Устройство для охлаждения масляного трансформатора

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для создания охлаждаемых силовых масляных трансформаторов.
Известна установка для охлаждения масляного трансформатора, содержащая емкость, заполненную элегазом, компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями, размещенные в нижней части бака, бак-расширитель, фильтры тонкой и грубой очистки. Для повышения эффективности охлаждения активной части трансформатора через масло с помощью компрессора прокачивается (барботируется) элегаз. [Баширов М.Г., Хисматуллин А.С., Хуснутдинова И.Г. Применение барботажа в системе охлаждения силовых трансформаторов //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2014. №3. С. 29-32 URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=22660330].
Недостатком аналога является низкая эффективность охлаждения активной части трансформатора в летнее время года, когда средняя температура окружающего воздуха находится в пределах 25-32°С, а температура активной части трансформатора увеличивается до 50-70°С. В процессе охлаждения активной части трансформатора температура элегаза тоже повышается и не может быть охлаждена ниже температуры окружающего воздуха.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является установка элегазово-водяного охлаждения масляного трансформатора [патент РФ на изобретение №2717230, опубл. 19.03.2020. бюл. №8], содержащая компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, последовательно соединенную трубками циркулирующую систему, заполненную элегазом, содержащую фильтры грубой и тонкой очистки, фильтр грубой очистки имеет устройство вращения вала с фильтрующим элементом, расположенного внутри фильтра грубой очистки, подключенное к щиту управления. Устройство охлаждения масляного трансформатора содержит змеевик, обвитый по наружной поверхности трубы системы холодного водоснабжения, а потом проходящий прямолинейно во внутренней части трубопровода.
Основными недостатками прототипа является то, что требуется дополнительное электропитание насоса для полного обхода элегаза через систему охлаждения, а также зависимость расположения трансформатора от прохождения труб с холодной водой.
Задачей полезной модели является создание устройства для охлаждения трансформатора с достижением следующего технического результата: повышение регулируемой эффективности охлаждения масляного трансформатора при длительных и кратковременных перегрузках в летнее время года для предотвращения отказов и необоснованных отключений трансформатора.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для охлаждения масляного трансформатора, содержащем циркулирующую систему, заполненную элегазом, включающую последовательно соединенные фильтры грубой и тонкой очистки, змеевик-охладитель и компрессор, согласно полезной модели змеевик-охладитель выполнен по принципу «труба в трубе», где по внешним трубам циркулирует хладагент, а по внутренним трубам - непосредственно элегаз. Кроме того, в верхней части фильтра грубой очистки имеется разделитель трансформаторного масла от элегаза.
На фигуре изображено устройство для охлаждения элегазовомасляного трансформатора.
Устройство для охлаждения масляного трансформатора содержит последовательно соединенную трубками систему, в которую входит 1 - фильтр грубой очистки, 2 - разделитель трансформаторного масла от элегаза, 3 - фильтр тонкой очистки, 4 - термопара, змеевик (поз. 5-7), где 5 - внутренняя трубка, 6 - наружная трубка, 7 - изогнутый отрезок теплопровода (калач), 8 - компрессор. Кроме того, на фигуре обозначены: 9 - начальный поток хладагента NOVEC, 10 - конечный поток хладагента NOVEC. Вся описанная конструкция заполнена элегазом, выступающим в качестве теплоносителя.
Устройство для охлаждения масляного трансформатора работает следующим образом. Элегаз, находящийся в системе циркуляции охлаждения трансформатора, после выполнения требуемой им задачи, поступает в фильтр грубой очистки, в верхней части которой имеется разделитель 2, поверхность которого охлаждается хладагентом NOVEC, и таким образом двухфазная смесь охлаждается, и происходит качественное отделение элегаза от трансформаторного масла. Далее трансформаторное масло стекает вниз, в емкость с трансформаторным маслом, а элегаз попадает в змеевик, и, находясь в контакте с хладоносителем, остывает до температуры, которой снова возможно воспользоваться для охлаждения трансформатора. После остывания элегаз, проходя по внутренней трубке 5, поступает к трансформатору, что образует циркулирующую систему охлаждения трансформатора. В зависимости от степени остывания элегаза установлен компрессор 8, который регулирует скорость подачи элегаза в системе. Змеевик выполнен в виде «труба в трубе», поскольку такие теплообменники находят себе применение при высоких давлениях охладителя NOVEC.
Увеличение коэффициента теплообмена нагревающегося масла в трансформаторе осуществляется за счет циркуляции барботируемого элегаза (SF6) через пространство, заполненного маслом. При наличии всплывающих пузырьков элегаза возникает сложное поле скоростей, в котором условно можно выделить слои, смещающиеся относительно друг друга. Максимальное смещение слоя происходит при его нахождении на уровне центра пузырька. Процесс теплообмена между слоями приводит к тому, что возникает перенос тепла за счет трансцилляторной составляющей. Устройство охлаждения включается в тот момент, когда окружающая среда не справляется с охлаждением. Процесс охлаждения самого элегаза происходит посредством змеевика, который охлаждается по принципу «труба в трубе» с помощью хладагента NOVEC. Происходит циркуляция данного газа, позволяющая поддерживать температуру масляного трансформатора на требуемом значении. Анализируя явление трансцилляторного переноса тепла, можно установить, что система охлаждения силового масляного трансформатора с использованием всплывающих пузырьков элегаза позволяет повысить эффективность охлаждения обмоток при перегрузках.
Теплосъем с активной части трансформатора осуществляется трансформаторным маслом с циркулирующим в нем элегазом (барботирование элегаза). При этом существенно повышается эффективность охлаждения активной части трансформатора.
Основным преимуществом данного устройства является то, что процесс охлаждения элегаза, требует питания только компрессора. Естественный противоточный теплообмен не требует питания и работает по следующему принципу: система теплообменника «труба в трубе», в котором находятся горячий теплоноситель (элегаз) и холодный хладагент NOVEC. При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда не значительно нагревается, ввиду того что холодный теплоноситель постоянно находится в движении, а горячий теплоноситель охлаждается до температуры охлаждающей среды.