Устройство повышения степени охлаждения и энергетической эффективности масляного трансформатора
Владельцы патента RU 2660142:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструктивным элементам трансформаторов, и может быть использовано для эффективного охлаждения масляных трансформаторов. Технический результат состоит в увеличении энергетической эффективности при повышении степени его охлаждения. В системе охлаждения масляного трансформатора исключена диэлектрическая пластина и выпрямитель, а шины обмоток, находящиеся в масле, выполнены в виде двух обкладок, образующих плоский конденсатор.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструктивным элементам трансформаторов, и может быть использовано для эффективного охлаждения масляных трансформаторов.
Как известно, при работе трансформаторов, особенно высоковольтных, в магнитопроводе возникают значительные токи Фуко, что приводит к потерям электроэнергии. Для улучшения условий охлаждения трансформаторы помещают в баки со специальным минеральным маслом. За счет естественной конвекции масла между магнитопровдом и наружным воздухом происходит охлаждение трансформатора. Скорость циркуляции масла повышают за счет использования насоса, имеющего подвижные узлы, что понижает надежность и долговечность системы охлаждения [Филатов, А.А. Обслуживание электроподстанций оперативным персоналом: Учебник / А.А. Филатов. - СПб.: ДЕАН, 2012. - 394 с.].
Для повышения эффективности охлаждения масляных трансформаторов, содержащих бак, заполненный минеральным маслом, в патенте РФ 2292603 [МПК H01F 27/12, опубл. 27.01.2007], принятом за прототип, предложено использовать дополнительно установленную диэлектрическую пластину с двумя параллельными рядами электродов, причем электроды одного ряда подключены к положительному полюсу выпрямителя и расположены под углом к электродам другого ряда, подключенным к отрицательному полюсу выпрямителя, - аналог. При этом возникают «гидроэлектрические силы», приводящие к сложному движению трубок тока масла за счет взаимодействия электрического и переменного магнитного полей, что усиливает охлаждающий эффект. Природа «гидроэлектрических сил» не рассматривается, а выявлена экспериментально.
Недостатком прототипа является необходимость введения в охлаждающую систему выпрямителя, создающего мощное электрическое поле между электродами. Это напряжение снимается с высоковольтной обмотки трансформатора, что снижает его энергетическую эффективность. Кроме того, постоянное электрическое поле не синхронизировано с переменным магнитным, что создает хаотичность в движении трубок тока масла и снижает степень охлаждения трансформатора.
Технический результат изобретения состоит в устранении недостатков прототипа, а именно в увеличении энергетической эффективности трансформатора при повышении степени его охлаждения.
Технический результат достигается тем, что в системе охлаждения масляного трансформатора исключена диэлектрическая пластина и выпрямитель, а шины обмоток, находящиеся в масле, выполнены в виде двух обкладок, образующих плоский конденсатор.
На фиг. 1 схематично изображено устройство повышения степени охлаждения и энергетической эффективности масляного трансформатора, где 1 - магнитопровод трансформатора; 2 - обмотки трансформатора; 3 - шины трансформатора в виде плоского конденсатора; 4 - бак с охлаждающим маслом; 5 - магнитные силовые линии.
Для создания упорядоченного движения масла используется взаимодействие переменного электрического поля, возникающего между обкладками конденсатора, и переменного магнитного поля, образующегося вне магнитопровода трансформатора. В пространстве между обкладками конденсатора, заполненном диэлектриком (маслом), возникает ток смещения , который, взаимодействуя с магнитным полем трансформатора с индукцией 
, создает силу Ампера 
. На фиг. 1 направление этой силы в некоторый момент времени t1 показано в виде вектора 
. Через половину периода в момент времени t2=t1+Т/2, где T=1/ν, ν - частота, на которой работает трансформатор, направление тока смещения 
и вектора индукции 
меняются на противоположные, но направление силы Ампера 
с течением времени остается неизменным (Фиг. 1). Таким образом, между шинами трансформатора, выполненными в виде обкладок плоского конденсатора, возникает упорядоченное движение масла от нагретого магнитопровода к внешней холодной границе бака, сонаправленное с естественной конвекцией. В результате достигается более эффективное охлаждение трансформатора без использования части энергии, идущей на работу выпрямителя, т.е. повышается степень охлаждения и энергетическая эффективность масляного трансформатора.
Здесь работа по упорядоченному перемещению масла совершается за счет утилизации диссипативных рассеянных полей трансформатора, что улучшает экологические характеристики мощных трансформаторов.
Устройство повышения степени охлаждения и энергетической эффективности масляного трансформатора, включающее бак, заполненный минеральным маслом, отличающееся тем, что шины обмоток трансформатора, находящиеся в масле, выполнены в виде обкладок плоского конденсатора.
