communicating with the central cylinder by its two ends (8), the central portion being occupied by a torpedo (6) terminated by two warheads

in such a way that the dielectric flowing through the radiator passes completely

regularly and in each fin.

3.- Transformer tank according to claim 1 characterized in that the radiator is placed in a sheath (10) so as to constitute a conduit (11) through which a fan (12) pulses air at high speed , all of this air used to cool the fins of the radiator placed in

duct, the device being circular and concentric, a particular form

the T-cup can be given to these fins allowing them to replace the

sheath (10).

4. Transformer tank according to claim 1, characterized by the fact

that in the cylinder (4) preceding the fins and bringing from the tank the di-

electrical, is disposed a pump (15) for printing to this dielectric a higher speed to increase the heat exchange, the entire dielectric uniformly and integrally passing through the fins, the sense

dielectric flow being opposite to that of air.

5. Transformer tank according to claim 1 characterized by the fact

that to reduce the volume of the dielectric, constitutive elements

killed by a porous envelope (18) trapping a material (9) itself

such as agglomerated cork, elements fitted with the necessary fixing means

res and whose shape and position facilitate the circulation of the dielectric inside the tank to optimize its cooling function,

the porosity of the envelope permitting during the initial filling the impregna-

voids remaining between the cork particles at the moment of its

a particular case being constituted by the torpedo (6) occupying the part

central radiator and filled with the same material.

6. Transformer tank according to claim 1 characterized in that the two ends (24) of the fins of the radiator are crushed according to

an oblique or a curve to facilitate the flow of the dielectric in

two blind spots, the crushed portions for heat dissipation and which can be bent at an angle to facilitate the passage of

the air powered by the fan.

7.- transformer tank according to claim 1 characterized by the fact

that in order to obtain a specific height or cooling capacity, the

daters can be stacked end to end and made removable without stopping the transformer by placing in the conduit (4) leading to the tank and in the

receiver channel of the tank (42) two valves.