PL220883B1 - Set for thermal optimization in the current transmission power stations - Google Patents
Set for thermal optimization in the current transmission power stationsInfo
- Publication number
- PL220883B1 PL220883B1 PL397006A PL39700611A PL220883B1 PL 220883 B1 PL220883 B1 PL 220883B1 PL 397006 A PL397006 A PL 397006A PL 39700611 A PL39700611 A PL 39700611A PL 220883 B1 PL220883 B1 PL 220883B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electric cable
- power stations
- power transmission
- air
- power
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E10/722—
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest zestaw do termicznej optymalizacji przesyłu prądu w stacjach energetycznych, zwłaszcza w energetycznych stacjach wiatrowych.The subject of the invention is a set for thermal optimization of power transmission in power stations, especially in wind power stations.
Z powszechnej wiadomości wiadome jest, że podczas przepływu prądu przez kabel elektryczny, kabel ulega nagrzaniu. Zjawisko to jest tym silniejsze, im mniejsza jest średnica kabla przesyłowego, im grubsza jest izolacja tego kabla oraz im większy jest opór przesyłu. Nierzadko średnica wewnętrzna przewodnika w kablu przy jej stałej wielkości przyjmuje chwilowo znacznie więcej przepływającego ładunku niż dla zaprojektowanej dla kabla uśrednionej wielkości. Szczególnie przy załączaniu urządzenia elektrycznego, przy prądzie zbliżonym do wartości zwarcia lub na skutek złego doboru właściwości chemiczno-fizycznych użytego kabla w stosunku do jego warunków pracy.It is known from the common knowledge that as electricity flows through an electrical cable, the cable heats up. This phenomenon is the stronger, the smaller the diameter of the transmission cable, the thicker the insulation of this cable and the greater the transmission resistance. Often, the internal diameter of a conductor in a cable, at its constant size, temporarily absorbs much more of the flowing charge than for the average size designed for the cable. Especially when switching on an electrical device, at a current close to the short-circuit value or due to the wrong choice of chemical and physical properties of the cable used in relation to its operating conditions.
Wspomniana grubość izolacji, ale również materiał izolacyjny mają wpływ na możliwość odprowadzenia ciepła z tak nagrzewającego się kabla. Im większa grubość izolacji tym mniejsza możliwość oddania nadmiaru ciepła wytworzonego przez przepływający ładunek, podobnie z doborem składu chemicznego izolacji użytej w kablu. Najczęściej, im lepsze właściwości izolacyjne dla elektryczności tym mniejsza przepuszczalność ciepła, tym bardziej, że częstokroć ta pierwsza właściwość jest w pewnych zastosowaniach ważniejsza. Wiadome jest także, że moc wydzielającego się ciepła jest wprost proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu w iloczynie z oporem przewodnika, którym prąd przepływa, a ciepło to powoduje wzrost temperatury i nagrzanie się przewodu.The mentioned thickness of the insulation, as well as the insulation material, affect the possibility of heat dissipation from the heating cable. The greater the thickness of the insulation, the lower the possibility of giving up the excess heat generated by the flowing charge, similarly with the selection of the chemical composition of the insulation used in the cable. Most often, the better the insulating properties for electricity, the lower the heat transmittance, the more that the former is often more important in some applications. It is also known that the power of the generated heat is directly proportional to the square of the current in the product of the resistance of the conductor through which the current flows, and this heat causes the temperature to rise and the conductor to heat up.
Temperatura ta nie powinna jednak przekroczyć pewnej określonej temperatury dopuszczalnej, powyżej której występują niekorzystne i nieodwracalne zjawiska, np. nadmierne mięknienie i deformacja materiału izolacji, przemieszczanie się żyły wewnątrz izolacji, a w wyższej temperaturze - degradacja (zniszczenie) izolacji. Zjawiska te, często niezauważone, mogą trwać lub powtarzać się przez dłuższy czas, wpływając stopniowo na obniżanie trwałości przewodu i utratę jego niezawodności.This temperature should not, however, exceed a certain permissible temperature, above which unfavorable and irreversible phenomena occur, e.g. excessive softening and deformation of the insulation material, movement of the core inside the insulation, and at a higher temperature - degradation (destruction) of the insulation. These phenomena, often unnoticed, may persist or recur for a long time, gradually reducing the life of the cable and loss of its reliability.
Nagrzewanie się kabla elektrycznego jest więc najbardziej niekorzystną właściwością związaną z przesyłem prądu elektrycznego.The heating of the electric cable is therefore the most unfavorable property related to the transmission of electric current.
Stąd znane są z szeregu zgłoszeń patentowych konstrukcje pozwalające na obniżenie temperatury kabla elektrycznego.Hence, constructions allowing for lowering the temperature of an electric cable are known from a number of patent applications.
Z wynalazku PL 162531 znany jest kabel posiadający tor prądowy w postaci linek przylegających do wewnętrznej powierzchni węża, przez który przepływa woda. Linki ułożone są wzdłuż kabla po spirali. W osi węża umieszczona jest spirala z niemagnetycznego drutu sprężystego, zapobiegaj ąca przesuwaniu się linek. Kabel ma w izolacji na końcach otwór, którym wąż z krążącą wodą jako chłodziwem omijając ułożone linki kątowo wydostaje się na zewnątrz kabla.From the invention PL 162531 a cable is known having a current path in the form of lines adjacent to the inner surface of the hose through which the water flows. The lines are arranged in a spiral along the cable. A spiral made of non-magnetic elastic wire is placed in the hose axis, preventing the lines from moving. The cable has a hole in its ends, through which the hose with circulating water as a coolant, bypassing the lines arranged angularly, goes out to the outside of the cable.
Z wynalazku PL178235 oraz prawie identycznego wynalazku PL176352 znany jest kabel prądowy chłodzony wodą. Kabel posiada tor przewodzący, który stanowią miedziane linki umieszczone w gumowym wężu, przez który przepływa woda i w osi którego umieszczona jest spirala. Na linkach nasunięte są odcinki perforowanych rur z tworzywa sztucznego, przy czym odległości pomiędzy odcinkami rur na tej samej lince wynoszą 0,9 długości odcinka rury, a na sąsiednich linkach odcinki rur rozmieszczone są naprzemiennie. Rury pozwalają na swobodne krążenie medium chłodzącego i jego wymianę pomiędzy sąsiadującymi kablami. Naturalnie izolują także przewody między sobą.From the invention PL178235 and the almost identical invention PL176352, a water-cooled current cable is known. The cable has a conductive path, which consists of copper lines placed in a rubber hose through which water flows and in the axis of which a spiral is placed. Sections of perforated plastic pipes are slid over the cables, the distances between the pipe sections on the same string amount to 0.9 of the pipe section length, and the pipe sections are arranged alternately on the adjacent cables. The pipes allow for free circulation of the cooling medium and its exchange between adjacent cables. They also naturally insulate the wires from one another.
W obu przypadkach spirala zarówno usztywnia kabel, jak i zapobiega przesuwaniu się linek.In both cases, the helix both stiffens the cable and prevents the cables from moving.
Chłodzenie wodą jest jednak mimo dobrego odprowadzenia ciepła niekorzystne. Jedną z wad chłodzenia wodnego, jest jego tendencja do porastania drobnoustrojami rozwijającymi się w ciepłej wodzie. Dodaje się więc do wody pestycydy. Innym problemem chłodzenia wodnego jest korozja, prowadząca do uszkadzania i rozszczelniania się całego systemu przesyłowego. Problem ten co prawda rozwiązuje się poprzez dodawanie do wody płynów antykorozyjnych, jednak zważywszy na szczególny przypadek zastosowania kabli w generatorach wysoko prądowych prowadzić może do zwarcia i nieodwracalnego zniszczenia elementów kosztowo znaczących w systemie. Ponadto muszą być stosowane zbiorniki wyrównawcze, gdyż nieszczelność oraz zjawisko parowania uszczupla zasoby chłodziwa. Przy zasadniczo bezobsługowej pracy energetycznych stacji wiatrowych jest to zjawisko szczególnie niekorzystne. Dodatkową wadą zastosowania wody jest ograniczona gabarytami instalacji dostępność objętość czynnika chłodzącego o pożądanych parametrach, z którego odebraną od kabla energię cieplną należy dodatkowo odprowadzić do otoczenia w określonym czasie.Water cooling is, however, disadvantageous despite good heat dissipation. One of the disadvantages of water cooling is its tendency to become fouled with microorganisms that develop in warm water. So pesticides are added to the water. Another problem with water cooling is corrosion, which damages and unseals the entire transmission system. Although this problem is solved by adding anti-corrosion fluids to the water, however, taking into account the special case of using cables in high-current generators, it can lead to a short circuit and irreversible damage to costly components in the system. In addition, expansion tanks must be used, as leakage and evaporation depletes the coolant resource. This is a particularly disadvantageous phenomenon in the case of essentially maintenance-free operation of wind power stations. An additional disadvantage of using water is the availability of the volume of the cooling medium with the desired parameters, limited by the size of the installation, from which the heat energy received from the cable should be additionally discharged to the environment at a certain time.
Z wynalazku PL205350 znane jest rozwiązanie dotyczące elektrowni wiatrowej, zwłaszcza posiadającej urządzenie do usuwania wilgoci z medium gazowego poprzez jego schładzanie w zasadniczo zamkniętej przestrzeni wewnątrz elektrowni wiatrowej. Wynalazek utrzymuje prawidłowe działaniaFrom the invention PL205350 there is known a solution relating to a wind farm, especially having a device for removing moisture from a gaseous medium by cooling it in a substantially closed space inside the wind farm. The invention keeps working properly
PL 220 883 B1 urządzenia, by umożliwić eksploatację zasadniczo niewymagającą konserwacji. Cel ten osiągnięto przez elektrownię wiatrową zawierającą słup i maszynownię umieszczoną przy wierzchołku słupa, z generatorem, ewentualnie z transformatorem i prostownikiem dołączonym do transformatora, przy czym w pobliżu generatora lub transformatora i/lub prostownika i/lub w obszarze podstawy słupa elektrowni wiatrowej umieszczone jest urządzenie do usuwania wilgoci z powietrza poprzez jego schładzanie. Urządzenie ma pierwszy element powierzchniowy i urządzenie chłodzące dołączone do niego w celu chłodzenia pierwszego elementu powierzchniowego do temperatury poniżej temperatury powietrza w pobliżu generatora lub transformatora i/lub prostownika i/lub w obszarze podstawy wieży. Elektrownia może zawierać pierwszy czujnik do mierzenia wartości temperatury pierwszego elementu powierzchniowego i drugi czujnik do mierzenia wartości temperatury otoczenia, oraz urządzenie sterujące do przetwarzania zmierzonych temperatur i regulacji temperatury pierwszego elementu powierzchniowego przez zmienianie wydajności chłodzenia urządzenia chłodzącego. Urządzenie sterujące jest połączone z wyjściem pierwszego czujnika i drugiego czujnika i utrzymujące temperaturę pierwszego elementu powierzchniowego o określoną wartość niższą niż temperatura otoczenia i/lub nie przewyższającą zadanej wartości temperatury.In order to enable a substantially maintenance-free operation. This objective has been achieved by a wind power plant comprising a pole and an engine room located at the top of the pole, with a generator, possibly with a transformer and a rectifier connected to the transformer, whereby a device is located near the generator or transformer and / or rectifier and / or in the area of the base of the wind turbine tower. to remove moisture from the air by cooling it. The device has a first surface element and a cooling device connected thereto to cool the first surface element to a temperature below air temperature in the vicinity of the generator or transformer and / or rectifier and / or in the base area of the tower. The power plant may include a first sensor for measuring the temperature of the first surface element and a second sensor for measuring the ambient temperature, and a control device for processing the measured temperatures and regulating the temperature of the first surface element by varying the cooling capacity of the cooling device. The control device is connected to the output of the first sensor and the second sensor and keeps the temperature of the first surface element a predetermined value lower than the ambient temperature and / or not exceeding the set temperature value.
Rozwiązania pokazane w uprzednio opisanych znanych wynalazkach można i należy po dostosowaniu i połączeniu najkorzystniejszych cech wdrożyć do energetycznej stacji wiatrowej, aby możliwa była bezpieczna i długotrwała bezobsługowa praca przy jednoczesnym lepszym wykorzystaniu przesyłu wyprodukowanego prądu, tzn. przy zminimalizowaniu strat, jakie mają miejsce podczas zamiany przesyłanego kablami prądu w propagowane ciepło z powodu tegoż właśnie przesyłu. Optymalizacja jest tym bardziej zasadną że przepływ prądu w bezpośredniej bliskości generatora prądu jest znaczący, a warunki jego przesyłu w zamkniętej i pozbawionej możliwości odprowadzenia ciepła energetycznej stacji wiatrowej są ciężkie od strony termicznej, szczególnie latem, gdzie z powodu przegrzania może nastąpić przeciążenie lub zwarcie i mogą zadziałać systemy zabezpieczeń lub wyłączniki samoczynnie odcinające przepływ prądu.The solutions shown in the previously described known inventions can and should be implemented, after adapting and combining the best features, to an energy wind station, so that safe and long-term maintenance-free operation is possible with a simultaneous better use of the transmission of the produced electricity, i.e. minimizing the losses that take place during the conversion of the transmitted electricity. current cables into propagated heat because of this very transmission. The optimization is all the more justified as the current flow in the immediate vicinity of the power generator is significant, and the conditions of its transmission in a closed and heat-dissipating wind station are difficult on the thermal side, especially in summer, where overheating may lead to an overload or a short circuit and may safety systems or circuit breakers tripped.
Wynalazek wykorzystuje zjawisko konwekcji, czyli naturalnego unoszenia ciepła do otoczenia, zjawisko odbierania i unoszenia ciepła przez przepływające strugi powietrze, oraz zjawisko promieniowanie do otoczenia.The invention uses the phenomenon of convection, i.e. the natural rise of heat to the environment, the phenomenon of receiving and lifting heat by the flowing air streams, and the phenomenon of radiation to the environment.
Rozwiązanie według wynalazku wykorzystuje również zjawisko ciągu kominowego, które w energetycznych stacjach wiatrowych osadzonych na znacznej wysokości słupie można zastosować. Ciąg kominowy spowodowany jest szczególnie letnią różnicą gęstości zimnego powietrza występującego wewnątrz umieszczonej w podziemiu podstawy słupa będącego kominem w stosunku do gorącego powietrza góry słupa, który odbiera unoszące się konwekcją ciepłe powietrze z całej energetycznej stacji wiatrowej i dodatkowo nagrzewa się. Nagrzewanie wynika także z tarcia turbiny wiatrowej oraz przepływu prądu w instalacjach, co z kolei nie jest już zupełnie związane z porą roku. Różnica temperatur tworzy podciśnienie wskutek czego następuje przepływ w stronę od dołu do góry.The solution according to the invention also uses the phenomenon of a chimney draft, which can be used in power wind stations located at a significant height of the pole. The chimney draft is caused especially by the summer difference in the density of cold air inside the base of the column located in the basement, which is the chimney, in relation to the hot air at the top of the column, which receives convectionally warm air from the entire energy wind station and heats up additionally. Heating also results from the friction of the wind turbine and the flow of electricity in the installations, which in turn is not completely related to the season of the year. The temperature difference creates an underpressure and flows from the bottom to the top.
Rozwiązanie według wynalazku opiera się także na znanych i uprzednio wyznaczonych wielkościach współczynnikowych dotyczących obciążalności długotrwałej. Dla ilości wydzielającego się ciepła nie powodującego degradacji izolacji i zmiany jej własności następuje równowaga cieplna oznaczająca, że ilość ciepła wydzielanego w żyle kabla elektrycznego jest równa ilości ciepła oddawanego przez nią do otoczenia. Wartość prądu w stanie równowagi cieplnej, kiedy żyły osiągają temperaturę dopuszczalną, nazywana jest obciążalnością długotrwałą.The solution according to the invention is also based on known and predetermined long-term load coefficients. For the amount of heat released that does not degrade the insulation and changes its properties, there is a thermal equilibrium, meaning that the amount of heat released in the conductor of the electric cable is equal to the amount of heat emitted by it to the environment. The value of the current in the state of thermal equilibrium, when the conductors reach the permissible temperature, is called the long-term load capacity.
Obciążalność jest tym większa im większa jest powierzchnia przekroju poprzecznego żyły kabla elektrycznego, im materiał izolacyjny kabla elektrycznego jest bardziej odporny na mięknienie i deformację oraz większe jest jego przewodnictwo cieplne, im niższa jest temperatura otoczenia i temperatura dopuszczalna, natomiast jest tym niższa, im większa jest grubość powłoki izolacyjnej kabla elektrycznego oraz im wyższa jest liczba żył w wiązce kabla elektrycznego.The load capacity is the greater, the greater the cross-sectional area of the electric cable core, the more resistant to softening and deformation of the electrical cable, and the greater its thermal conductivity, the lower the ambient temperature and the allowable temperature, and the lower the higher the temperature is. the thickness of the electric cable's insulation shell and the higher the number of wires in the electric cable bundle.
Na potrzeby wynalazku wartości obciążalności prądowych przewodów i kabli, w tym kabli jednożyłowych zostały przyjęte jako znane w oparciu o publikację Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej nr IEC 92 352.For the purposes of the invention, the values of the current carrying capacity of wires and cables, including single-core cables, have been adopted as known on the basis of the publication of the International Electrotechnical Commission No. IEC 92 352.
Podobnie z praw fizyki przyjęto jako znaną, właściwość gromadzenia ciepła przez materiał żyły przewodu elektrycznego w zależności od temperatury i uznano, że najlepszym na potrzeby wynalazku jest miedź.Similarly, it has been taken as known from the laws of physics that the material of the conductor conductor accumulates heat as a function of temperature, and it has been found that copper is the best for the purposes of the invention.
Na potrzeby wynalazku przyjęto także opublikowane na internetowej stronie firmy Technokabel spadki napięć dla obciążonych pojedynczych żył miedzianych.For the purposes of the invention, the voltage drops for the loaded single copper conductors, published on the Technokabel website, were also adopted.
PL 220 883 B1PL 220 883 B1
Na potrzeby wynalazku uznano za znane współczynniki poprawkowe dla różnych temp. otoczenia i różnych rodzajów izolacji kabli oraz przewodów opublikowane na podstawie IEC 92 352. (rys. 3).For the purposes of the invention, known correction factors for various ambient temperatures and different types of insulation of cables and wires, published on the basis of IEC 92 352, were considered (Fig. 3).
Celem rozwiązania według wynalazku jest bezpieczna i długotrwała bezobsługowa praca przy jednoczesnym lepszym wykorzystaniu przesyłu wyprodukowanego prądu, tzn. zapewnienie optymalnych warunków poprzez zminimalizowanie spadku napięcia na drodze od generatora do transformatora średniego napięcia SN i jednoczesne zapewnienie znacząco niższej temperatury pracy od temperatury dopuszczalnej dla żyły kabla elektrycznego, czyli obniżenie strat przesyłowych na skutek nagrzewania się kabla elektrycznego.The aim of the solution according to the invention is safe and long-term maintenance-free operation while making better use of the transmission of the generated current, i.e. ensuring optimal conditions by minimizing the voltage drop on the way from the generator to the medium voltage transformer, and at the same time ensuring a significantly lower operating temperature than the temperature allowed for the conductor of the electric cable. , i.e. reduction of transmission losses due to heating of the electric cable.
Zestaw do termicznej optymalizacji przesyłu prądu w stacjach energetycznych szczególnie wiatrowych, zawiera wieżę i maszynownię z turbiną i generatorem umieszczoną przy wierzchołku wieży, transformator, prostownik dołączony do generatora, falownik dołączony do transformatora i korzystnie urządzenie chłodzące w pobliżu generatora i/lub transformatora i/lub prostownika i/lub w obszarze podstawy wieży oraz zawiera czujnik do mierzenia wartości temperatury elementu zestawu, czujnik do mierzenia wartości temperatury otoczenia i urządzenie sterujące do przetwarzania zmierzonych temperatur. Zestaw charakteryzuje się tym, że opomiarowanym elementem zestawu jest kabel elektryczny o powierzchni przekroju S i promieniu zewnętrznym „R” z osiowo umieszczoną jednorodną przewodzącą żyłą wyposażoną w izolację zewnętrzną, gdzie środek żyły jest osiowo pusty w środku przybierając kształt rury wypełnionej powietrzem. Promień pustki jest równy „r”. Urządzenie sterujące jest połączone z czujnikami i z elementem wymuszającym obieg powietrza wewnątrz żyły, który połączony jest z przelotowym króćcem dowolnej z dwóch konektorowych głowic kablowych, a połączenie korzystnie posiada obszar do swobodnego nie mechanicznego zassania powietrza. Kabel elektryczny z żyłą pustą w środku umieszczony jest co najmniej pomiędzy prostownikiem a falownikiem, przy czym co najmniej w obszarze odpływu powietrza znajduje się w stacji energetycznej otwór wentylacyjny. Zestaw posiada co najmniej jeden dodatkowy miernik parametrów przesyłanego prądu, przelotowy króciec wykonany jest z izolatora, a temperatura kabla elektrycznego jest niższa od jego temperatury granicznej. Izolacja zewnętrzna korzystnie wykonana jest z polichlorku winylu lub polichlorku winylu ciepłoodpornego lub gumy butylowej lub gumy propylenowo-etylenowej lub polietylenu usieciowanego lub gumy silikonowej lub polietylenu lub kauczuku. Czujnik do mierzenia temperatury kabla e lektrycznego może mieć kilka miejsc pomiarowych rozłożonych na całej długości kabla, z czego korzystnie jeden w obszarze odpływu powietrza. Z kolei czujnik do mierzenia wartości temperatury otoczenia może mieć kilka miejsc pomiarowych rozłożonych na całej długości kabla, przy czym uśrednia się wartość tego pomiaru. Elementem wymuszającym obieg powietrza może być wentylator lub pompa powietrza lub tłok mechaniczny. Powietrze może być tłoczone, przy czym element wymuszający obieg powietrza znajduje się wtedy w dolnej strefie kabla elektrycznego, korzystnie przy podstawie wieży lub powietrze może być zasysane, przy czym element wymuszający obieg powietrza znajduje się wtedy w górnej strefie kabla elektrycznego, korzystnie przy wierzchołku wieży. Element wymuszający obieg powietrza korzystnie ma płynną regulację lub ma dyskretną regulację o kilku poziomach. Element wymuszający obieg powietrza może być nasadzony na zewnętrzną powierzchnię kabla elektrycznego o promieniu ‘R' lub może być osadzony w pustce o promieniu „r”. Element wymuszający obieg powietrza może być połączony rozłącznie zatrzaskowo lub śrubowo. Kabel elektryczny z żyłą pustą w środku umieszczony może być dodatkowo pomiędzy dowolnymi z pozostałych elementów stacji energetycznej, przy czym króćce wlotowe następnego kabla elektrycznego są połączone z króćcami wylotowymi poprzedzającego kabla. Dowolny z dodatkowych mierników parametrów przesyłanego prądu umieszczony może być szeregowo lub równolegle w zależności od rodzaju pomiaru, przy czym korzystnie co najmniej jeden z nich jest woltomierzem i jeden amperomierzem. Temperatura kabla elektrycznego jest korzystnie co najmniej kilkanaście procent niższa od temperatury krytycznej, korzystnie kilkadziesiąt procent niższa, a promień ‘r' jest co najwyżej 6 razy mniejszy niż promień „R”, korzystnie 2 razy niniejszy. Urządzenie sterujące sterowane może być komputerowo lub miejscowo, korzystnie za pomocą falownika, korzystnie zdalnie, a zdalne sterowanie korzystnie jest wykonywane siecią komputerową, korzystnie Internetem.Set for thermal optimization of power transmission in power stations, especially wind power stations, includes a tower and engine room with a turbine and generator located at the top of the tower, a transformer, a rectifier connected to the generator, an inverter connected to the transformer and preferably a cooling device near the generator and / or transformer and / or of the rectifier and / or in the area of the base of the tower, and includes a sensor for measuring the temperature of the component of the assembly, a sensor for measuring the ambient temperature, and a controller for processing the measured temperatures. The set is characterized in that the measured element of the set is an electric cable with a cross-sectional area S and an outer radius "R" with an axially arranged homogeneous conductive wire provided with external insulation, where the center of the wire is axially hollow in the center taking the shape of a tube filled with air. The void radius is equal to "r". The control device is connected to the sensors and to a means for circulating air inside the conductor which is connected to a through stub of either of the two connector cable heads, and the connection preferably has an area for free non-mechanical air suction. The hollow conductor electric cable is at least placed between the rectifier and the inverter, and at least in the area of the air discharge there is a ventilation opening in the power station. The set has at least one additional meter of the parameters of the transmitted current, the straight-through spigot is made of an insulator, and the temperature of the electric cable is lower than its limit temperature. The outer insulation is preferably made of polyvinyl chloride or polyvinyl chloride or heat-resistant polyvinyl chloride or butyl rubber or propylene ethylene rubber or cross-linked polyethylene or silicone rubber or polyethylene or rubber. The sensor for measuring the temperature of the electric cable can have several measuring points distributed over the entire length of the cable, preferably one in the area of the air discharge. In turn, the sensor for measuring the value of the ambient temperature may have several measuring points distributed over the entire length of the cable, and the value of this measurement is averaged. The element forcing the air circulation can be a fan or an air pump or a mechanical piston. Air can be pumped, with the circulating element being then in the lower zone of the electric cable, preferably at the base of the tower, or air can be sucked in, with the circulating element being then located in the upper zone of the electric cable, preferably at the top of the tower. The circulating air element is preferably continuously adjustable or has a discrete regulation with several levels. The element forcing the air circulation can be placed on the outer surface of the electric cable with radius "R" or it can be embedded in the void with radius "r". The element forcing the air circulation can be detachably connected in a snap or screw connection. An electric cable with a hollow core may additionally be placed between any of the remaining elements of the power station, with the inlet sockets of the next electric cable connected with the outlet sockets of the preceding cable. Any of the additional transmitting current parameter meters may be placed in series or in parallel depending on the type of measurement, preferably at least one of them is a voltmeter and one ammeter. The temperature of the electric cable is preferably at least several percent lower than the critical temperature, preferably several tens of percent lower, and the radius 'r' is at most 6 times smaller than the radius "R", preferably 2 times smaller. The control device can be computer or locally controlled, preferably by means of an inverter, preferably remotely, and remote control is preferably performed by a computer network, preferably the Internet.
Zaletą niepodważalną wynalazku jest fakt, że w przypadku zastosowania powietrza jako czynnika chłodzącego dostępność objętości czynnika o pożądanych parametrach jest niemalże nieograniczona a zależy jedynie od temperatury zewnętrznej otoczenia.The unquestionable advantage of the invention is the fact that when air is used as a cooling medium, the availability of the volume of the medium with the desired parameters is almost unlimited and depends only on the ambient temperature.
Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny przez kabel elektryczny z pustką w środku, fig. 2 przedstawia zestaw do termicznejThe solution according to the invention is shown in the drawing, in which fig. 1 shows a cross-section through an electric cable with a hollow inside, fig. 2 shows a set for thermal
PL 220 883 B1 optymalizacji przesyłu prądu, a fig. 3 przedstawia schematyczny zarys stacji energetycznej wiatrowej z zestawem do termicznej optymalizacji przesyłu prądu.3 is a schematic outline of a wind power station with a thermal power transmission optimization kit.
Zestaw do termicznej optymalizacji przesyłu prądu w stacjach energetycznych szczególnie wiatrowych przedstawiony jest w przykładzie wykonania. Zestaw zawiera wieżę 1 i maszynownię 2 z turbiną 4 i generatorem 3 umieszczoną przy wierzchołku 9 wieży 1, transformator 5, prostownik 6 dołączony do generatora 3, falownik 7 dołączony do transformatora 5 i jedno urządzenie chłodzące 8 w pobliżu transformatora w obszarze podstawy 10 wieży 1 oraz zawiera czujnik 11 z jednym miejscem pomiarowym do mierzenia wartości temperatury elementu zestawu, czujnik 12 z trzema miejscami pomiarowymi do mierzenia wartości temperatury otoczenia i urządzenie sterujące 13 do przetwarzania zmierzonych temperatur. Opomiarowanym elementem zestawu jest kabel elektryczny 14 o powierzchni przekroju S i promieniu zewnętrznym „R” z osiowo umieszczoną jednorodną przewodzącą żyłą 15 wyposażoną w izolację zewnętrzną 16, gdzie środek żyły 15 jest osiowo pusty w środku przybierając kształt rury wypełnionej powietrzem 18. Promień pustki jest równy „r”. Urządzenie sterujące 13 jest połączone z czujnikami 11, 12 i z elementem 17 wymuszającym obieg powietrza 18 wewnątrz żyły 15, który połączony jest z przelotowym króćcem 19 dolnego konektora głowicy kablowej 20, a połączenie posiada obszar 21 do swobodnego nie mechanicznego zassania powietrza 18. Kabel elektryczny 14 z żyłą 15 pustą w środku umieszczony jest pomiędzy prostownikiem 6 a falownikiem 7, przy czym w obszarze dopływu i odpływu powietrza 18 znajduje się w stacji energetycznej otwór wentylacyjny 22. Zestaw posiada dwa dodatkowe mierniki 23 parametrów przesyłanego prądu, przelotowy króciec 19 wykonany jest z izolatora, a temperatura kabla elektrycznego 14 jest niższa od jego temperatury granicznej o 17%. Izolacja zewnętrzna 16 wykonana jest z gumy propylenowo-etylenowej. Elementem 17 wymuszającym obieg powietrza 18 jest wentylator 17a. Powietrze 18 jest tłoczone, przy czym element 17 wymuszający obieg powietrza 18 znajduje się w dolnej strefie kabla elektrycznego 14 przy podstawie 10 wieży 1. Element 17 wymuszający obieg powietrza 18 ma płynną regulację. Element 17 wymuszający obieg powietrza 18 jest osadzony w pustce o promieniu „r”. Element 17 wymuszający obieg powietrza 18 jest połączony rozłącznie zatrzasko wo. Są dwa dodatkowe mierniki 23 parametrów przesyłanego prądu umieszczony jeden szeregowo i jeden równolegle, przy czym równolegle woltomierz 23' a szeregowo amperomierz 23''. Promień „r” jest 2,5 razy mniejszy niż promień „R”. Urządzenie sterujące 13 sterowane jest komputerowo za pomocą falownika i korzystnie zdalnie, a zdalne sterowanie jest wykonywane siecią komputerową.The set for thermal optimization of power transmission in power stations, especially wind farms, is presented in the example. The kit includes a tower 1 and an engine room 2 with a turbine 4 and a generator 3 located at the top 9 of tower 1, a transformer 5, a rectifier 6 connected to the generator 3, an inverter 7 connected to the transformer 5 and one cooling device 8 near the transformer in the base area 10 of tower 1 and comprises a sensor 11 with one measurement location for measuring the temperature value of an element of the assembly, a sensor 12 with three measurement locations for measuring the ambient temperature value, and a control device 13 for processing the measured temperatures. The measured element of the set is an electric cable 14 with a cross-sectional area S and an outer radius "R" with an axially arranged homogeneous conductor 15 provided with external insulation 16, where the center of the conductor 15 is axially hollow taking the shape of a pipe filled with air 18. The radius of the void is equal to "R". The control device 13 is connected to the sensors 11, 12 and to the element 17 forcing air 18 inside the conductor 15, which is connected to the through connector 19 of the lower connector of the cable head 20, and the connection has an area 21 for free, non-mechanical air suction 18. Electrical cable 14 with a hollow conductor 15 is placed between the rectifier 6 and the inverter 7, while in the area of air inlet and outlet 18 there is a ventilation hole 22 in the power station. The set has two additional meters 23 of the parameters of the transmitted current, the through-socket 19 is made of an insulator and the temperature of the electric cable 14 is 17% below its limit temperature. The outer insulation 16 is made of propylene-ethylene rubber. The element 17 forcing the air circulation 18 is a fan 17a. Air 18 is forced through, with the circulating air element 17 located in the lower zone of the electric cable 14 at the base 10 of the tower 1. The circulating air element 17 is continuously adjustable. The circulating air element 17 is seated in the void with radius "r". The air forcing element 17 is releasably connected in a latch. There are two additional meters 23 of transmitted current parameters, one in series and one in parallel, with the voltmeter 23 'in parallel and the ammeter 23' 'in series. The "r" radius is 2.5 times smaller than the "R" radius. The control device 13 is computer controlled by means of an inverter and preferably remotely, and remote control is performed by a computer network.
Wynalazek działa w następujący sposób: urządzenie sterujące 13 zbiera informacje z czujników 11 i 12 oraz z dodatkowych mierników 23' i 23”, a następnie na podstawie znanych parametrów użytych materiałów oraz powierzchni S żyły 15 kabla elektrycznego 14, decyduje po obliczeniach, w których używane są odpowiednie współczynniki z zamieszczonych tabel stanu techniki, czy uruchomić element 17 wymuszający obieg powietrza 18, aby temperatura żyły 15, a co za tym idzie i całego kabla elektrycznego obniżyła temperaturę do temperatury znacząco niższej od temperatury granicznej. Pomiary dokonywane są na bieżąco i w czasie rzeczywistym wykonywane są obliczenia. Dodatkowo mierzony jest spadek napięcia, który również może mieć wpływ na decyzję urządzenia sterującego 13. W okresie zimowym przy znacznie niższych temperaturach otoczenia uruchamianie elementu 17 może następować sporadycznie lub wcale, gdyż wystarcza zwykłe zjawisko konwekcji powietrza 18 i promieniowania kabla elektrycznego 14 z żyłą 15 dzięki obszarowi 21.The invention works as follows: the control device 13 collects information from sensors 11 and 12 and from additional meters 23 'and 23 ", and then, on the basis of the known parameters of the materials used and the surface area of the wire 15 of the electric cable 14, it decides after the calculation which used are the appropriate coefficients from the provided tables of the prior art whether to activate the element 17 forcing the air circulation 18 so that the temperature of the conductor 15, and hence the entire electric cable, lowers the temperature to a temperature significantly below the limit temperature. Measurements are made on an ongoing basis and calculations are performed in real time. In addition, the voltage drop is measured, which can also influence the decision of the control device 13. In winter, at much lower ambient temperatures, the actuation of the element 17 may take place sporadically or not at all, because the usual phenomenon of air convection 18 and radiation of the electric cable 14 with the conductor 15 is sufficient. area 21.
Korzystnym w wynalazku jest także możliwość jego działania dzięki konstrukcji bez szkody na przepływ ładunku elektrycznego w żyle 15, ponieważ wykorzystane jest zjawisko naskórkowości polegające na koncentrowaniu się przepływającego ładunku przy największej obwiedni żyły 15 z pozostawieniem pustki w osi żyły 15 kabla elektrycznego 14.The possibility of its operation is also advantageous in the invention thanks to its design without damaging the flow of electric charge in the conductor 15, because the skin effect is used, consisting in concentrating the flowing charge at the largest envelope of the conductor 15, leaving a void in the axis of the conductor 15 of the electric cable 14.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397006A PL220883B1 (en) | 2011-11-17 | 2011-11-17 | Set for thermal optimization in the current transmission power stations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL397006A PL220883B1 (en) | 2011-11-17 | 2011-11-17 | Set for thermal optimization in the current transmission power stations |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL397006A1 PL397006A1 (en) | 2013-05-27 |
| PL220883B1 true PL220883B1 (en) | 2016-01-29 |
Family
ID=48522688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL397006A PL220883B1 (en) | 2011-11-17 | 2011-11-17 | Set for thermal optimization in the current transmission power stations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL220883B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023019539A1 (en) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | General Electric Renovables Espana, S.L. | Method and system for thermal management of power conductor members in a wind turbine structure |
-
2011
- 2011-11-17 PL PL397006A patent/PL220883B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023019539A1 (en) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | General Electric Renovables Espana, S.L. | Method and system for thermal management of power conductor members in a wind turbine structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL397006A1 (en) | 2013-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Susa et al. | Dynamic thermal modeling of distribution transformers | |
| BRPI0611565B1 (en) | HEAT TRANSPORT ARRANGEMENT USED TO THERMICALLY INSULATED ONE OR SEVERAL ELEMENTS, ARRANGEMENT FOR COOLING OF ONE OR VARIOUS ELEMENTS, METHOD FOR NEUTRALIZING OR ELIMINATING TEMPERATURE STRATIFICATION IN A MEDIUM AND USE OF A ARRANGEMENT " | |
| CN111709136A (en) | Method for calculating insulation aging degree of power transformer at different external environment temperatures | |
| PL220883B1 (en) | Set for thermal optimization in the current transmission power stations | |
| CzApp et al. | Risk of power cables insulation failure due to the thermal effect of solar radiation | |
| CN104180588A (en) | Automatic heat tracing type closed water cooling equipment | |
| CN203964520U (en) | A kind of heating type closed water cooling equipment automatically | |
| WO2017050344A1 (en) | Cooling arrangement for example for cooling a converter valve hall | |
| KR101163422B1 (en) | Oil immersed transformer | |
| CN205140684U (en) | Easy radiating transformer | |
| CN217426907U (en) | Immersed energy storage system and power station | |
| CN116110687A (en) | Vegetable oil transformer control device and control method | |
| CN103375958B (en) | Refrigerant heater and there is the air-conditioner of this refrigerant heater | |
| Kweon et al. | Winding temperature measurement in a 154 kV transformer filled with natural ester fluid | |
| US7994424B2 (en) | Cooling of high voltage devices | |
| CN107979946B (en) | Cooling system and method | |
| CN105321663A (en) | Transformer with excellent cooling performance | |
| KR101086339B1 (en) | Cooling Device for Oil Filled Transformer using Thermoelectric Element | |
| CN219738622U (en) | Cold-storage type liquid cooling cable | |
| CN202521981U (en) | Refrigerant heating device and air conditioner with same | |
| KR20140015977A (en) | Oil filled transformer | |
| CN212232000U (en) | Air-reinforced double-insulation bus duct | |
| CN112986760B (en) | Experimental method for testing correlation between transformer oil duct height and winding temperature | |
| CN213178855U (en) | Heating device for closed pure water cooling system | |
| JP5649682B2 (en) | Superconducting device |