SE511360C2

SE511360C2 - Air-cooled cable-wound power transformer

Info

Publication number: SE511360C2
Application number: SE9700338A
Authority: SE
Inventors: Gunnar Kylander
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1999-09-20
Also published as: SE9700338L; SE9700338D0

Abstract

The power transformer comprises a transformer core wound with a high-voltage cable (2). The cable comprises a core having a number of strands, an inner semiconducting layer surrounding the core, an insulating layer surrounding the inner semiconducting layer, and an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer. The winding is provided with spacers (4) arranged to separate each cable turn in radial direction in the winding in order to create axial cylindrical cooling ducts (3). Preferably, the spacers are arranged axially between each turn of the winding. Preferably, six spacers are arranged axially between each turn of the winding. The transformer winding is further provided with a fan cowl sealing against one end of the outermost turn of the winding, to which a fan is connected and arranged to either force gas, such as air, through or withdraw gas, such as air, from all turns of the winding axially to the transformer core.

Description

is11 seo för värmen till det kylande mediet samt att den överförs effektivt till det kylande mediet. Det gör det viktigt att alla _ lindningar står i direkt kontakt med tillräcklig mängd kylande medium. is11 seo for the heat to the cooling medium and that it is transferred efficiently to the cooling medium. This makes it important that all windings are in direct contact with a sufficient amount of cooling medium.

I! vi l UPPFINNINGENS SYFTE: nu' ni iii n Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning av inledningsvis angivet slag vilket möjliggör luftkylning av en 10 kabellindad krafttransformator. Uppfinningen syftar till att i lla cylindriska kanaler »unik-Hi iii ..| . »i en första utföringsform åstadkomma axie ningsvarv i lindningarna där det kylande mediet ~ -« m “l mellan varje lind är rätt fördelat för att klara lindningarnas olika kylbehov. De I Iz: WH s Mw cylindriska kanalerna skapas med distanser som lägges in vid Kylflödet àstadkommes med fläktar och tt ge flöden i kanalerna som l5 lindningen av spolen. distanserna är dimensionerade för a klarar de enskilda lindningarnas kylbehov. ihå m:MMﬁm+kW SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: 20 .i .LH .L M Föreliggande uppfinning avser en krafttransformator innefattande nu a en med kabel lindad transformatorkärna, anordnad sä att lind- -H .AH ff ningen är försedd med distanser som separerar varje kabelvarv i radiell led i lindningen för att skapa axiella cylindriska 25 kanaler.IN! OBJECT OF THE INVENTION: NUMBER OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a device of the type indicated in the introduction which enables air cooling of a cable-wound power transformer. The object of the invention is to provide in all cylindrical channels »unique-Hi iii .. | . In a first embodiment, to provide axial turns in the windings where the cooling medium ~ - «m“ l between each winding is correctly distributed to meet the different cooling needs of the windings. The I Iz: WH s Mw cylindrical ducts are created with spacers that are inserted at the cooling flow are provided with fans and tt provide flows in the ducts as l5 the winding of the coil. the distances are dimensioned to meet the cooling needs of the individual windings. SUMMARY OF THE INVENTION: 20 .i .LH .LM The present invention relates to a power transformer now comprising a cable-wound transformer core, arranged so that the winding is provided with spacers separating each cable revolution. in the radial direction of the winding to create axial cylindrical channels.

En första utföringsform av uppfinningen innefattar således axiella cylindriska kylkanaler mellan varje utanpå liggande lindningsvarv, skapade med distanser vid lindning av spolen. en cylindrisk kanal anordnad mellan kärnans ben n íiiiflíii! 7 Ji 30 Vidare är även och det första kabellagret närmast kärnan. Utföringsformen TT: innefattar också fläktar för transport av luft genom de axiella cylindriska kanalerna. Distanserna i kanalerna är dimensionerade för att ge olika tryckmotstånd och därigenom fördela kylflödet 35 så att det täcker kylbehovet i de enskilda axiella kanalerna eftersom kylbehovet är olika för lindningarna. 10 15 20 25 30 35 511 360 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nu med hänvisningsbeteckningar i anslutning till bifogade ritningsfigurer att närmare beskrivas.A first embodiment of the invention thus comprises axial cylindrical cooling channels between each external winding turn, created with spacers when winding the coil. a cylindrical channel arranged between the legs of the core n íiiiflíii! 7 Ji 30 Furthermore, the first cable layer is also closest to the core. The embodiment TT: also comprises fans for transporting air through the axial cylindrical ducts. The distances in the channels are dimensioned to give different pressure resistances and thereby distribute the cooling flow 35 so that it covers the cooling need in the individual axial channels because the cooling need is different for the windings. 10 15 20 25 30 35 511 360 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS: The invention will now be described in more detail with reference numerals in connection with the accompanying drawing figures.

Figur 1 visar i perspektiv en utföringsform av en krafttrans- formator enligt föreliggande uppfinning.Figure 1 shows in perspective an embodiment of a power transformer according to the present invention.

Figur 2a visar en toppvy över lindningarna med kylkanaler och distanser samt ytterhölje vid en första utföringsform enligt föreliggande uppfinning.Figure 2a shows a top view of the windings with cooling channels and spacers as well as the outer casing in a first embodiment according to the present invention.

Figur 2b visar en sidovy av utföringsformen i figur 2a försedd med en fläkt per spole.Figure 2b shows a side view of the embodiment in figure 2a provided with one fan per coil.

Figur 3 visar ett snitt genom en spole enligt utföringsformen i figur 1 med dess axiella kanaler mellan lindningarna.Figure 3 shows a section through a coil according to the embodiment of Figure 1 with its axial channels between the windings.

Figur 4 visar ett snitt genom en högspänningskabel enligt föreliggande uppfinning.- BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: En utföringsform av uppfinningen avser en krafttransformator 1, se figur 1, försedd med tre lindningsspolar 2 vilka var och en är försedd med ett antal lindningar ordnade i lindningsvarv radiellt separerade av axiella distanser 4 för bildande av axiella koncentriska kylkanaler 3. Transformatorn är vidare pá konventionellt sätt försedd med en järnkärna.Figure 4 shows a section through a high voltage cable according to the present invention. DESCRIPTION OF THE INVENTION: An embodiment of the invention relates to a power transformer 1, see figure 1, provided with three winding coils 2 which are each provided with a number of windings arranged in winding turns radially separated of axial spacers 4 to form axial concentric cooling channels 3. The transformer is further provided in a conventional manner with an iron core.

I figur 2a visas i en vy ovanifrän en trefas krafttransformator 1 försedd med lindningar 2 utgörande spolar med kylkanaler 3 vilka ástadkommits med mellan varje radiellt liggande lindnings- varv axiellt sig sträckande och placerade distanser 4. I utföringsformen visas en delning mellan distanserna 4 för erhållande av sex distansen i varje koncentrisk kylkanal 3.Figure 2a shows in a view from above a three-phase power transformer 1 provided with windings 2 constituting coils with cooling channels 3 which are provided with axially extending and placed distances 4 between each radially lying winding turn. In the embodiment a division between the distances 4 is obtained to obtain six distance in each concentric cooling duct 3.

Distansernas form och material har ur kylningssynpunkt en mindre m. .x...._i.._d.l. .,1.._n. .im .x .m .mil ...una . ...Wu-am n -511 360 10 15 20 25 30 35 betydelse. De mekaniska, magnetiska och elektriska aspekterna i transformatorn bestämmer form, antal och material i distanserna.From a cooling point of view, the shape and material of the distances have a smaller m. .X ...._ i .._ d.l. ., 1 .._ n. .im .x .m .mil ... una. ... Wu-am n -511 360 10 15 20 25 30 35 meaning. The mechanical, magnetic and electrical aspects of the transformer determine the shape, number and material of the spacers.

Figuren visar vidare transformatorns ok 5 vilket är en del av dess järnkärna. Oket är visat i snitt varvid dess längsgående kylrör 6 visas. Vidare är varje lindningsspole omsluten av en fläktkanal 7 inuti vilket kylluft är anordnad att strömma.The figure further shows the yoke 5 of the transformer which is a part of its iron core. The yoke is shown in section, its longitudinal cooling tube 6 being shown. Furthermore, each winding coil is enclosed by a fan duct 7 inside which cooling air is arranged to flow.

Kylbehovet är olika för lindningarna vilket innebär att man har olika kylflöden i de koncentriska kanalerna. För att åstadkomma rätt fördelning av kylflöde har kanalerna olika dimensioner i radiell led i syfte att ge olika tryckmotstånd i kanalerna och därigenom fördela flödet efter kanalernas behov. Det medför att kanaler med lite kylbehov har ett mindre radiellt avstånd än kanaler med större kylbehov som har ett större radiellt avstånd.The cooling demand is different for the windings, which means that you have different cooling flows in the concentric channels. In order to achieve the correct distribution of cooling flow, the ducts have different dimensions in the radial direction in order to provide different pressure resistances in the ducts and thereby distribute the flow according to the needs of the ducts. This means that ducts with a small cooling requirement have a smaller radial distance than ducts with a larger cooling requirement that have a larger radial distance.

För den i utföringsformen beskrivna kabellindande transformatorn har man större distanser mellan lågspänningslindningarna, lindningarna närmast kärnan, än mellan högspänningslindningarna_ Figur 2b visar en sidovy av krafttransformatorn i fig. 2a försedd med motsvarande lindningar och motsvarande ok 5 tillsam- mans med dess tre ben 8 bildande järnkärnan. Fläktkanalen 7 är utdragen vid spolarnas ena ände bildande en fläkthuv 9 i vilken minst en fläkt 10 är monterad. Utföringsformen i figuren visar tre fläktar vilka är inkapslade i förhållande till respektive spolen för att åstadkomma luftflöden i de axiella cylindriska kylkanalerna 3. Spolen är inkapslad av ett yttre cylindriskt mantelhölje ll för att förhindra radiellt läckage av luft och för att styra luften axiellt genom spolen. Med mantelhöljet ll runt den ytterst kabellindningen skapas en yttre kanal för kylning av den yttre delen av den yttersta kabellindningen. I denna utföringsform framgår vidare att en fläkt är monterad för varje spole. Luften kan av varje fläkt 10 sugas eller tryckas igenom spolen. Fläktkanalen 7 vid den fläkten 10 motsatta sidan av spolen är helt öppen för luft att strömma endera in eller ut beroende på fläktens sug- eller tryckfunktion. Fläktkanalen 7 vid fläktsidan är försedd med öppningar med motsvarande funk- tion. *w 10 15 20 25 30 35 511360 Figur 3 visar ett tvärsnitt av en spole med axiella cylindriska kylkanaler 3 mellan varje radiellt liggande lindning 2. Det är även distanser anordnade för bildande av en axiell kylkanal mellan kärnans ben 8 och lindningen närmast kärnan. Kylkanalerna skapas genom att distanserna placerats mellan lindningarna, se figur 2a. Distanserna är placerade runt om i det cirkulära tvärsnittet och är axiellt längsgående. Distanserna lägges mellan lindningsvarven under lindning av spolen. Pílarna i figuren visar luftströmning genom spolens lindningar. Luftström- men kan gå i endera riktningen beroende pá sug- eller tryckver- kan.For the cable winding transformer described in the embodiment, there are greater distances between the low voltage windings, the windings closest to the core, than between the high voltage windings. Figure 2b shows a side view of the power transformer in Figure 2a provided with corresponding windings and corresponding yokes . The fan duct 7 is extended at one end of the coils forming a fan hood 9 in which at least one fan 10 is mounted. The embodiment in the figure shows three fans which are encapsulated in relation to the respective coil to provide air flows in the axial cylindrical cooling ducts 3. The coil is encapsulated by an outer cylindrical jacket housing 11 to prevent radial leakage of air and to guide the air axially through the coil. With the jacket casing 11 around the outermost cable winding, an outer channel is created for cooling the outer part of the outermost cable winding. In this embodiment it further appears that a fan is mounted for each coil. The air can be sucked by each fan 10 or pushed through the coil. The fan duct 7 at the fan 10 opposite side of the coil is completely open for air to flow in or out depending on the suction or pressure function of the fan. The fan duct 7 at the fan side is provided with openings with a corresponding function. Figure 3 shows a cross section of a coil with axial cylindrical cooling channels 3 between each radially lying winding 2. There are also distances arranged to form an axial cooling channel between the legs 8 of the core and the winding closest to the core. The cooling ducts are created by placing the distances between the windings, see figure 2a. The distances are located around the circular cross-section and are axially longitudinal. The distances are laid between the winding turns during winding of the coil. The arrows in the figure show air flow through the windings of the coil. The air flow can go in either direction depending on the suction or pressure action.

I figur 4 visas en tvärsnittsvy pà en högspänningskabel 111 att användas som transformatorlindning enligt föreliggande uppfin- ning. Högspäningskabeln 111 innefattar ett antal kardeler 112 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler 112 är anordnade i mitten av högspänningskabeln 111.Figure 4 shows a cross-sectional view of a high voltage cable 111 to be used as a transformer winding according to the present invention. The high voltage cable 111 comprises a number of strands 112 with a circular cross section of, for example, copper (Cu). These strands 112 are arranged in the middle of the high voltage cable 111.

Runt kardelerna 112 finns anordnat ett första halvledande skikt 113. isolationsskikt 114, t.ex. PEX-isolation.Arranged around the strands 112 is a first semiconducting layer 113. insulating layer 114, e.g. PEX insulation.

Runt det första halvledande skiktet 113 finns anordnat ett Runt isolationsskiktet skikt 115. innefattar således ej 114 finns anordnat ett andra halvledande Begreppet högspänningskabel i föreliggande ansökan det yttre skyddshölje som normalt omger en dylik kabel vid kraftdistribution. Högspänningskabeln har en diameter i inter- vallet 20 - 200 mm och en ledningsarea i intervallet 80 - 3000 2 mm .Arranged around the first semiconductor layer 113 is a round insulating layer 115. thus 114 does not include a second semiconductive term. The term high voltage cable in the present application is the outer protective sheath which normally surrounds such a cable during power distribution. The high-voltage cable has a diameter in the range of 20 - 200 mm and a cable area in the range of 80 - 3000 2 mm.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade exemplen utan ett flertal modifikationer är tänkbara inom uppfinningens ram.The invention is not limited to the examples shown, but a number of modifications are conceivable within the scope of the invention.

Således behöver det inte vara en fläkt för varje spole. Man kan tänka sig ett arrangemang med en fläkt som ombesörjer alla tre spolarna med tillräcklig mängd kylluft. Luften kan både sugas eller tryckas i genom spolen för att åstadkomma önskvärd kylning. Likaledes är inte antalet distanser eller dess form bestämda, utan man kan ha ett flertal olika varianter av distanser för att erhålla rätt kylning. Distanserna behöver ilim . »ill ... i 511 360 10 heller inte vid den första beskrivna utföringsformen vara helt axiellt längsgående utan de kan placeras pà flera sätt.Thus, there does not have to be a fan for each coil. One can imagine an arrangement with a fan that provides all three coils with a sufficient amount of cooling air. The air can either be sucked in or forced in through the coil to achieve the desired cooling. Likewise, the number of distances or its shape is not determined, but one can have several different variants of distances to obtain the correct cooling. The distances need ilim. 511 360 10 also in the first described embodiment do not be completely axially longitudinal but they can be placed in several ways.

En ytterligare modifiering är att anordna varvtalsstyrning av fläkten med hjälp av temperaturavkännare för att möjliggöra ett varierat kylbehov beroende pà last i transformatorn.A further modification is to provide speed control of the fan by means of temperature sensors to enable a varied cooling requirement depending on the load in the transformer.

Vidare kan mantelhöljet arrageras på ett flertal ytterligare sätt än som visats i ovan beskrivna utföringsformer. Man kan använda den yttersta kabellindningen som ytterhölje och kyla utsidan med naturlig konvektion.Furthermore, the jacket casing can be arranged in a number of additional ways than shown in the embodiments described above. You can use the outermost cable winding as an outer casing and cool the outside with natural convection.

Claims

10 15 25 25 25 511 360 Patent claims:

Power transformer (1) comprising a core characterized in that the core is wound with a (111) which transformer core, cable and that the cable is a high voltage cable comprises a core with a plurality of strands (112), an inner semiconductor layer (113) surrounding the core, an insulating layer (114) surrounding the inner semiconducting layer (113), an outer semiconducting layer (115) surrounding the insulating layer (114) and the winding being provided with spacers (4, 12) arranged to separate each cable turn in radial joint in the winding to create axial cylindrical cooling channels (3).

Power transformer according to Claim 1, characterized in that the distances (4, 12) are arranged axially between each winding revolution.

Power transformer according to Claim 2, characterized in that at least six spacers (4) are evenly distributed around the legs (8) of the transformer core.

Power transformer according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the transformer winding is provided with a fan hood (9) sealing at the outermost winding turn, to which a fan (10) is connected arranged axially with the transformer core (8). push or suck air through all winding turns.

Power transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage cable (111) has a diameter in the range 20 - 200 mm and a line area in the range 80 - 3000 mm