SE511371C2 - Air cooling of conductor wound power transformer - Google Patents

Abstract

A power transformer (1) is provided with a transformer core which is wound with a high voltage cable (111). This cable is flexible and composed of an electrically conducting core surrounded by an inner semiconductor layer, an insulating layer of solid material surrounding the inner semiconductor layer and an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer. The three layers comprising the high voltage cable are adhered to each other. The winding (2) is provided with spacers (4) which are arranged to separate each cable turn in the axial direction in order to create disk formed cooling ducts (3).

Description

m-uauumvlu ....__..u||h..- nunnan» nnunnn.. minimum »i ...run-u :llitr ~ _511 371 10 15 20 25 30 35 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. m-uauumvlu ....__ .. u || h ..- nunnan »nnunnn .. minimum» i ... run-u : llitr ~ _511 371 10 15 20 25 30 35 for the heat to the cooling medium and that it is transferred efficiently to the cooling medium. That makes it important to everyone windings are in direct contact with a sufficient amount of cooling medium.

UPPFINNINGENS SYFTE: Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning av inledningsvis angivet slag vilket möjliggör luftkylning av en kabellindad krafttransformator.OBJECT OF THE INVENTION: The object of the invention is to provide a device of initially stated stroke which enables air cooling of a cable-wound power transformer.

Uppfinningen syftar vidare till att åstadkomma radiella kylkana- ler mellan varje lager av kablar där det kylande mediet är rätt fördelat för att klara kylbehoven hos kabellagren. Kylning av kärna och lindning erhålles genom att kylluften flödar axiellt längs med kärnans ben varvid en ändplatta styr luften ut radiellt genom horisontella kanaler i lindningen. Genom att variera de horisontella kanalernas höjd fördelas luften i kanalerna efter deras kylbehov.The invention further aims to provide radial cooling ducts. smiles between each layer of cables where the cooling medium is correct distributed to meet the cooling needs of the cable bearings. Cooling of core and winding are obtained by the cooling air flowing axially along the legs of the core with an end plate guiding the air out radially through horizontal channels in the winding. By vary the height of the horizontal ducts in which the air is distributed the ducts according to their cooling needs.

De skivformade radiella kanalerna skapas med distanser som lägges in vid lindningen av spolen. Kylflödet åstadkommes med fläktar och distanserna är dimensionerade för att ge flöden i kanalerna som klarar de enskilda lindningarnas kylbehov.The disc-shaped radial channels are created with spacers such as is inserted at the winding of the coil. The cooling flow is achieved with fans and the distances are dimensioned to provide flows in the channels that meet the cooling needs of the individual windings.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning avser en krafttransformator innefattande en med kabel lindad transformatorkärna, anordnad så att lind- ningen är försedd med distanser som separerar varje kabelvarv i axiell led i lindningen för att skapa skivformade kanaler.SUMMARY OF THE INVENTION: The present invention relates to a power transformer comprising a cable-wound transformer core, arranged so that the is provided with spacers that separate each cable turn in axial joint in the winding to create disc-shaped channels.

En första utföringsform av uppfinningen innefattar härvid radiella kylkanaler mellan varje lager av kabel, dvs. varje lindningsvarv i axiell led, skapade med distanser vid lindning av spolen. Denna första utföringsform innefattar också fläktar för transport av luft genom kanalerna.A first embodiment of the invention hereby comprises radial cooling ducts between each layer of cable, ie. each winding turns in axial direction, created with spacers at winding of the coil. This first embodiment also includes fans for transport of air through the ducts.

Distanserna är dimension- 10 15 20 25 30 35 511 371 erade för att ge olika tryckmotstànd och därigenom fördela kylflödet så att det täcker kylbehovet för varje lager av kabel.The distances are dimensional 10 15 20 25 30 35 511 371 to provide different pressure resistances and thereby distribute the cooling flow so that it covers the cooling demand for each layer of cable.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nu med hänvisningsbeteckningar i anslutning till bifogade ritningsfigurer att närmare beskrivas. visar ett axiellt snitt genom en spole i en första utföringsform enligt uppfinningen visande radiella ka- Figur l naler mellan kabellagren. visar utföringsformen i figur 1 i en toppvy med radiella distanser bildande horisontella radiella kana- Figur 2 ler.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS: The invention now comes with reference numerals in connection to the attached drawing figures to be described in more detail. shows an axial section through a coil in a first embodiment according to the invention showing radial Figure l between the cable bearings. shows the embodiment of Figure 1 in a top view with radial distances forming horizontal radial channels Figure 2 smiles.

Figur 3 visar schematiskt ett radiellt snitt genom utförings- formen enligt figur 1 med ett fläktarrangemang enligt uppfinningen.Figure 3 schematically shows a radial section through the embodiment the mold according to figure 1 with a fan arrangement according to the invention.

Figur 4 visar ett snitt genom en högspänningskabel enligt uppfinningen.Figure 4 shows a section through a high voltage cable according to the invention.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: I figur 1 visas i ett axiellt snitt en del av en trefas kraft- så kallade skivlind- ningar, utgörande spolar med skivformade kylkanaler 3 vilka transformator 1 försedd med lindningar 2, ästadkommits med mellan varje axiellt liggande lindningsvarv radiellt sig sträckande och placerade distanser 4. Lindningen är vidare avtätad mot en nedre ändplatta 6. Lindningsspolen kan vidare avtätas mot dess övre ände av en övre lindningsskiva 7 och mot dess nedre ände av en nedre lindningsskiva 8. Figuren visar vidare en del av transformatorns järnkärna i form av dess ben 9. avtätning används ändplattan 6 för tätning mellan kärnanas ben 9 I det fall den nedre lindningsskivan 8 används som axiell och den nedre lindningsskivan 8.DESCRIPTION OF THE INVENTION: Figure 1 shows in an axial section a part of a three-phase power supply. so-called disc winding constituting coils with disc-shaped cooling channels 3 which transformer 1 provided with windings 2, provided with between each axially lying winding turn radially extending and spaced distances 4. The winding is further sealed against a lower end plate 6. The winding coil can further sealed towards its upper end by an upper winding disc 7 and towards its lower end of a lower winding disk 8. The figure further shows a part of the iron core of the transformer in the form of its ben 9. sealing, the end plate 6 is used for sealing between the legs 9 of the cores In that case the lower winding disk 8 is used as axial and the lower winding disk 8.

' I. mamman-lm w unnmm NAMN.. : :intim :r - :~i~;~ .ii 511 371 10 15 20 25 30 35 Principen för kylning av lindningarna vid denna utföringsform är att luften trycks in axiellt längs järnkärnan och därefter fördelas radiellt i de med radiella distanser 4 horisontellt bildade skivformiga kylkanalerna 3 genom att nedre änden av lindningsspolen är avtätad för att tvinga luftflödet ut radiellt genom lindningarna. Distanserna 4 är placerade runt om i ett tänkt cirkulärt tvärsnitt mellan tvâ lindningsvarv. Distanserna inlägges under lindning av spolen. Det krävs vidare i denna utföringsform att en fläkt är monterad för varje spole. Luften kan härvid sugas eller tryckas igenom spolen.'I. mamman-lm w unnmm NAMN .. :: intim: r -: ~ i ~; ~ .ii 511 371 10 15 20 25 30 35 The principle of cooling the windings in this embodiment is that the air is forced in axially along the iron core and thereafter distributed radially in those with radial distances 4 horizontally formed the disc-shaped cooling channels 3 by the lower end of the winding coil is sealed to force the air flow out radially through the windings. The distances 4 are placed around one imaginary circular cross-section between two winding turns. The distances is inserted while winding the spool. It is required further in this embodiment that a fan is mounted for each coil. The air can be sucked or pushed through the spool.

Figur 2 visar i en vy ovanifrân av uppfinningen varvid lindning- arna 2 försedda med de radiella i en ekerform placerade distan- serna 4 bildande tàrtformade radiella kylkanaler 14. I den visade utföringsformen är distanserna 4 anordnade med delningen åtta radiella distanser 4 i varje skivformad kylkanal 3. Således består en skivformad kylkanal 3 av åtta tàrtformade radiella kylkanaler 14. med en axiell kylkanal 15 formad runt benets 9 periferi.Figure 2 shows in a top view of the invention wherein the winding 2 are provided with the radially spaced radial spacers 4 forming radial cooling channels 14. In the shown embodiment, the spacers 4 are arranged with the pitch eight radial spacers 4 in each disc-shaped cooling channel 3. Thus a disc-shaped cooling channel 3 consists of eight cake-shaped radials cooling ducts 14. with an axial cooling channel 15 formed around the periphery of the leg 9.

Distanserna 4 har vidare en radiell utsträckning. Form av och Samtliga skivformade kylkanaler 3 har förbindelse material i distanserna är av mindre betydelse ur kyl- ningssynpunkt. De mekaniska, magnetiska och elektriska aspek- terna bestämmer distansernas form, antal och material. Luften tillförs, som tidigare indikerats, axiellt runt kärnan.The distances 4 further have a radial extent. Form of and All disc-shaped cooling ducts 3 are connected material in the distances is of less importance from the cooling point of view. The mechanical, magnetic and electrical aspects determine the shape, number and material of the distances. The air is supplied, as previously indicated, axially around the core.

Figur 3 visar ett arrangemang av en fläkt 10 ansluten till den inre axiella kylkanalen 15. Fläkten är ansluten genom en fläktkàpa 16 som ligger an mot den inre kanten av en övre ändplatta 20 eller mot den övre lindningsskivan 7 i en kontaktring 17. Den axiella kylkanalen 15 utgörs av mellanrummet? mellan kärnans ben 9 och den övre lindningsskivan 7. När luften trycks igenom lindningarna förs den först genom den axiella kylkanalen 15 och pressas ut genom de skivformiga kylkanalerna 3. När luften sugs genom systemet sugs den in genom de skivformiga kylkanalerna 3 för att sen samlas upp och föras ut genom den axiella kylkanalen 15 och genom fläkten 10. Vidare är Y 10 15 20 25 30 35 511 371 transformatorn i utföringsformen visad i figur 3 försedd med en bottenplatta 18 som lindningarna vilar pá, vilken bottenplatta 18 tätar mot kärnans ben 9 vid spolens ände och på sà sätt tvingar luften att fördelas sig i de skivformiga kylkanalerna 3.Figure 3 shows an arrangement of a fan 10 connected to it internal axial cooling duct 15. The fan is connected by a fan cover 16 which abuts the inner edge of an upper end plate 20 or against the upper winding disk 7 in a contact ring 17. The axial cooling channel 15 consists of the gap? between the legs 9 of the core and the upper winding disc 7. When the air pushed through the windings, it is first passed through the axial the cooling channel 15 and is pressed out through the disc-shaped cooling channels 3. When the air is sucked through the system, it is sucked in through the the disc-shaped cooling channels 3 to then be collected and taken out through the axial cooling duct 15 and through the fan 10. Further is Y 10 15 20 25 30 35 511 371 the transformer in the embodiment shown in figure 3 provided with a bottom plate 18 on which the windings rest, which bottom plate 18 seals against the core 9 of the core at the end of the coil and in this way forces the air to be distributed in the disc-shaped cooling ducts 3.

Transformatorns spole begränsas även av den mot axiell luftströmning tätslutande övre ändplattan 20.The coil of the transformer is also limited by it towards the axial air flow tightly fitting upper end plate 20.

Kylkanalerna har olika kylbehov och har därför olika dimension för att ge olika tryckmotstànd ock därigenom fördela kylflödet rätt.The cooling ducts have different cooling needs and therefore have different dimensions to give different pressure resistances and thereby distribute the cooling flow Right.

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 be used as a transformer winding according to the present invention ning. The high voltage cable 111 comprises a number of strands 112 with 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, 114 finns anordnat ett andra halvledande Runt det första halvledande skiktet 113 finns anordnat ett t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet skikt 115. Begreppet högspänningskabel i föreliggande ansökan innefattar således ej 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.A first semiconducting layer is arranged around the strands 112 113. insulation layer 114, 114 a second semiconductor is arranged Arranged around the first semiconducting layer 113 is one for example PEX insulation. Around the insulation layer layer 115. The concept high voltage cable in the present application thus does not include the outer protective sheath normally surrounding such a cable power distribution. The high voltage cable has a diameter in the the embankment 20 - 200 mm and a cable area in the interval 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 one several 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 bàde 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 heller inte vid den första beskrivna utföringsformen vara helt radiellt lindningstäckande utan de kan placeras pá flera sätt. .511 371 10 15 De behöver inte heller som i den andra beskrivna utföringsformen sträcka sig i hela radiella riktningen utan de kan göras pà ett flertal olika sätt.Thus, there does not have to be a fan for each coil. You can imagine an arrangement with a fan that takes care of all three the coils with a sufficient amount of cooling air. The air can be both sucked or pushed in through the spool to achieve desired cooling. Likewise, the number of distances or its shape is not determined, but one can have a number of different variants of distances to obtain the correct cooling. The distances need nor in the first described embodiment be complete radially winding covering but they can be placed in several ways. .511 371 10 15 They also do not need as in the second described embodiment extend in the entire radial direction but they can be done in one several different ways.

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

Vidare kan mantelhöljet arrangeras pà ett flertal ytterligare sätt än som visats i ovan beskrivna utföringsformer. Man kan använda den översta och den understa lindningsskivan som avtätande ytterhölje och kyla dess utsida med naturlig konvek- tion medan övriga lindningsdelar kyls med den radiellt ström- mande luften.Furthermore, the jacket casing can be arranged on a number of additional methods than shown in the embodiments described above. You can use the top and bottom winding disc as sealing outer casing and cooling its exterior with natural convection while the other winding parts are cooled with the radial current men the air.

Claims (11)

SE 9700346-1 10 15 20 25 30 35 511371 PATENTKRAV (1) innefattande en med ledare lin- kännetecknad av att ledaren utgörs av en (112) anordnade i mitten av högspänningskabeln (112) runt vilket det finns anordnat ett iso- (114) varvid lind-SE 9700346-1 10 15 20 25 30 35 511371 CLAIMS (1) comprising a conductor with a line characterized in that the conductor is constituted by a (112) arranged in the middle of the high voltage cable (112) around which an iso- (114) whereby lind- 1. Krafttransformator dad transformatorkärna, (111) med cirkulärt tvärsnitt (111) halvledande skikt (114) finns anordnat ett andra halvledande skikt (2) (4) parera varje kabelvarv i axiell led i lindningen för att skapa (3). högspänningskabel innefattande ett antal kardeler och att runt kardelerna finns anordnat ett första (113) och att det runt isolationsskiktet (115) som är anordnade att se- lationsskikt ningen är försedd med distanser skivformade kylkanalerA transformer core (111) with a circular cross-section (111) semiconductor layer (114) is provided with a second semiconductor layer (2) (4) parry each cable turn in the axial direction of the winding to create (3). high-voltage cable comprising a number of strands and that a first (113) is arranged around the strands and that around the insulating layer (115) which is arranged that the sealing layer is provided with spacers disc-shaped cooling channels 2. Krafttransformator enligt kravet 1, kännetecknad av att distanserna (4,12) är anordnade radiellt mellan varje lindnings- varv.Power transformer according to Claim 1, characterized in that the distances (4, 12) are arranged radially between each winding revolution. 3. rafttransformator enligt kravet 2, kännetecknad av att minst sex distanser 54) är jämnt fördelade runt transformator- kärnans ben (9).Rafter transformer according to claim 2, characterized in that at least six spacers 54) are evenly distributed around the legs (9) of the transformer core. 4. Krafttransformator enligt något av kraven 2-3, känne- (6,l8) transformatorkärnans ben är mot luftströmning tätslu- (9). tecknad av att ett ändorgan tande anordnat motPower transformer according to one of Claims 2 to 3, the legs of the sensing (6, 18) transformer core are sealed against air flow (9). characterized in that an end means tooth arranged against 5. Krafttransformator enligt kravet 4, kännetecknad av att transformatorns spole begränsas av en mot axiell luftströmning tätslutande övre ändplatta (20).Power transformer according to Claim 4, characterized in that the coil of the transformer is delimited by an upper end plate (20) which closes tightly against axial air flow. 6. Krafttransformator enligt något av kraven 2-3, känne- tecknad av att en övre iíndningsskiva (7) och en undre lind- ningsskiva (8) tillsammans med ett ändorgan (6,18) utgör axiellt tätande organ.Power transformer according to one of Claims 2 to 3, characterized in that an upper winding disc (7) and a lower winding disc (8) together with an end member (6, 18) constitute an axially sealing member. 7. Krafttransformator enligt något av kraven 4-6, känne- tecknad av att en med en fläkt (10) försedd fläktkåpa (16) är .\ HL 511 371 10 15 20 8 anordnad att parallellt med transformatorkärnans ben (9) endera trycka eller suga luft genom samtliga lindningsvarv.Power transformer according to one of Claims 4 to 6, characterized in that a fan cover (16) provided with a fan (10) is arranged to either press or, in parallel with the legs (9) of the transformer core, suck air through all winding turns. 8. Krafttransformator enligt kravet 7, kännetecknad av att fläktkåpan (16) vid ena änden är tätande mot endera den övre lindningsskivan (7) eller mot den övre ändplattan (20).Power transformer according to Claim 7, characterized in that the fan cover (16) is sealed at one end against either the upper winding plate (7) or against the upper end plate (20). 9. Förfarande för lnftkylning av en krafttransformator av det slaget som anges enligt något av krav 1-8, kännetecknat av att minst en fläkt (10) trycker eller suger luft längs ytan av transformatorkärnans ben (9) och radiellt eller axiellt mellan varje lindningsvarv.Method for cooling a power transformer of the type specified in any of claims 1-8, characterized in that at least one fan (10) presses or sucks air along the surface of the legs (9) of the transformer core and radially or axially between each winding revolution. 10. Forfarande enligt kravet 9, kännetecknat av att dis- tanser (4,l2) inpassas mellan lindningsvarven vid transforma- torns lindningsprocedur.Method according to Claim 9, characterized in that distances (4, 12) are fitted between the winding turns in the winding procedure of the transformer. ll. Förfarande enligt kravet 10, kännetecknat av att tem- peraturavkännare reglerar fläktvarvtalet till ett lämpligt luft- flöde. ___.._.___.._..__.:.ï._____ll. Method according to Claim 10, characterized in that the temperature sensor regulates the fan speed to a suitable air flow. ___.._.___.._..__.:. ï ._____