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MXPA02008260A - Sistema y metodo para enfriar transformadores. - Google Patents

Sistema y metodo para enfriar transformadores.

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Publication number
MXPA02008260A
MXPA02008260A MXPA02008260A MXPA02008260A MXPA02008260A MX PA02008260 A MXPA02008260 A MX PA02008260A MX PA02008260 A MXPA02008260 A MX PA02008260A MX PA02008260 A MXPA02008260 A MX PA02008260A MX PA02008260 A MXPA02008260 A MX PA02008260A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
cooling
further characterized
transformer
burrs
cooling system
Prior art date
Application number
MXPA02008260A
Other languages
English (en)
Inventor
Geoffrey Thomas Sheerin
Original Assignee
Unifin International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Unifin International Inc filed Critical Unifin International Inc
Publication of MXPA02008260A publication Critical patent/MXPA02008260A/es

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Abstract

Se proveen un sistema y metodo para enfriar transformadores utilizando un permutador termico de fluido a aire para enfriar el fluido dielectrico que fluye a traves del transformador; el sistema incluye tubos de enfriamiento verticales en comunicacion fluida con el transformador para enfriar el fluido dielectrico; los tubos se configuran para crear pasajes de aire verticales de manera que el sistema utilice flujo de aire de con natural y sifonamiento termico para enfriar el fluido.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA ENFRIAR TRANSFORMADORES CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta presente invención se refiere en general al campo del enfriamiento de transformadores y, más particularmente, a un enfriador de fluido dieléctrico para el transformador que utiliza un permutador térmico de fluido a aire.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La industria de la transmisión de energía utiliza transformadores en una variedad de montajes tales como grandes transformadores de energía para aumentar el voltaje en grandes plantas de energía para transmisión subsecuente y utiliza pequeños transformadores de distribución para disminuir el voltaje que alimenta comunidades residenciales y comunidades industriales. Los transformadores pueden tener potencial nominal de salida en los miles de voltios y pueden generar calor sustancial durante la operación. Si este calor no se disipa apropiadamente, el calor puede dañar ai transformador reduciendo su expectativa de vida o aún dejarlo inoperable. La mayoría de los grandes transformadores de energía se sumergen en fluido dieléctrico para aislar y enfriar los componentes. Los fluidos aislantes dieléctricos típicos aceites minerales estándares, aceites minerales de alta temperatura sintéticos de alta temperatura. Durante la operación, los transformadores pueden enfriarse lo suficiente por medio de circulación natural de fluido dieléctrico o aceite en el transformador y al rodear con aire el transformador (ONAN). Utilizando circulación natural de aceite y aire, el fluido circula a través del núcleo del transformador y el permutador térmico exterior o enfriadores mediante convección térmica natural. El enfriador fuera del transformador se diseña para permitir la convección natural de aire. Típicamente, los grandes permutadores térmicos se requieren debido a la ineficacia relativa de convección natural. Para superar la limitación del tipo (ONAN)de enfriamiento, la circulación natural de aceite y sistemas de aire forzados se utilizan (ONAF). El fluido dieléctrico circula a través del núcleo del transformador y enfriadores exteriores mediante convección térmica natural. El permutador térmico o enfriador fuera del transformador se diseña para acomodar los ventiladores que fuerzan el aire sobre el enfriador. Esto mejora las características de enfriamiento de los permutadores térmicos reduciendo así el número de permutadores requeridos para lograr la misma cantidad de enfriamiento. Esto también conduce a dimensiones totales más pequeñas de la combinación del transformador/enfriador. Para incrementar la capacidad de calor aún más, se utiliza el enfriamiento de aceite forzado y aire forzado (OFAF). El aceite se fuerza a través del transformador utilizando una bomba. Al incrementar la velocidad de fluido en el transformador se permite una mayor transferencia de calor entre el material del permutador térmico y el fluido. Como con ONAF, el aire se fuerza sobre el permutador térmico incrementando así la eficiencia de enfriamiento del permutador térmico. El radiador es el permutador térmico más común utilizado para enfriar fluidos dieléctricos en transformadores. Los radiadores tienen una variedad de formas y configuraciones. Un tipo de enfriador es un radiador tipo tubo con tubos de acero al carbono soldado en un colector de tubería. Otro tipo más común de enfriador se elabora de paneles de acero al carbono, apilados para formar una unidad del radiador. Estos radiadores se utilizan en un banco que consiste en varias secciones del radiador individuales y pueden asegurarse con pernos directamente en el lado del transformador. Durante la operación, el fluido dieléctrico fluye desde el transformador en los paneles de acero al entrar a la parte superior del radiador y salir en la parte inferior. Para lograr el enfriamiento, el aire fluye verticalmente a través de los paneles del radiador y jala el calor lejos del fluido. Como se discutió anteriormente, la convección natural del aire puede ser insuficiente para lograr las características del enfriamiento deseadas. De este modo, los ventiladores se instalan para facilitar el flujo de aire a través de los paneles del radiador para mejorar el enfriamiento. Sin embargo, los ventiladores se instalan típicamente de manera que el aire fluya horizontalmente a través de los paneles y de esta forma, no toma ventaja de las propiedades de flujo térmico naturales del aire ^circundante. Además, la tecnología del radiador actual requiere una gran cantidad de espacio para enfriar el fluido dieléctrico. Los paneles del radiador individuales se vuelven menos eficientes a medida que el mecanismo de transferencia de calor y la cantidad requerida de enfriamiento se incrementa. Los rad ¡arares tipo panel generalmente se construyen a partir de material delgado y tienen una costura longitudinal soldada alrededor de la periferia de cada panel. Esta costura es una ubicación principal para corrosión y el diseño necesita enfrentar esta preocupación. Adicionalmente, el acero al carbono y otros materiales utilizados en la construcción de radiadores son conductores de calor relativamente deficientes. Debido a que los radiadores se llenan con fluido dieléctrico, la cantidad de fluido dieléctrico incrementa a medida que el número y tamaño de los radiadores incrementa. Como lo apreciarán los expertos en la técnica, esto no sólo añade costo al transformador sino también incrementa el peso y afecta el centro de gravedad del transformador que requiere rigidez estructural adicional del tanque del transformador. En el modo ONAF, el sistema de enfriamiento utiliza pequeños ventiladores que reducen al mínimo la tensión colocada en el radiador. Los pequeños ventiladores no mueven grandes volúmenes de aire y, de esta manera, si el diseño requiere una cantidad importante de enfriamiento de aire, se requieren muchos ventiladores. Al utilizar muchos ventiladores surgen otros problemas en el sistema de enfriamiento tales como cableado adicional, una I I lÉllílllllillMllÉl i l ll lllll deficiente distribución de aire y mantenimiento incrementado y pérdidas eléctricas. Cuando el radiador opera bajo un flujo de fluido natural, como se describió anteriormente, el flujo de fluidos se genera debido a las diferencias de densidad relativas entre el aceite caliente y el aceite frío. Como en cualquier sistema de fluido, este sistema sigue una curva de flujo contra una resistencia en donde, a medida que la disminución de resistencia o presión del sistema incrementa, disminuye el flujo de fluido. Cuando un solo radiador se considera, los paneles que se encuentran más afuera (lo más lejano del tanque) se observará menos flujo de aceite ya que el aceite tiene que viajar más para alcanzar los paneles exteriores y por lo tanto encuentra más resistencia. De este modo, el proceso de enfriamiento del aceite no se aumenta al máximo y da como resultado un enfriamiento ineficiente del fluido dieléctrico. Aunque la técnica anterior describe varios sistemas para enfriar fluidos dieléctricos que fluyen a través de los transformadores, existe una necesidad de un dispositivo transformador térmico que enfríe los fluidos dieléctricos que sea más eficiente, pequeño y ligero que los dispositivos de enfriamiento de transformadores tradicionales. La presente invención llena estas y otras necesidades, y supera los inconvenientes de la técnica anterior.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Como se describió en general, se provee un sistema de enfriamiento para enfriar un fluido aislante dieléctrico que fluye a través de los transformadores. El sistema incluye uno o más tubos de enfriamiento orientados para obtener una abertura superior y una abertura inferior. Cada tubo tiene una pluralidad de rebabas interiores que se proyectan radialmente y rebabas exteriores que se extienden longitudinalmente a lo largo del mismo. Además, los tubos se interconectan a lo largo del eje longitudinal del mismo mediante porciones de acoplamiento de las rebabas exteriores para formar una configuración de paquetes. Uno o más colectores del distribuidor se proveen que se encuentran en comunicación fluida entre el transformador y las aberturas superiores de los tubos de enfriamiento. Adicionalmente, se proveen uno o más colectores del colector que se encuentran en comunicación fluida entre el transformador y las aberturas inferiores de los tubos de enfriamiento. Finalmente, una pluralidad de canales de aire verticales se forman mediante las rebabas exteriores de la configuración en paquete. En otro aspecto adicional de la invención, se provee un método para enfriar fluido aislante dieléctrico que fluye a través de los transformadores. De conformidad con el método, el fluido aislante dieléctrico se hace circular desde el transformador a través de uno o más tubos verticales y una corriente de aire se hace circular a través de los canales de aire verticales formados mediante la interconexión de los tubos para enfriar el fluido aislante dieléctrico. Se proveen un sistema y método para enfriar transformadores utilizando un permutador térmico fluido a aire para enfriar el fluido dieléctrico que fluye a través del transformador. El sistema incluye múltiples tubos de enfriamiento de aluminio en comunicación fluida con el transformador para enfriar el fluido dieléctrico. Los tubos se configuran para crear pasajes de aire verticales de manera que el sistema utiliza flujo de aire de convección natural de contracorriente para enfriar el fluido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Este y otros objetivos y ventajas de la presente invención serán evidentes fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada de los dibujos de la modalidad preferida de la invención, en los cuales: La figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de enfriamiento del transformador preferido colocado en relación con un transformador eléctrico; la figura 2 es una vista en elevación lateral del sistema de enfriamiento del transformador preferido de la figura 1 , colocado en relación con el transformador eléctrico que se muestra esquemáticamente; la figura 3 es una vista en elevación del extremo de fragmentación, amplificada de la presente invención, tomada a lo largo de la línea 3-3 en la dirección de la flecha que se muestra en la figura 2; la figura 4 es una vista en sección transversal amplificada de los tubos de enfriamiento de la presente invención, tomada a lo largo de la línea 4-4 en la dirección de la flecha que se muestra en la figura 3; y la figura 5 es una vista en elevación lateral del sistema de enfriamiento del transformador preferida de la figura 2 con porciones del transformador eléctrico separadas para ilustrar mejor el flujo de fluido dieléctrico y el flujo de aire durante la operación de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Volviendo ahora a los dibujos con mayor detalle, e inicialmente a las figuras 1 y 2, un sistema de enfriamiento de la presente invención se designa en general mediante el número de referencia 10. El sistema de enfriamiento 10 se diseña para enfriar un fluido aislante dieléctrico utilizado para aislar térmica y eléctricamente los devanados y otras partes internas de un transformador eléctrico utilizando un permutador térmico de fluido a aire. En una modalidad preferida, el sistema de enfriamiento 10 se comprende de tubos de enfriamiento múltiples 12 en comunicación fluida con un transformador eléctrico 14 por medio de uno o más colectores del distribuidor 16 y colectores del colector 18. El colector del distribuidor 16 conecta la porción vertical superior del transformador 14 con las porciones superiores de los tubos de enfriamiento 12. Los colectores del colector 18, simétricamente idénticos a los colectores del distribuidor 16, conectan la porción vertical inferior del transformador 14 con las porciones inferiores de los tubos de enfriamiento 12. Como se entenderá, numerosas configuraciones de hardware se encuentran disponibles para conectar los tubos de enfriamiento 12 al transformador 14 y se entiende que se incluirán dentro de las enseñanzas de esta invención. La figura 3 es una vista en elevación del extremo fragmentado del sistema de enfriamiento 10, tomada a lo largo de la línea 3-3 en dirección de las flechas que se muestran en la figura 2. Con relación a las figuras 1, 2 y 3, en una modalidad preferida, cada colector del distribuidor 16 tiene un múltiple 20 en comunicación fluida con el transformador. Una o más extensiones de superficie aerodinámica 22 se extienden hacia afuera desde y se encuentran en comunicación fluida con el múltiple 20. La superficie inferior de cada extensión de superficie aerodinámica 22 tiene una pluralidad de aberturas (no se muestran) que se conectan con las porciones superiores de los tubos de enfriamiento 12, y se encuentran en comunicación fluida con los mismos, para completar la conexión al transformador 14. Los colectores del colector 18 son simétricamente idénticos a los colectores del distribuidor 16 y consisten en un múltiple 24 y extensiones de superficie aerodinámica correspondientes 26 en comunicación fluida con las porciones inferiores de los tubos de enfriamiento 12.
Como se describió anteriormente, el sistema de enfriamiento incluye tubos de enfriamiento múltiples 12 en comunicación fluida con el transformador. La figura 4 ilustra una vista en sección transversal amplificada de los tubos de enfriamiento 12 tomada a lo largo de la línea 4-4 que se muestra en la figura 3. Los tubos de enfriamiento 12 preferiblemente son redondos y se fabrican a partir de aluminio extruido. El aluminio tiene propiedades útiles ya que es un buen conductor de calor, es ligero en cuanto a peso y no se corroe. Como se entenderá, cualquier material que tenga estas características puede incluirse dentro de las enseñanzas de la invención. Como se discutió subsecuentemente con gran detalle, cada tubo de enfriamiento 12 tiene un canal de fluido vertical 28 y una pluralidad de rebabas exteriores separadas que permiten a los tubos de enfriamiento múltiples 12 conectarse entre sí de tal manera para formar canales de aire verticales 30 en una configuración tipo panal de miel. Preferiblemente, cada tubo de enfriamiento 12 tiene una pared 32, seis rebabas interiores que se extienden radialmente, separadas, 34, seis rebabas de enfriamiento exteriores que se extienden radialmente, separadas 36, tres rebabas de garra exteriores que se extienden radialmente, separadas, 38, y tres rebabas de bola exteriores que se extienden radialmente, separadas, 40, alternativamente separadas entre las rebabas de enfriamiento exteriores 36. Todas las rebabas se extienden longitudinalmente a lo largo de la superficie de la pared del tubo de enfriamiento 32 de cada tubo de enfriamiento 12.
Las seis rebabas interiores 34 se extienden desde la superficie interior de la pared del tubo de enfriamiento 32, y se separan de manera uniforme alrededor de la circunferencia interior de la pared del tubo de enfriamiento 32. Las rebabas interiores 34 se extienden radialmente hacia adentro hacia el centro del tubo de enfriamiento 12 para una distancia de aproximadamente la mitad del radio del tubo de enfriamiento. Estas rebabas interiores 34 ayudan a apartar el calor del fluido dieléctrico a medida que fluye a través del tubo de enfriamiento 12. Las doce rebabas exteriores 36, 38 y 40 se extienden longitudinalmente a lo largo de la superficie exterior de la pared del tubo de enfriamiento 32, y se extienden radialmente hacia afuera desde la pared del tubo de enfriamiento 32 para una distancia de aproximadamente el diámetro del tubo de enfriamiento 12. Además, todas las rebabas interiores y exteriores 34, 36, 38 y 40 tienen ranuras longitudinales o canales a lo largo de las superficies de las rebabas. Esto crea un área superficial adicional para permitir un mejor enfriamiento del fluido dieléctrico que fluye a través del interior del tubo de enfriamiento 12. Las rebabas de garra exteriores 38 y las rebabas de bola exteriores 40 se conectan a la pared del tubo 32 y se separan de manera uniforme alrededor de la circunferencia de la pared del tubo 32 entre las rebabas de enfriamiento exteriores 36 en una manera alternante. Las tres rebabas de garra exteriores 38 y las tres rebabas de bola exteriores 40 se colocan a lo largo de la pared del tubo de enfriamiento 32 en una manera que cuando se observa en los tubos de enfriamiento 12 en sección transversal como se muestra en la figura 4, estas rebabas exteriores 38 y 40 aparecen contiguas con las seis rebabas interiores 34, como si proyectaran desde el interior del tubo de enfriamiento 12 fuera a través de la pared del tubo de enfriamiento 32. Además, las rebabas se disponen de manera que cuando se mueven en relación con la dirección de las manecillas del reloj alrededor de la pared del tubo de enfriamiento 32, una rebaba de enfriamiento 36 es seguida por una rebaba de garra 38 que es seguida por otra rebaba de enfriamiento 36 que posteriormente es seguida por una rebaba de bola 40. Las rebabas de garra 38 y las rebabas de bola 40 tiene una sección de garra 42 y una sección de bola 44, respectivamente, unidas a sus extremos terminales. Las rebabas de garra 38 y las rebabas de bola 40 se diseñan de manera que múltiples tubos 12 puedan conectarse juntos para acoplar la sección de garra 42 y la sección de bola 44 para crear una estructura o paquete de enclavamiento tipo panal de miel 46 para el sistema de enfriamiento. El paquete 46 creado al conectar los tubos de enfriamiento 12 entre sí crea canales de aire verticales o pasajes 30. Los canales de aire 30 se extienden a lo largo de toda la superficie exterior de las rebabas del tubo de enfriamiento 36, 38 y 40 y permiten que el aire viaje verticalmente desde la parte inferior del sistema de enfriamiento 10 a la parte superior utilizando convección natural y sifonamiento térmico. El sifonamiento térmico o el "efecto de chimenea" ocurre cundo el aire atrapado en el espacio confinado creado por los tubos de enfriamiento y sus rebabas exteriores asociadas se expanden jÉÉflitiiÉÉiteti^Jií rápidamente en la dirección vertical. La rápida expansión de aire en la dirección vertical ascendente genera una velocidad de flujo de aire superior que da como resultado mayores propiedades de transferencia de calor. De este modo, el efecto de chimenea utiliza las propiedades naturales del aire que fluye y produce mayor enfriamiento del fluido dieléctrico. Como se entenderá, otras configuraciones de los tubos de enfriamiento 12 que utilizan el sifonamiento término de aire para enfriar el fluido dieléctrico se encuentran dentro de las enseñanzas de la invención. La figura 5 es una vista esquemática del sistema de enfriamiento y transformador relacionado de la figura 2, ilustra además el fluido dieléctrico y el flujo de aire de la presente invención. Durante la operación, el calor producido mediante el transformador 14 provoca que el fluido dieléctrico 48 que rodea el núcleo del transformador 50 se conduzca hasta la parte superior del compartimiento de transformador 52 y en los colectores del distribuidor 16. Los múltiples 20 dentro de los colectores del distribuidor 16 reciben el fluido 48 y a medida que el fluido inicia el enfriamiento, desciende a través de los tubos de enfriamiento individuales 12 por medio de las extensiones de superficie aerodinámica 22. El fluido dieléctrico 48 se enfría rápidamente en los tubos de enfriamiento 12 y desciende hacia las extensiones de superficie aerodinámica 26 en los colectores de recolección 18. El fluido 48 entonces fluye en el múltiple 24 del colector del colector 18 y posteriormente en el compartimiento del transformador 52, en donde se calienta e inicia el ciclo de nueva cuenta. Como se entenderá, muchos fluidos pueden utilizarse como fluidos dieléctricos incluyendo aceites minerales y fluidos sintéticos de alta temperatura. Durante el proceso de enfriamiento, el área ambiental se introduce en el sistema de enfriamiento 10 en la dirección que se muestra mediante la flecha 54 en donde se calienta primero ligeramente mediante colectores de recolección 18 en la porción inferior del sistema de enfriamiento 10. Entonces el aire pasa hacia arriba a través de los canales de aire verticales 30 en donde se calienta, se expande y se acelera. Finalmente, el aire sale del sistema de enfriamiento 10 al fluir más allá de los colectores del distribuidor 16 a la atmósfera ambiental en la dirección como se muestra mediante la flecha 56, portando el calor desde el fluido dieléctrico 48 con él. Como se discutió anteriormente, la convección natural del flujo de aire vertical logra un enfriamiento más eficiente del fluido dieléctrico. Como se entenderá, otros métodos de flujo de aire vertical a través del sistema de enfriamiento se encuentran dentro de las enseñanzas de la invención. Como con el permutador térmico del transformador tradicional o sistemas de enfriamiento, el aire forzado, fluido forzado y la combinación de los dos puede utilizarse para lograr un enfriamiento adicional del fluido dieléctrico. En un aceite natural, la configuración de aire forzado (ONAF), los ventiladores 58 (figura 2, 3 y 4) se conectan a la parte inferior de los paquetes 46. Esto provee un flujo de aire vertical incrementado sobre los tubos de enfriamiento 12, que a su vez proveen un enfriamiento mayor del fluido dieléctrico.
El enfriamiento adicional puede lograrse al utilizar un aceite forzado, configuración de aire natural (OFAN). Las bombas (no se muestran) se instalan en el interior del transformador para incrementar el flujo de fluido a través del núcleo 50 y a través de los tubos de enfriamiento 12. Esto también tiene el efecto de incrementar el enfriamiento del fluido dieléctrico. Combinar el aceite forzado, aire forzado (OFAF) provee características de enfriamiento mejores del sistema de enfriamiento. Construido y operado como se describió anteriormente, el sistema de enfriamiento utiliza tubos de enfriamiento de aluminio verticales múltiples para remover el calor del fluido dieléctrico en transformadores eléctricos. En una configuración preferida, los tubos conectados forman canales de aire verticales que utilizan convección natural y sifonamiento térmico para enfriar el fluido dieléctrico que fluye a través de los tubos de enfriamiento. Al utilizar el sifonamiento térmico se crea un mayor enfriamiento del fluido al utilizar las propiedades térmicas naturales del aire que fluye a través del sistema de enfriamiento. De este modo, en situaciones en donde se logra un enfriamiento mayor en radiadores convencionales al instalar ventiladores para forzar el aire horizontalmente a través del radiador, el número de ventiladores puede reducirse o eliminarse en su totalidad con el sistema de enfriamiento de la presente invención para lograr el mismo nivel de enfriamiento que se observa con los diseños del radiador convencionales. Debido a las eficiencias de enfriamientos superiores experimentadas con la presente invención, pocos tubos de enfriamiento se requieren para enfriar un transformador. Pocos tubos de enfriamiento dan como resultado un permutador térmico de fluido a aire que sea significativamente más pequeño y ligero que los diseños del radiador de los transformadores convencionales. Las consideraciones en cuanto al tamaño son importantes en los diseños del transformador, particularmente para transformadores utilizados en áreas con espacio limitado, tales como áreas urbanas con área de tierra limitada para instalar sub-estaciones del transformador. Pequeños sistemas de enfriamiento también reducen la tensión mecánica del transformador. Además, menos fluido dieléctrico se requiere para enfriar el transformador debido al poco número de tubos. Otra ventaja con la presente invención es que los tubos de enfriamiento se elaboran de aluminio. Esto además reduce el peso del sistema de enfriamiento del radiador y evita una tensión no deseada en la estructura del transformador. El aluminio es también un conductor térmico mejor que el acero al carbono utilizado en los diseños del radiador del transformador convencionales. Las costuras longitudinales soldadas en los radiadores del transformador son ubicaciones principales para corrosión. El sistema de enfriamiento configurado como se discutió anteriormente utiliza aproximadamente 15% de las costuras longitudinales soldadas utilizadas en los radiadores del transformador convencionales y, de esta manera, reduce las oportunidades para el deterioro de la estructura del sistema de enfriamiento.
De lo anterior, podrá observarse que esta invención se adapta bien para lograr todos los fines y objetivos anteriores establecidos con otras ventajas que son inherentes a la estructura. Se entenderá que ciertas características y sub-combinaciones son de utilidad y se pueden emplear sin referencia a otras características y sub-combinaciones. Esto se contempla mediante y se encuentra dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (23)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- Un sistema para enfriar un fluido aislante dieléctrico que fluye a través de un transformador, dicho sistema comprende: un paquete de tubos de enfriamiento alargados para utilizarse con dicho transformador que contiene un fluido aislante dieléctrico, dicho paquete tiene un eje longitudinal y se adapta y se dispone para montarse a lo largo de dicho transformado con dicho eje orientado en una condición vertical, dicho paquete incluye una pluralidad de tubos de enfriamiento alargados que se extienden a lo largo de dicho eje, cada tubo tiene un extremo abierto superior y un extremo abierto inferior; uno o más colectores del distribuidor dispuestos y adaptados para interconectar el transformador y los extremos abiertos superiores de los tubos de enfriamiento de manera que el transformador y dichos extremos abiertos superiores de los tubos se encuentren en comunicación fluida entre sí; y uno o más colectores del colector dispuestos y adaptados para interconectar el transformador y los extremos abiertos inferiores de los tubos de enfriamiento de manera que el transformador y dichos extremos abiertos inferiores de los tubos se encuentren en comunicación fluida entre sí, dichos tubos incluyendo al menos una rebaba externa alargada que se extiende longitudinalmente a lo largo de una superficie exterior del tubo y se proyecta hacia afuera lejos de dicha superficie exterior, dichas rebabas se disponen y configuran para cooperar con dicha unión permanente entre sí para presentar una pluralidad de canales de aire delimitados que se extienden a lo largo de dicho eje entre dichos colectores.
2.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos tubos de enfriamiento cada uno comprende una pluralidad de rebabas externas.
3.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos tubos de enfriamiento, comprenden una rebaba interna alargada que se extiende longitudinalmente a lo largo de una superficie interior de la misma y se proyecta hacia adentro lejos de dicha superficie interior.
4.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dichos tubos de enfriamiento cada uno comprende una pluralidad de dichas rebabas internas.
5.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dichos tubos de enfriamiento cada uno comprende una pluralidad de rebabas internas alargadas que se extienden longitudinalmente a lo largo de una superficie interior de la misma y se proyecta hacia adentro lejos de dicha superficie interior.
6.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 , 2, 3, 4 ó 5, caracterizado además porque las rebabas cada una tiene al menos una ranura que se extiende longitudinalmente en una toM .,.y?&-íZ¿ZZ*?yy-?&x ' t.4 f? | superficie de la misma, dicha ranura se extiende en una dirección a lo largo de dicho eje.
7.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 3, 4 ó 5, caracterizado además porque las rebabas internas y las rebabas externas se separan de manera uniforme.
8.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la primera porción de dicha rebaba externa comprende rebabas de garra, cada una con una garra en un extremo terminal de la misma.
9.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la segunda porción de dicha rebaba externa comprende rebabas de bola, cada una con una bola en un extremo terminal de la misma.
10.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dichas garras y dichas bolas se disponen y configuran para permitir dicha cooperación sin unión permanente.
11.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado además porque una tercera porción de dicha rebaba externa comprende rebabas de enfriamiento que no tienen bolas o garras en sus extremos terminales.
12.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los tubos de enfriamiento se elaboran de aluminio.
13.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque uno o más colectores del distribuidor incluyen al menos una extensión del distribuidor alargada que se extiende hacia afuera lejos del transformador e incluye una superficie inferior 5 que tiene una pluralidad de aberturas en la misma y una cubierta superior que presenta una configuración de superficie aerodinámica de borde de salida que se extiende hacia arriba.
14.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque cada una de las aberturas en l_ 10 dicha superficie inferior se encuentra en comunicación fluida con el extremo abierto superior de un tubo de enfriamiento correspondiente.
15.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1 ó 13, caracterizado además porque uno o más de los colectores del colector ¡ncluyen al menos una extensión del colector alargada 15 que se extiende hacia afuera lejos del transformador e incluye una superficie superior que tiene una pluralidad de aberturas en la misma y una cubierta inferior que presenta una configuración de superficie aerodinámica de borde de salida que se extiende hacia abajo.
16.- El sistema de enfriamiento de conformidad con la 20 reivindicación 15, caracterizado además porque cada una de las aberturas en dicha superficie superior se encuentra en comunicación fluida con el extremo abierto inferior de un tubo de enfriamiento correspondiente.
17.- El sistema de enfriamiento de conformidad non la reivindicación 1 , caracterizado además porque los tubos de enfriamiento en el compartimiento se interconectan en una disposición en forma de panal de miel.
18.- Un método para enfriar un fluido aislante dieléctrico que fluye a través de un transformador, dicho método comprende: hacer circular el fluido aislante dieléctrico a partir de un transformador hacia abajo a través de un paquete de tubos de enfriamiento alargados, dicho paquete tiene un eje longitudinal y se adapta y se dispone para montarse a lo largo de dicho transformador con dicho eje orientado en una condición vertical, dicho paquete incluye una pluralidad de tubos de enfriamiento alargados que se extienden a lo largo de dicho eje, cada tubo tiene una rebaba externa alargada que se extiende longitudinalmente a lo largo de una superficie exterior del tubo y se proyecta hacia afuera lejos de dicha superficie exterior; y que provoca que el aire fluya hacia arriba a través de canales de aire delimitados que se extienden a lo largo de dicho eje formado mediante la interconexión no permanente de dichas rebabas para enfriar así el fluido aislante dieléctrico.
19.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicho aire se hace fluir hacia arriba como resultado de la convección térmica natural.
20.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicho aire se hace fluir hacia arriba como resultado del sifonamiento térmico. á M?MmÉá?k mm ^
21.- El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque dicho aire se hace fluir hacia arriba como resultado de flujo de aire forzado.
22.- El método de conformidad con la reivindicación 18, 19, 20 ó 21 , caracterizado además porque dicha circulación de dicho fluido aislante dieléctrico ocurre como resultado de la convección térmica natural.
23.- El método de conformidad con la reivindicación 18, 19, 20 ó 21, caracterizado además porque dicha circulación de dicho fluido aislante dieléctrico ocurre como resultado del flujo de fluido aislante dieléctrico forzado.
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Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6742342B1 (en) 2003-05-13 2004-06-01 Praxair Technology, Inc. System for cooling a power transformer
US6967556B2 (en) * 2003-06-30 2005-11-22 International Business Machines Corporation High power space transformer
US7081802B2 (en) * 2004-03-31 2006-07-25 Praxair Technology, Inc. System for cooling a power transformer
DE102004021107A1 (de) * 2004-04-29 2005-11-24 Bosch Rexroth Ag Flüssigkeitskühlung für Eisenkern und Wicklungspakete
DE102004054180A1 (de) * 2004-11-10 2006-05-11 Abb Technology Ag Wärmetauscher für einen Transformator
US8267166B2 (en) * 2005-04-05 2012-09-18 Vetco Gray Scandinavia As Arrangement and method for heat transport
US8253076B2 (en) * 2007-10-29 2012-08-28 Smiths Medical Asd, Inc. Respiratory system heater unit
DE102008037311B3 (de) * 2008-08-11 2009-11-05 Compact Dynamics Gmbh Kraftfahrzeugwärmetauscher, auch in einem Kraftfahrzeug
US8717134B2 (en) 2008-09-17 2014-05-06 General Electric Company System with directional pressure venting
US8710946B2 (en) 2008-09-17 2014-04-29 General Electric Company Rupture resistant system
KR101102522B1 (ko) * 2008-11-03 2012-01-03 현대중공업 주식회사 변압기용 히트파이프식 냉각장치
US8461953B1 (en) * 2009-08-18 2013-06-11 Marvin W. Ward System, method and apparatus for transformer cooling
PL2333798T3 (pl) * 2009-12-08 2016-01-29 Abb Schweiz Ag Układ wymiennika ciepła dla transformatorów suchych
CN101887796A (zh) * 2010-07-07 2010-11-17 江苏天力电气有限公司 一种变压器波纹油箱风冷散热导向装置
US7963743B1 (en) * 2010-10-16 2011-06-21 Winter Curt B Wind turbine with improved cooling
US20130056188A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Hamilton Sundstrand Space Systems International Inc. Cooling structure
US20130056190A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Hamilton Sundstrand Corporation Cooling structure
WO2013091890A1 (de) * 2011-12-23 2013-06-27 Schmehmann Rohrverformungstechnik Gmbh Kühlradiator mit flüssigkeitskühlung
KR101239303B1 (ko) * 2013-01-16 2013-03-06 갑 동 김 열교환 타입 변압기 냉각 시스템
ITVI20130201A1 (it) * 2013-07-31 2015-02-01 Convett S R L Radiatore in alluminio a tubi ellittici alettati.
US9466414B2 (en) 2015-02-24 2016-10-11 Cooper Technologies Company Vibration stabilizer for enclosure cooling fins
CN105047367B (zh) * 2015-05-09 2017-03-15 陈学福 可拆卸连接有内翅片的变压器散热器
US10217556B2 (en) 2015-11-03 2019-02-26 Carte International Inc. Fault-tolerant power transformer design and method of fabrication
CN105374515A (zh) * 2015-11-19 2016-03-02 铜陵瑞博电子科技有限公司 一种油浸式变压器
DE102016200744A1 (de) 2016-01-20 2017-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Transformator mit temperaturabhängiger Kühlung
CN105863238A (zh) * 2016-05-16 2016-08-17 江苏业强脚手架科技发展有限公司 一种折流增强换热型筒状脚手架
US9961806B2 (en) 2016-05-19 2018-05-01 Power Distribution Systems Development LLC Systems and methods for transformer cooling by vertical airflow
AT518986B1 (de) * 2016-10-07 2018-03-15 Dipl Ing Thomas Euler Rolle Wärmetauscher
JPWO2018139649A1 (ja) * 2017-01-30 2019-11-14 京セラ株式会社 熱交換器
US10130009B2 (en) 2017-03-15 2018-11-13 American Superconductor Corporation Natural convection cooling for power electronics systems having discrete power dissipation components
US10193340B2 (en) * 2017-03-15 2019-01-29 American Superconductor Corporation Multi-level cascaded H-bridge STATCOM circulating cooling fluid within enclosure
CA3053258C (en) 2017-04-19 2023-05-09 Abb Schweiz Ag Cooling system and cooling method
JP6972167B2 (ja) 2017-05-10 2021-11-24 アーベーベー・シュバイツ・アーゲーABB Schweiz AG 熱除去が改善された電気装置
KR102003346B1 (ko) * 2017-11-08 2019-07-24 김동빈 건식 변압기 냉각장치
JP6969721B2 (ja) 2017-12-30 2021-11-24 ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフトHitachi Energy Switzerland Ag 変圧冷却回路中でのセンサ利用のためのシステム
DE102018208612A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Transformator
WO2020005076A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 Solarjoule Ip Holdings Improvements to heat exchange
CN108717891A (zh) * 2018-06-26 2018-10-30 淄博鹏太电力设备有限公司 变压器散热装置以及散热方法
CA3114378A1 (en) * 2018-10-19 2020-04-23 Abb Power Grids Switzerland Ag Radiator for a transformer having improved cooling
EP3686535B1 (en) * 2019-01-22 2024-03-06 Hitachi Energy Ltd Condenser
TWI714037B (zh) * 2019-03-26 2020-12-21 緯創資通股份有限公司 用於儲液槽體的氣流產生系統、具有其之浸沒式冷卻設備以及其操作方法
EP3817512B1 (en) * 2019-10-29 2024-04-17 Hitachi Energy Ltd Static electric induction system and method
CN110808147A (zh) * 2019-11-14 2020-02-18 杭州优朴信息技术有限公司 一种结构改良的变压器油箱
EP3904818B1 (en) * 2020-04-30 2024-01-10 Hitachi Energy Ltd Electric arrangement comprising a heat exchanger
EP3905286A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-03 ABB Power Grids Switzerland AG Heat exchanger and electric arrangement comprising heat exchanger
CN113306692B (zh) * 2021-06-02 2022-06-14 中国船舶科学研究中心 一种可调节低流阻舷外冷却器
US20240044587A1 (en) * 2022-08-05 2024-02-08 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with heat transfer augmentation features
US11982499B2 (en) 2022-08-05 2024-05-14 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with heat transfer augmentation features
EP4421832A1 (en) * 2023-02-21 2024-08-28 Hitachi Energy Ltd A transformer arrangement

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR605438A (fr) * 1925-10-30 1926-05-26 Perfectionnements aux cuves des transformateurs à bain d'huile
FR649614A (fr) * 1928-02-23 1928-12-26 G Et J Menges Perfectionnements apportés dans l'établissement des échangeurs thermiques
GB361736A (en) * 1931-02-13 1931-11-26 English Electric Co Ltd Electric transformer and like tanks
DE671286C (de) * 1937-06-05 1939-02-03 Aeg Kuehlgefaess fuer Transformatoren, insbesondere grosser Leistung
FR1374649A (fr) * 1963-10-31 1964-10-09 Zaporozhski Transformatorny Zd Dispositif de refroidissement pour transformateur

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003524893A (ja) 2003-08-19
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IL151394A0 (en) 2003-04-10
US20010032718A1 (en) 2001-10-25
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KR20030007441A (ko) 2003-01-23
CA2401121A1 (en) 2001-08-30

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