RU2192681C2

RU2192681C2 - Coil-and-core assembly of transformer

Info

Publication number: RU2192681C2
Application number: RU2000108054A
Authority: RU
Inventors: Игорь Юрьевич Мелешко; Олег Иванович Сисуненко; Чанг Мок ПАК; Владислав Васильевич Машошин; Любовь Владимировна Соловьева
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2002-11-10

Abstract

FIELD: force- cooled transformers. SUBSTANCE: transformer using force-circulating coolant including sulfur hexafluoride in cooling ducts has its coil-and- core assembly incorporating magnetic core assembled of electric-steel stacks spaced apart by cooling ducts forming coolant circulation loops. Windings provided with vertical insulating and cooling ducts are wound on core legs and isolated from its yokes by core insulation. Cooling ducts of yokes are arranged at certain angle to their bases and form obtuse angle with cooling ducts of legs. Cooling ducts of legs are formed by longitudinal crimps on extreme stack laminations and those of yokes, by crimps on extreme laminations of stacks set at certain angle to their longitudinal axis. EFFECT: simplified design, enhanced electric strength of main insulation, improved cooling conditions. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трансформаторах с принудительной циркуляцией хладагента, в частности элегаза, в системе охлаждающих каналов активной части. The invention relates to electrical engineering and can be used in transformers with forced circulation of the refrigerant, in particular gas, in the system of cooling channels of the active part.

Известна конструкция газонаполненного трансформатора (заявка Японии 2-203506, кл. H 01 F 27/20, 1990г.), содержащая бак с охладителем газа на боковой стенке и активную часть, установленную в баке. Внутри бака установлена система патрубков, направляющих потоки холодного газа снизу вверх в каналы охлаждения элементов активной части. A known construction of a gas-filled transformer (Japanese application 2-203506, class H 01 F 27/20, 1990) containing a tank with a gas cooler on the side wall and an active part installed in the tank. Inside the tank, a system of pipes is installed that directs the flows of cold gas from the bottom up to the cooling channels of the elements of the active part.

Недостатком известной конструкции является сложность системы патрубков и неэффективное использование охлаждающих возможностей газа из-за отсутствия строго направленных каналов в ярмах и стержнях, обеспечивающих поступление газа в нижнее ярмо, переход без потерь в стержни, из стержней в верхнее ярмо и выход газа из ярма вверх. A disadvantage of the known design is the complexity of the nozzle system and the inefficient use of gas cooling capabilities due to the absence of strictly directed channels in the yokes and rods that ensure gas to enter the lower yoke, lossless transition to the rods, from the rods to the upper yoke, and gas exit from the yoke up.

Известна конструкция газонаполненного трансформатора по заявке Японии 2-264408, кл. H 01 F 27/20, 1990г., в которой предложена конструкция каналов охлаждения обмотки, включающая радиальные каналы под обмоткой, образованные дистанцирующими элементами из электроизоляционного материала и осевые каналы, образованные планками, установленными между слоями обмотки. Known design of gas-filled transformer according to the application of Japan 2-264408, class. H 01 F 27/20, 1990., in which the design of the cooling channels of the winding is proposed, including radial channels under the winding, formed by spacing elements of insulating material and axial channels formed by strips installed between the layers of the winding.

Система охлаждения остальных элементов активной части в этой заявке не раскрыта. The cooling system of the remaining elements of the active part is not disclosed in this application.

Недостатком такой конструкции является сообщение осевых каналов через общие радиальные каналы, что в многослойных обмотках не обеспечивает равенства условий охлаждения внутренних и внешних слоев. The disadvantage of this design is the communication of axial channels through common radial channels, which in multilayer windings does not provide equal cooling conditions for the inner and outer layers.

Известна конструкция газонаполненного трансформатора по заявке Японии 2-18907, кл. H 01 F 27/20, 1990г., активная часть которого, включающая магнитопровод с охлаждающими каналами между пакетами стержней и ярем, обмотки с вертикальными каналами охлаждения, ярмовую изоляцию, принята за прототип. Known design of gas-filled transformer according to the application of Japan 2-18907, class. H 01 F 27/20, 1990, the active part of which, including the magnetic circuit with cooling channels between the rod packages and the yoke, windings with vertical cooling channels, yoke isolation, is adopted as a prototype.

Охлаждающие каналы образуют контуры для циркуляции охлаждающего газа. Во избежание появления потоков газа не через активную часть, а через соседние контуры, в каждом контуре, в верхней части, установлены обратные клапаны. The cooling channels form circuits for the circulation of the cooling gas. In order to avoid gas flows not through the active part, but through adjacent circuits, check valves are installed in each circuit in the upper part.

Недостатком такого решения является значительное усложнение конструкции за счет необходимости установки обратных клапанов. The disadvantage of this solution is a significant complication of the design due to the need to install check valves.

Кроме того, установка клапанов значительно повышает гидравлическое сопротивление охлаждающих контуров, снижая эффективность охлаждения активной части трансформатора. In addition, the installation of valves significantly increases the hydraulic resistance of the cooling circuits, reducing the cooling efficiency of the active part of the transformer.

В основу изобретения поставлена задача разработки активной части трансформатора, упрощающая конструкцию и обеспечивающая эффективность охлаждения всех элементов активной части при принудительной циркуляции хладагента наряду с повышением электрической прочности основного изоляционного промежутка. The basis of the invention is the task of developing the active part of the transformer, simplifying the design and ensuring the efficiency of cooling of all elements of the active part during forced circulation of the refrigerant along with an increase in the electric strength of the main insulation gap.

Решение поставленной задачи обеспечивает разработка активной части трансформатора, содержащей магнитопровод, собранный из пакетов электротехнической стали, разделенных охлаждающими каналами, образующими контуры циркуляции хладагента, обмотки с вертикальным изоляционным и охлаждающими каналами, установленные на стержнях магнитопровода и отделенные от его ярем ярмовой изоляцией за счет того, что охлаждающие каналы в ярмах расположены под углом к продольной оси ярмовых пакетов и образуют тупой угол с охлаждающими каналами стержней, при этом охлаждающие каналы в стержнях образованы продольными гофрами, выполненными на крайних пластинах пакетов, а охлаждающие каналы в ярмах образованы гофрами, выполненными на крайних пластинах пакетов под углом к их продольной оси, что обеспечивает направленную циркуляцию хладагента по охлаждающим каналам ярем и стержней магнитопровода при меньшем гидравлическом сопротивлении. The solution to this problem is provided by the development of the active part of the transformer, containing a magnetic circuit assembled from packages of electrical steel separated by cooling channels forming circuits of the refrigerant, windings with vertical insulating and cooling channels installed on the cores of the magnetic circuit and separated from its core by yoke insulation due to that the cooling channels in yokes are located at an angle to the longitudinal axis of the yoke packets and form an obtuse angle with the cooling channels of the rods, At the same time, the cooling channels in the rods are formed by longitudinal corrugations made on the extreme plates of the bags, and the cooling channels in yokes are formed by corrugations made on the extreme plates of the packages at an angle to their longitudinal axis, which provides directional circulation of the refrigerant through the cooling channels with the jar and the cores of the magnetic circuit with a smaller hydraulic resistance.

Для снижения напряженности электрического поля вблизи ярем и повышения электрической прочности ярмовой изоляции верхняя часть нижнего ярма по длине межстержневого промежутка закрыта электростатическим экраном, причем нижняя часть верхнего ярма по длине межстержневого промежутка также закрыта электростатическим экраном. To reduce the electric field near the yoke and increase the electrical strength of the yoke insulation, the upper part of the lower yoke along the length of the inter-rod gap is closed by an electrostatic screen, and the lower part of the upper yoke along the length of the inter-rod gap is also closed by an electrostatic screen.

Для повышения электрической прочности изоляционного канала между обмотками низкого напряжения (НН) и высокого напряжения (ВН) дистанцирующие рейки не устанавливаются в зоне наибольшей напряженности электрического поля, а для фиксации обмоток в радиальном направлении по торцам изоляционного канала расположены вкладыши из диэлектрика. To increase the dielectric strength of the insulation channel between the low voltage (LV) and high voltage (HV) windings, the distance rails are not installed in the zone of the greatest electric field strength, and insulators are located on the ends of the insulation channel to fix the windings in the radial direction.

Для обеспечения требуемых условий охлаждения всех слоев обмоток в нижней ярмовой изоляции под обмотками установлена перегородка из диэлектрика, при этом в нижней ярмовой изоляции и перегородке выполнены калиброванные отверстия для прохода хладагента в охлаждающие каналы обмоток. To provide the required cooling conditions for all layers of the windings in the lower yoke insulation, a dielectric partition is installed under the windings, while in the lower yoke insulation and the partition there are calibrated openings for the passage of refrigerant into the cooling channels of the windings.

Изобретение позволяет в трансформаторе использовать элегаз не только в качестве изоляции, но и в качестве охлаждающей среды, направить поток хладагента в нужном объеме вдоль нагретых элементов активной части, улучшить условия охлаждения активной части трансформатора и повысить электрическую прочность основного изоляционного промежутка. EFFECT: invention makes it possible to use SF6 gas in a transformer not only as insulation, but also as a cooling medium, direct the flow of refrigerant in the required volume along heated elements of the active part, improve the cooling conditions of the active part of the transformer and increase the electric strength of the main insulation gap.

Изобретение целесообразно использовать в трансформаторах с принудительной циркуляцией хладагента. The invention is advisable to use in transformers with forced circulation of the refrigerant.

Сущность изобретения поясняется нижеприведенным описанием и чертежами, где:
фиг. 1 - общий вид активной части трансформатора с сечением по оси одного стержня с обмотками,
фиг. 2 - вид А по фиг. 1,
фиг. 3 - сечение В-В по фиг. 2.The invention is illustrated by the following description and drawings, where:
FIG. 1 is a General view of the active part of the transformer with a cross section along the axis of one rod with windings,
FIG. 2 is a view A of FIG. 1,
FIG. 3 is a section BB of FIG. 2.

Активная часть силового трансформатора по изобретению содержит магнитопровод 1, на стержнях 2 и 3 которого установлены обмотка 4 низкого напряжения (НН), обмотка 5 высокого напряжения (ВН) и регулировочная обмотка 6 (РО) (см. фиг. 1). The active part of the power transformer according to the invention contains a magnetic circuit 1, on the rods 2 and 3 of which a low voltage (LV) winding 4, a high voltage winding 5 and a control winding 6 (PO) are installed (see FIG. 1).

Вышеуказанные обмотки 4, 5, 6 разделены охлаждающими каналами 7, образованными рейками 8, установленными вертикально, и изоляционным каналом 9 между обмотками НН 4 и ВН 5. The above windings 4, 5, 6 are separated by cooling channels 7 formed by rails 8 mounted vertically and an insulating channel 9 between the windings HH 4 and HH 5.

Стержни 2 и 3 магнитопровода 1 соединены нижним и верхним ярмами 10 и 11. The rods 2 and 3 of the magnetic circuit 1 are connected by the lower and upper yokes 10 and 11.

Торцы обмоток 4, 5, 6 отделены от ярем 10, 11 ярмовой изоляцией 12 и 13. The ends of the windings 4, 5, 6 are separated from the yoke 10, 11 by yoke insulation 12 and 13.

На верхней стороне нижнего ярма 10 под ярмовой изоляцией 12 установлен электростатический экран 14, закрывающий верхнюю сторону ярма по всей длине межстержневого промежутка (см. фиг. 1). On the upper side of the lower yoke 10, under the yoke insulation 12, an electrostatic screen 14 is installed that covers the upper side of the yoke along the entire length of the inter-rod gap (see Fig. 1).

На нижней стороне верхнего ярма 11 установлен электростатический экран 15 по всей длине межстержневого промежутка. An electrostatic screen 15 is installed on the lower side of the upper yoke 11 along the entire length of the inter-rod gap.

Под обмотками 4, 5, 6, как составная часть ярмовой изоляции 12, установлена перегородка 16 из диэлектрика, по форме и размерам соответствующая горизонтальному сечению полости бака (не показан) трансформатора. Under the windings 4, 5, 6, as part of the yoke insulation 12, a dielectric wall 16 is installed, corresponding in shape and size to the horizontal section of the tank cavity (not shown) of the transformer.

Стержни 2, 3 и ярма 10, 11 магнитопровода 1 набраны из пакетов 17 электротехнической стали, разделенных охлаждающими каналами 18 (см. фиг. 2). The rods 2, 3 and the yoke 10, 11 of the magnetic circuit 1 are drawn from packages 17 of electrical steel, separated by cooling channels 18 (see Fig. 2).

Охлаждающие каналы стержней 2 и 3 образованы продольными гофрами 19, выполненными на крайних пластинах пакетов 17, а охлаждающие каналы ярем 10 и 11 образованы гофрами 20, выполненными под углом 45^o к продольной оси крайних пластин ярмовых пакетов 17 и направленными к гофрам 19 пластин стержневых пакетов 17, образуя тупой угол с ними, т.е. гофры 20 в ярмах 10 и 11 наклонены от поперечной оси пластины в стороны ее торцов (фиг. 3).The cooling channels of the rods 2 and 3 are formed by longitudinal corrugations 19 made on the extreme plates of the packages 17, and the cooling channels by the yoke 10 and 11 are formed by the corrugations 20 made at an angle of 45 ^° to the longitudinal axis of the extreme plates of the yoke packages 17 and directed to the corrugations 19 of the plates of the rod packages 17, forming an obtuse angle with them, i.e. corrugations 20 in yokes 10 and 11 are inclined from the transverse axis of the plate to the sides of its ends (Fig. 3).

Вертикальный изоляционный канал 9 образован диэлектрическими вкладышами 21, установленными по торцам канала (см. фиг. 1). The vertical insulating channel 9 is formed by dielectric inserts 21 mounted at the ends of the channel (see Fig. 1).

В ярмовой изоляции 12 и перегородке 16 выполнены калиброванные отверстия 22 для прохода хладагента в охлаждающие каналы 7 обмоток 4, 5, 6. In the yoke insulation 12 and the partition 16, calibrated holes 22 are made for the passage of the refrigerant into the cooling channels 7 of the windings 4, 5, 6.

Число и размер отверстий 22 выбраны таким образом, что создается оптимальное распределение хладагента между обмотками 4, 5, 6. The number and size of holes 22 are selected so that an optimal distribution of refrigerant between windings 4, 5, 6 is created.

В заявляемой активной части трансформатора контур направленной циркуляции хладагента внутри трансформатора формируется в охлаждающих каналах 18 стержней 2, 3 и ярем 10, 11, что интенсифицирует охлаждение магнитной системы. In the inventive active part of the transformer, the directional circulation circuit of the refrigerant inside the transformer is formed in the cooling channels 18 of the rods 2, 3 and the yoke 10, 11, which intensifies the cooling of the magnetic system.

Установка перегородки 16, разделяющей бак (не показан) трансформатора на две части, исключает необходимость применения сложной системы патрубков для направления хладагента и значительно уменьшает гидравлическое сопротивление контура охлаждения внутри бака (не показан) трансформатора. The installation of the partition 16 dividing the tank (not shown) of the transformer into two parts eliminates the need for a complex system of pipes to direct the refrigerant and significantly reduces the hydraulic resistance of the cooling circuit inside the tank (not shown) of the transformer.

Параллельные потоки хладагента принудительно направлены вдоль нагретых элементов активной части - магнитопровода 1 и обмоток 4, 5, 6, при этом элегаз используется не только как изолирующее вещество, но и как охлаждающее вещество. Parallel refrigerant flows are forcibly directed along the heated elements of the active part - magnetic circuit 1 and windings 4, 5, 6, while SF6 gas is used not only as an insulating substance, but also as a cooling substance.

Формирование каналов 18 гофрами 19, 20 на крайних пластинах пакетов 17 стержней 2, 3 и ярем 10, 11 повышает стабильность охлаждающих каналов, уменьшает расход изоляционных материалов и упрощает сборку магнитной системы. The formation of the channels 18 with corrugations 19, 20 on the extreme plates of the packages 17 of the rods 2, 3 and the yoke 10, 11 increases the stability of the cooling channels, reduces the consumption of insulating materials and simplifies the assembly of the magnetic system.

Заявляемая активная часть трансформатора позволяет:
- создать оптимально распределенный контур охлаждения активной части трансформатора за счет параллельных потоков хладагента;
- увеличить электромагнитные нагрузки в трансформаторе, уменьшив при этом его вес и габариты.The inventive active part of the transformer allows you to:
- create an optimally distributed cooling circuit of the active part of the transformer due to parallel flows of refrigerant;
- increase the electromagnetic load in the transformer, while reducing its weight and dimensions.

Claims

1. The active part of the transformer, containing a magnetic circuit whose rods and yokes are composed of packages of plates of electrical steel separated by cooling channels forming a refrigerant circuit, windings with vertical insulating and cooling channels installed on the rods and separated by yoke insulation, characterized in that that the cooling channels in yokes are made at an angle to the longitudinal axis of the extreme plates of the packets and form an obtuse angle with the cooling channels of the rods.

2. The active part according to claim 1, characterized in that the cooling channels in the rods are formed by longitudinal corrugations made on the extreme plates of the packages at an angle to their longitudinal axis.

3. The active part according to claim 1, characterized in that a dielectric partition is installed in the lower yoke insulation with calibrated holes for the passage of refrigerant into the cooling channels of the windings.

4. The active part according to claim 1, characterized in that insulator liners are installed at the ends of the insulation channel of the windings.