DE1184002B

DE1184002B - Cooling device for electrical induction devices

Info

Publication number: DE1184002B
Application number: DEW33679A
Authority: DE
Inventors: Francis T Begley
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1962-01-24
Filing date: 1963-01-12
Publication date: 1964-12-23

Description

Kühleinrichtung für elektrische Induktionsapparate Bei elektrischen Induktionsapparaten, insbesondere bei Transformatoren mit flüssiger Isoliermittelfüllung wird, wenn die am aktiven Teil des Apparates entstehende Verlustwärme nicht infolge der durch den natürlichen Wärmeauftrieb hervorgerufenen Umwälzung des den aktiven Teil umgebenden Dielektrikums nach außen an die Atmosphäre abführbar ist, mit Hilfe zusätzlicher mechanischer Mittel, wie Pumpen, eine verstärkte künstliche Isoliermittelumwälzung erzwungen und dabei das zu kühlende Dielektrikum durch am Apparatgehäuse angebrachte Wärmeaustauscher getrieben. Derartige Kühleinrichtungen sind teuer und äußerst raumaufwendig. Besonders nachteilig ist aber, daß die mechanischen Teile eine dauernde Überwachung erfordern und vor allem dem Verschleiß unterliegen.Cooling device for electrical induction devices. In the case of electrical Induction apparatus, especially in the case of transformers with liquid insulating material filling if the heat loss generated on the active part of the device is not due to the circulation of the active one caused by the natural heat buoyancy Part of the surrounding dielectric can be discharged to the outside to the atmosphere, with the help additional mechanical means, such as pumps, an increased artificial circulation of the isolating medium forced and thereby the dielectric to be cooled by attached to the apparatus housing Heat exchanger driven. Such cooling devices are expensive and extremely space-consuming. However, it is particularly disadvantageous that the mechanical parts require constant monitoring require and, above all, are subject to wear and tear.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kühleinrichtung zu schaffen, mit der die vorstehend genannten Nachteile vermeidbar sind und die vor allem ohne bewegliche, der Abnutzung unterworfene Bauteile auskommt.The object of the invention is to provide an improved cooling device create, with which the above-mentioned disadvantages can be avoided and the before all without moving parts subject to wear and tear.

Die Erfindung geht aus von dem bekannten Peltiereffekt, nach dem ein durch zwei miteinander verbundene metallische Leiter geschickter Gleichstrom an der Verbindungsstelle außer der Jouleschen Wärme noch eine Erwärmung bzw. Abkühlung bewirkt, die nicht von der Stromrichtung abhängt, Gemäß der Erfindung wird zur Erreichung des gesteckten Zieles vorgeschlagen, daß im oder am Apparatgehäuse vorzugsweise mehrere thermoelektrische, nach dem Peltiereffekt arbeitende, einen Kaltteil und einen Warmteil besitzende, vom Gleichstrom durchflossene, in Reihe geschaltete Kühlungsvorrichtungen angebracht werden, deren Kaltteil jeweils in wärmeleitender Verbindung mit der den aktiven Apparateteil umgebenden Isoliermittelfüllung und deren Warmteil mit die Wärme gut ableitenden Elementen; inßbesondere der Atmosphäre in Verbindung steht.The invention is based on the known Peltier effect, after which a direct current sent through two metal conductors connected to one another In addition to Joule heat, the junction is also heated or cooled causes, which does not depend on the current direction, According to the invention is to achieve of the set goal proposed that in or on the apparatus housing preferably several thermoelectric, working according to the Peltier effect, a cold part and Cooling devices connected in series with a hot part, through which direct current flows are attached, the cold part each in a thermally conductive connection with the active apparatus part surrounding insulating agent filling and its warm part with the Heat dissipating elements; especially the atmosphere.

Nachstehend wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele die Erfindung näher erläutert: Die F i g. 1 zeigt eine Ansicht einer thermoelektrischen Kühlungseinheit, die F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen elektrischen Induktionsapparat mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung; in F i g. 3 ist die praktische Anordnung, der Kühleinrichtung bei einem im Vertikalschnitt <gezeigten Transformator zu erkennen; die F i g. 4 bringt eine abgeänderte Form der Anbringung der Kühleinrichtung an einer Kesselwand. Die in F i g. 1 gezeigte Kühlungsvorrichtung 10 besitzt ein positives Thermoelement 12 und ein negatives Thermoelement 14. Auf der einen Seite, nämlich an den Enden 18 und 20, sind diese beiden Teile durch ein elektrisch leitendes metallisches Band oder Brücke 16, z. B. aus Kupfer, Silber od. dgl. miteinander verbunden. Um einen guten elektrischen Kontakt sowie eine gute wärmeleitende Verbindung zu erhalten, sind die Enden 18 und 20 mit einem in bekannter Weise aufbringbaren Metallüberzug versehen, an den die Brücke 16 vorzugsweise angeschweißt oder hartgelötet wird. Um die Oberfläche der Brücke zu vergrößern, kann diese mit geeigneten, die Wärmeleitung begünstigenden Rippen. u. dgl. versehen werden. An ihren anderen Enden tragen die Thermoelemente 12 und 14 Metallplatten 22 bzw. 24, die an den gleichfalls mit einer Metallschicht überzogenen Enden der Teile 12 und 14 wiederum durch Schweißen oder Löten befestigt sind. Auch die Platten 22 und 24 können mit ihre Oberfläche vergrößernden Rippen od. dgl. versehen sein, nm dadurch die Wärmeabfuhr an das umgebende Medium zu begünstigen. An den Platten 22 und 24 ist je ein elektrischer Leiter angeschlossen, die über einen Schalter 27 und einen einen Gleichstrom liefernden Stromerzeuger, z. B. eine Batterie 26 miteinander verbunden sind. Wenn der Schalter 27 geschlossen wird, fließt von der Gleichstromquelle 26 ein Strom durch die Thermoelemente 12 und 14 sowie die diese miteinander verbindende Brücke 16. Dabei wird an den den Kaltteil darstellenden Enden 18 und 20 und der Brücke 16 eine Abkühlung erreicht, während an den Platten 22 und 24, die den sogenannten Warmteil darstellen, Wärme entsteht, die an die Umgebung abströmt. Da bei Transformatoren in der Regel eine Kühleinrichtung 10 für eine wirkungsvolle Kühlung nicht ausreichen wird, ordnet man vorzugsweise mehrere solcher Einrichtungen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, so an, daß jeweils ihr Kaltteil 16, 18, 20 mit dem zu kühlenden Medium, z. B. dem Transformatorenöl, in Verbindung steht und die Warmteile 22 und 24 wieder mit dem die Wärme aufnehmenden Medium, z. B. der Atmosphäre, in Verbindung stehen.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing: FIG. 1 shows a view of a thermoelectric cooling unit, the FIG. 2 shows a schematic representation of an electrical induction apparatus with the cooling device according to the invention; in Fig. 3 is the practical arrangement to recognize the cooling device in a transformer shown in vertical section <; the F i g. 4 brings a modified form of attachment of the cooling device to a boiler wall. The in F i g. 1 shown cooling device 10 has a positive thermocouple 12 and a negative thermocouple 14. On the one hand, namely at the ends 18 and 20, these two parts are by an electrically conductive metallic tape or bridge 16, z. B. of copper, silver or the like. Interconnected. In order to obtain a good electrical contact and a good thermally conductive connection, the ends 18 and 20 are provided with a metal coating which can be applied in a known manner and to which the bridge 16 is preferably welded or brazed. In order to increase the surface of the bridge, it can be fitted with suitable ribs that promote heat conduction. and the like. At their other ends, the thermocouples 12 and 14 carry metal plates 22 and 24, which are in turn fastened by welding or soldering to the ends of the parts 12 and 14, which are likewise coated with a metal layer. The plates 22 and 24 can also be provided with ribs or the like that increase their surface area, thereby promoting the dissipation of heat to the surrounding medium. An electrical conductor is connected to each of the plates 22 and 24 , which via a switch 27 and a power generator delivering a direct current, e.g. B. a battery 26 are interconnected. When the switch 27 is closed, flows from the DC current source 26 a current through the thermocouple elements 12 and 14 and these interconnecting bridge 16. In this case, 18 and 20 and the bridge 16 achieves a cooling of the performing the cold part ends, while at the Plates 22 and 24, which represent the so-called warm part, heat is generated, which flows off to the environment. Since a cooling device 10 is usually not sufficient for effective cooling in transformers, a plurality of such devices, which are connected in series with one another, are preferably arranged so that each of their cold parts 16, 18, 20 with the medium to be cooled, e.g. . B. the transformer oil, in connection and the hot parts 22 and 24 again with the heat-absorbing medium, for. B. the atmosphere.

Die F i g. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel hierfür, nämlich bei einem Transformator 28. Der Eisenkern ist dabei mit 29 bezeichnet und mit 30 und 32 die beiden Transformatorwicklungen. Die Wicklung 30 ist mit der Stromquelle 34 und die Wicklung 32 mit der Last 36 verbunden. Die beiden Wicklungen sitzen auf den beiden Eisenkernschenkeln, während auf dem Joch eine Hilfswicklung 38 aufgebracht ist. Selbstverständlich kann diese Hilfswicklung auch in anderer Weise auf dem Transformator untergebracht sein. Die Hilfswicklung 38 ist mit einer Reihenschaltung mehrerer, gemäß der Erfindung ausgeführter Kühleinrichtungen 10 verbunden. In Reihe dazu liegt ebenfalls eine Gleichrichteranordnung 40, die den von der Wicklung 38 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom umformt und dadurch die Kühleinrichtung bei Erregung des Transformators 28 ständig mit in gleicher Richtung fließendem Strom speist und damit die Kühlwirkung der Kühleinrichtung 10 sicherstellt. Wie die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 10 sich beispielsweise bei einem Transformator anbringen läßt, zeigt die F i g. 3. Die in Reihe geschalteten Kühleinrichtungselemente 10 sind hierbei im oberen Teil der Kesselseitenwinde 42 angeordnet, und zwar so, daß sich die die Kesselwände durchdringenden Thermoelemente 12 und 14 jeweils mit ihren Kaltteilen auf der Kesselinnenseite in dem den Kern 29 und die Wicklungen 30 und 32 umgebenden Dielektrikum befinden. Die den Warmteil darstellenden Seiten der Thermoelemente durchdringen die Kesselwand und liegen auf der Kesselaußenseite in Luft. Eine mit dem aktiven Transformatorteil magnetisch gekuppelte Hilfswicklung 38 liefert den Speisestrom für die Kühleinrichtung, und zwar über einen Gleichrichter 40. The F i g. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment for this, namely in the case of a transformer 28. The iron core is denoted by 29 and the two transformer windings are denoted by 30 and 32. The winding 30 is connected to the power source 34 and the winding 32 is connected to the load 36. The two windings sit on the two iron core legs, while an auxiliary winding 38 is applied to the yoke. Of course, this auxiliary winding can also be accommodated on the transformer in some other way. The auxiliary winding 38 is connected to a series circuit of several cooling devices 10 designed according to the invention. In series with this is also a rectifier arrangement 40 which converts the alternating current supplied by the winding 38 into direct current and thereby continuously feeds the cooling device with current flowing in the same direction when the transformer 28 is energized, thus ensuring the cooling effect of the cooling device 10 . How the cooling device 10 according to the invention can be attached to a transformer, for example, is shown in FIG. 3. The series-connected cooling device elements 10 are arranged in the upper part of the boiler side winch 42 , in such a way that the thermocouples 12 and 14 penetrating the boiler walls each with their cold parts on the inside of the boiler in the core 29 and the windings 30 and 32 surrounding dielectric. The sides of the thermocouples representing the hot part penetrate the boiler wall and lie in the air on the outside of the boiler. An auxiliary winding 38 magnetically coupled to the active transformer part supplies the feed current for the cooling device, to be precise via a rectifier 40.

Bei dem in F i g. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind die in Reihe geschalteten und von der mit dem aktiven Transformatorteil magnetisch gekuppelten Hilfswicklung 38 und Gleichrichter 40 gespeisten Kühleinrichtungen 10 mit ihrem Kaltteil unter Zwischenlage eines gut wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Materials 52, z. B. Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd, auf der Kesselaußenseite - der Kesselwand aufgesetzt. Obwohl. sich hier sowohl der Kalt- und Warmteil der Kühlvorrichtungen auf der Kesselaußenseite befinden, wird doch ein recht guter Wärmeentzug aus dem den aktiven Transformatorteil umgebenden Dielektrikum erreicht, weil der Kaltteil der Kühleinrichtung in inniger, gut wärmeleitender Verbindung mit der Kesselwgd steht.In the case of the one shown in FIG. 4 shown embodiment are the series-connected and fed by the auxiliary winding 38 and rectifier 40 magnetically coupled to the active transformer part cooling devices 10 with their cold part with the interposition of a highly thermally conductive, electrically insulating material 52, for. B. aluminum oxide or beryllium oxide, placed on the outside of the boiler - the boiler wall. Even though. If both the cold and warm part of the cooling device are on the outside of the boiler, a very good heat extraction is achieved from the dielectric surrounding the active transformer part, because the cold part of the cooling device is in close, good heat-conducting connection with the Kesselwgd.

Claims

Claims: 1. Cooling device for electrical induction apparatus, in particular for transformers filled with insulating liquid, characterized in that that in or on the apparatus housing preferably several thermoelectric, after Peltier effect working, a cold part and a hot part, by direct current flow-through, series-connected cooling devices are attached, their Cold part in each case in a thermally conductive connection with the deal. active part of the apparatus surrounding insulating material- .. filling and its warm part with the heat gat dissipating Elements, especially the atmosphere.

2. Cooling device after Claim 1, characterized in that the one feeding the texmoelectric device Direct current from a magnetically coupled with the active transformer, in particular , from one on the. Iron core yoke of the transformer seared open. Auxiliary winding is supplied via one of these rectifiers after & eschaiteten.

3. Establishment according to claim 1 and 2,. characterized in that each thermoelectric device of two thermocouples arranged at a distance from each other, which on their with a metal layer coated cold side with a metallic, electrical conductive bridge are connected, as well as from on. the warm sides of the also with metal plates attached to the ends of the elements coated with a metal layer, connected to the DC power source.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the bridge argebraked on the cold side as well the plates attached to the warm side with heat-conducting plates that increase the surface area Ribs are provided.

5. Device according to claim 1 to 4, there-. characterized by that the cold parts of the cooling device into the liquid surrounding the active part Dielectric of the induction apparatus reach in, while the housing wall The hot parts that penetrate the device and are located on the outer wall of the housing - are in the atmosphere.

6. Device according to claim 1 to 4, characterized in that that all the cooling devices on the outer wall of the housing are in air, such that the cold part with the interposition of a highly thermally conductive, electrically insulating layer sits directly on the outside of the housing.