УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для охлаждения масляного трансформатора.
В трансформаторах большой мощности выделяется большое количество теплоты, для отвода которой используются специальные масляно-воздушные охладители, которые обдуваются воздухом с помощью вентилятора и оснащены насосами для принудительной циркуляции масла. Благодаря принудительной циркуляции масла достигается более равномерное распределение температуры масла по высоте бака, тем самым повышается эффективность охлаждения обмоток и магнитопровода трансформатора. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода.
Недостатком такой системы охлаждения является то, что теплоотдача от активной части трансформатора (обмотка и магнитопровод) к маслу остается практически такой же, как и при естественной конвекции, так как принудительная циркуляция масла происходит только в зоне между наружной обмоткой и стенкой бака трансформатора. В случае аварийной перегрузки трансформатора происходит локальный перегрев масла у поверхности активной части трансформатора, что сопровождается интенсивным выделением газов из масла, которые вызывают срабатывание газового реле и отключение трансформатора. Перегрев изоляции обмоток и магнитопровода сокращает ресурс трансформатора, а срабатывание газового реле часто приводит к необоснованным отключениям трансформатора при кратковременных перегрузках.
Известен масляный трансформатор, имеющий бак с двумя патрубками с фланцами, теплообменник, электронасос, соединительный элемент с двумя фланцами с отверстиями и пространством между ними, в котором для повышения эффективности охлаждения активной части внутри соединительного элемента имеется перегородка, разделяющая его внутреннее пространство на две полости, одна из которых связана с отверстием одного фланца, а другая с отверстием другого фланца, при этом каждое из этих отверстий связано со своей полостью и соединено с насосом [Патент на полезную модель №: 100331. Масляный трансформатор. Виноградов А.В. (RU) Дата публикации: 10.12.2010. Адрес для переписки: 620057, г. Екатеринбург, а/я 330, А.В. Виноградову URL: http://bankpatentov.ru/node/57122].
Недостатком аналога является инерционность системы охлаждения - при аварийных перегрузках трансформатора не обеспечивается эффективный отвод тепла от обмоток трансформатора, что является причиной перегрева изоляции и, соответственно, сокращения ресурса трансформатора или его отказа, срабатывание газового реле из-за локального перегрева масла приводит к необоснованным отключениям трансформатора при кратковременных перегрузках.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является установка для охлаждения масляного трансформатора [Хисматуллин А.С., Баширов М.Г., 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], 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.
Основным недостатком прототипа 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.
Задачей полезной модели является повышение 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 установке для охлаждения масляного трансформатора, содержащей емкость, заполненную элегазом, компрессор, подключенный к источнику электрической энергии, бак с минеральным маслом, трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями, размещенные в нижней части бака, обмотки трансформатора, бак-расширитель, фильтры тонкой и грубой очистки, отличающаяся тем, что между выходом фильтра тонкой очистки и входом в емкость с элегазом установлен холодильник, к управляющим входам которого и компрессора подключены выходы блока управления, а к входу блока управления подключен датчик температуры, установленный в зоне обмоток трансформатора.
Холодильник представляет собой термоэлектрический модуль, состоящий из последовательно соединенных полупроводников p- и n-типа, которые образуют p-n-переходы, расположенные между керамическими пластинами, подключенный к источнику постоянного тока. Охлаждающие радиаторы термоэлектрического модуля прикреплены к поверхности охлаждающих ребер труб с элегазом.
На фиг. 1 изображена схема охлаждения масляного трансформатора, на фиг. 2 - холодильник (термоэлектрический модуль).
Установка для охлаждения масляного трансформатора содержит последовательно соединенные трубками емкость 1, заполненную элегазом, компрессор 2, подключенный к источнику электрической энергии, бак 3 с минеральным маслом 4, трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями 5, бак-расширитель 6, фильтры грубой 7 и тонкой очистки 8, холодильник 9 (термоэлектрический модуль), датчик температуры 10, размещенный непосредственно в зоне расположения обмотки 11 трансформатора, блок управления 12, вход которого подключен к выходу датчика температуры 10, а выходы подключены к управляющим входам компрессора 2 и холодильника 9.
Теплосъем с обмоток 11 трансформатора осуществляется трансформаторным маслом 4 с циркулирующим в нем элегазом (барботирование элегаза). При этом существенно повышается эффективность охлаждения обмоток трансформатора. Элегазовые пузырьки, всплывая в трансформаторном масле 4, уносят с собой частички масла, которые последовательно отделяются от элегаза в баке-расширителе 6, фильтрах грубой 7 и тонкой очистки 8. Далее элегаз охлаждается в холодильнике 9 и попадает обратно в емкость 1 с элегазом, откуда подается компрессором 2 в бак 3 с минеральным маслом 4 через равномерно расположенные в нижней части бака 3 трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями 5. Непосредственно в зоне расположения обмотки 9 трансформатора установлен датчик температуры 10, выход которого подключен к входу блока управления 8. При нагревании обмоток 9 трансформатора выше установленного значения блок управления 8 выдает сигналы включения на управляющие входы компрессора 2 и холодильника 7, при снижении температуры обмоток 11 трансформатора ниже заданного значения, блок управления 12 подает сигналы отключения на управляющие входы компрессора 2 и холодильника 9. При отсутствии перегрузок, и соответственно, перегрева обмоток 11 трансформатора, трансформатор работает в обычном режиме, т.е. охлаждение его обмоток осуществляется циркулирующим трансформаторным маслом. Применение холодильника 9 позволяет повысить эффективность охлаждения элегаза, а соответственно трансформаторного масла 4 и обмоток 11 трансформатора.
Термоэлектрический модуль представляет собой холодильник, работа которого основана на явлении термоэлектрической эмиссии, Термоэлектрический модуль содержит последовательно соединенные полупроводники p- и n-типа, образующие p-n-переходы между керамическими пластинами. В свою очередь, каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла. Охлаждающие радиаторы термоэлектрического модуля прикреплены к поверхности охлаждающих ребер труб с элегазом.
Основным преимуществом термоэлектрического модуля является то, что он позволяет получить значительный температурный перепад - в несколько десятков градусов, т.е. обеспечить эффективное охлаждение элегаза, а это, в свою очередь, обеспечивает более эффективное охлаждение непосредственно в зоне расположения обмотки трансформатора.