СПОСОБ СУШКИ ТВЕРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА В ГЕРМЕТИЧНОЙ ЕМКОСТИ С ПОМОЩЬЮ ОХЛАДИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2015 года по МПК H02K15/12 H01F41/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при сушке твердой изоляции обмоток трансформатора, которая увлажняется в процессе хранения и эксплуатации трансформатора.

Известен способ сушки твердой изоляции электрических машин и аппаратов, например трансформаторов, включающий ее нагрев путем разбрызгивания нагретого масла с одновременным его вакуумированием [1].

Недостатками этого способа есть, во-первых, низкая скорость процесса сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, из-за малой площади контактной поверхности, на которую намораживается влага. Малая площадь контактной поверхности уменьшает производительность этого процесса.

Также при осуществлении этого способа обязательно нужно использовать затратные вещества (сухой лед, т.е. двуокись углерода, ацетон, жидкостный азот и др.). И вдобавок, нужны лишние материальные затраты не только на приобретение самых веществ, а и на приготовление и хранение смеси этих веществ, которые нужны для вымораживания влаги.

Кроме этого, этот способ также имеет низкую надежность сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, поскольку при удалении влаги из охладительного устройства, нужно периодически открывать и разбирать охладительное устройство, и соответственно разгерметизировать всю систему, приспособленную для сушки твердой изоляции обмоток трансформатора. А после удаления намерзших веществ из паровоздушной смеси (выскабливание их из поверхности, на которую они наморозились), снова собирать и герметически закрывать охладительное устройство. При отсутствии полной герметичности указанной системы, вымораживаться будет уже атмосферная влага. Периодическое открывание и закрывания охладительного устройства (с его сборкой и разборкой) увеличивает вероятность разгерметизации всей системы, приспособленной для сушки твердой изоляции обмоток трансформатора. И вдобавок, после сборки охладительного устройства, постоянно нужно проверять его герметичность.

Кроме того, точность измерения объема влаги, которая наморозилась, здесь будет неточной, и обусловленной качеством выскабливания, т.е. удаления влаги и других намерзших веществ с охладительного устройства.

Наиболее близким есть способ сушки, в герметичной емкости, твердой изоляции электрических машин и аппаратов, преимущественно трансформаторов, основанный на повторении циклов, которые включают обмывание твердой изоляции нагретым маслом при его разбрызгивании, с одновременным его вакуумированием, до достижения установленной температуры твердой изоляцией, и снижение температуры твердой изоляции после завершения обмывания твердой изоляции, а также принудительную циркуляцию паровоздушной смеси в герметичной емкости, с одновременным ее высушиванием путем вымораживания влаги, с помощью охладительного устройства, до достижения твердой изоляцией установленной влажности [2].

Этому способу свойственны такие же недостатки.

В основу изобретения поставлена задача, путем усовершенствования способа сушки твердой изоляции обмоток трансформатора в герметичной емкости с помощью охладительного устройства, ускорить процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, исключить использование затратных веществ при вымораживании влаги из паровоздушной смеси в процессе сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, повысить надежность сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, а также увеличить точность измерения объема влаги, что выделилась и наморозилась, из твердой изоляции обмоток трансформатора.

1. Поставленная задача решается тем, что в способе сушки твердой изоляции обмоток трансформатора в герметичной емкости с помощью охладительного устройства, который включает несколько циклов обмывания твердой изоляции нагретым маслом при его разбрызгивании, с одновременным его вакуумированием, до достижения установленной температуры твердой изоляцией, и снижение температуры твердой изоляции после завершения обмывания твердой изоляции, а также принудительную циркуляцию паровоздушной смеси в герметичной емкости с одновременным ее высушиванием путем вымораживания влаги с помощью охладительного устройства, до достижения твердой изоляцией установленной влажности, новым есть то, что при вымораживании влаги из паровоздушной смеси с помощью охладительного устройства обеспечивают температуру не выше минус 70°С на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, при общей площади контактной поверхности охладительного устройства, что способна контактировать с паровоздушной смесью, не меньше 5 м², при этом с помощью контактной поверхности охладительного устройства, и/или используя саму контактную поверхность охладительного устройства, устанавливают искусственные преграды на пути движения паровоздушной смеси, которые могут быть частями контактной поверхности охладительного устройства, и с помощью искусственных преград уменьшают скорость движения паровоздушной смеси, и используя эффект Коанда, создают вихревые потоки паровоздушной смеси, стимулируя при этом конденсацию паров из паровоздушной смеси согласно эффекту Ранка-Хилша, а через установленный промежуток времени осуществляют размораживание охладительного устройства, нагревая поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ из паровоздушной смеси, при атмосферном давлении, причем для вымораживания влаги из паровоздушной смеси, используют двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником.

2. Новым по п.1 есть то, что при намораживании влаги на контактную поверхность охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, или на поверхность уже намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ из паровоздушной смеси, обеспечивают постоянное увеличение площади поверхности намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ, из паровоздушной смеси, которая контактирует с паровоздушной смесью.

3. Новым по п.1 есть то, что после размораживания охладительного устройства, которое осуществляют, не разбирая охладительного устройства, измеряют объем воды, которая стекла в установленную емкость после размораживания охладительного устройства, и учитывая измеренный объем воды, и промежуток времени, за которое намерз соответствующий объем воды на поверхности охладительного устройства, принимают решение относительно возобновления процесса вымораживания влаги или относительно конечной остановки процесса вымораживания влаги.

4. Новым по п.1 есть то, что объем намерзшей воды определяют, измеряя или контролируя толщину пласта влаги и других намерзших веществ, которые намерзли на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью.

5. Новым по п.1 есть то, что размораживание охладительного устройства осуществляют, переводя его в обратной режим работы.

Способ осуществляют следующим образом. Твердую изоляцию обмоток силового трансформатора обмывают нагретым маслом при его разбрызгивании в искусственно созданном вакууме. Вакуум создают в герметичной емкости трансформатора, в которой находится твердая изоляция, с помощью вакуумных насосов различной конструкции. При этом плотно герметизируют емкость, т.е. бак трансформатора, в котором находится твердая изоляция обмоток силового трансформатора. При достижении твердой изоляцией силового трансформатора установленной температуры, которую контролируют, осуществляют принудительную циркуляцию паровоздушной смеси в герметичной емкости, т.е. в баке трансформатора. При этом используют различные устройства, способные для выполнения указанной операции, с одновременным высушиванием паровоздушной смеси путем вымораживания влаги с помощью охладительного устройства, до достижения твердой изоляцией установленной влажности. Как правило, этот цикл повторяют несколько раз.

При вымораживании влаги из паровоздушной смеси с помощью охладительного устройства обеспечивают температуру не выше минус 70°С на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью. Это оптимальная температура, при которой происходит эффективное вымораживание влаги из паровоздушной смеси. Рабочая температура на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, должна составлять минус 72 или 73 градусов по Цельсио. При этом общая площадь поверхности охладительного устройства, что способна контактировать с паровоздушной смесью, должна составлять не менее 5 м². При площади контактной поверхности менее 5 м² значительно замедляется способ вымораживания влаги из твердой изоляции обмоток трансформатора.

С помощью контактной поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, и/или используя саму контактную поверхность охладительного устройства, устанавливают искусственные преграды на пути движения паровоздушной смеси, которые могут быть частями контактной поверхности охладительного устройства. То есть, охладительной поверхностью, которая контактирует с паровоздушной смесью, может быть радиатор любой конструкции. При этом этот радиатор может иметь большое количество трубок для прокачки охладительной жидкости и/или пластин из теплопроводного материала, соединенными с этими трубками, возможно из того же самого теплопроводного материала, из которого изготовлены сами трубки для прокачки охладительной жидкости. Указанное охладительное устройство (радиатор) соединен с компрессором, т.е. тепловой машиной, трубопроводами, которая путем перекачивания через радиатор соответствующей жидкости, осуществляет охлаждение радиатора до указанной температуры.

С помощью трубок и/или пластин из теплопроводного материала, т.е. искусственных преград, уменьшают скорость движения паровоздушной смеси, и, используя эффект Коанда, создают вихревые потоки паровоздушной смеси, стимулируя при этом конденсацию паров из паровоздушной смеси. Искусственные преграды обеспечивают не только уменьшение скорости паровоздушной смеси, а и создают вихревые потоки. В вихревом потоке, молекулы паровоздушной смеси, которые имеют меньшую кинетическую энергию, смещаются к центру вихревого потока (эффект Ранка-Хилша). Это как правило, могут быть молекулы, которые только перешли из жидкостной фазы в газовую и имеют небольшую кинетическую энергию. В своем большинстве это будут молекулы воды. Такая конструкция поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, оказывает содействие переходу молекул паровоздушной смеси в жидкостную фазу и дальнейшее их замораживание на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью.

То есть, поверхность охладительного устройства (радиатор), которая контактирует с паровоздушной смесью, является по сути уловителем влаги из паровоздушной смеси.

Для вымораживания влаги из паровоздушной смеси используют двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником. Устройство включает два холодильных компрессорных агрегата, каждый из которых имеет собственный охладительный контур. При этом тепло из контактной поверхности, которая контактирует с паровоздушной смесью, отбирает первый холодильный компрессорный агрегат. Это тепло перекачивается в теплообменник первого компрессорного агрегата. Из теплообменника первого компрессорного агрегата отбирает тепло второй холодильный компрессорный агрегат и перекачивает его в теплообменник второго компрессорного агрегата. Теплообменник второго компрессорного агрегата отдает тепло окружающей среде. Используя это устройство, возможно, охладить контактную поверхность до температуры минус 72-73°С по Цельсию.

Указанный выше способ обеспечивает значительно более быстрое вымораживание влаги по сравнению с прототипом. Это увеличивает производительность процесса вымораживания влаги из твердой изоляции обмоток трансформатора.

Через установленный промежуток времени осуществляют размораживание охладительного устройства, нагревая поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ из паровоздушной смеси при атмосферном давлении. Обычно размораживание охладительного устройства осуществляют через 24 часа. Кроме влаги, т.е. молекул воды, намерзать могут компоненты трансформаторного масла. Нагревание указанной поверхности могут осуществлять разными способами, используя электрическую энергию (индукционный нагрев при использовании энергии вихревых токов, нагрев тепловой энергией электрического тока при пропуске его через токопроводящую поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ, тепловым излучением разных нагревателей, переведением охладительного устройства в обратной режим и др.) Цикл могут повторять несколько раз, до достижения установленного значения влаги в трансформаторном масле.

Таким образом ускоряют процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, не используя при этом затратных веществ для вымораживания влаги (сухой лед, т.е. двуокись углерода, ацетон, жидкостный азот и др.). Площадь контакта охладительной поверхности с паровоздушной смесью значительно больше чем в прототипе.

При намораживании влаги на контактную поверхность охладительного устройства (радиатора), что контактирует с паровоздушной смесью, или на поверхность уже намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ из паровоздушной смеси, обеспечивают постоянное увеличение площади поверхности намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ из паровоздушной смеси, которая контактирует с паровоздушной смесью.

Это осуществляют, обеспечив поверхности радиатора или его частям любую выпуклую объемную форму. Такой выпуклой объемной формой может быть обычный цилиндр. При намораживании пласта влаги, цилиндр увеличивает свой диаметр и как следствие увеличивает площадь поверхности намерзших веществ, которые контактируют с паровоздушной смесью. Такую цилиндрическую форму могут иметь трубки радиатора, по которым прокачивают жидкость с помощью компрессора. Трубки радиатора могут иметь внешний диаметр около 2-3 мм, а их количество может составлять несколько сотен.

Это дополнительно ускорит процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, поскольку увеличение толщины пласта намерзших влаги и других веществ из паровоздушной смеси, и увеличение теплоизоляции толщиной этого пласта, компенсируется увеличением площади контактной поверхности.

После размораживания охладительного устройства, которое осуществляют, не разбирая охладительного устройства, измеряют объем воды, которая стекла в установленную емкость, после размораживания охладительного устройства, и учитывая измеренный объем воды, и промежуток времени, за которое намерз соответствующий объем воды на поверхности охладительного устройства, принимают решение относительно возобновления процесса вымораживания влаги или относительно конечной остановки процесса вымораживания влаги.

Это дает возможность, прежде всего, более точно контролировать удаление влаги из твердой изоляции за установленный промежуток времени, и часть влаги в трансформаторном масле, поскольку вся вода, которая наморозилась, стекает в установленную емкость. Намерзший лед здесь не нужно выскабливать, а само охладительное устройство тоже не нужно разбирать и собирать. Для стекания влаги в установленную емкость достаточно лишь открыть соответствующий кран. Отсутствие операций периодической разборки и сборки охладительного устройства, повышает надежность его работы, и как следствие надежность сушки твердой изоляции.

Объем намерзшей воды также возможно определять, измеряя или контролируя толщину пласта влаги и других намерзших веществ, которые намерзли на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоз душной смесью.

Это дает возможность досрочно прекращать процесс намораживания, когда процесс намораживания влаги через большую толщину пласта намерзших веществ, становится малоэффективным, и осуществлять размораживание охладительного устройства. Определять толщину пласта намерзших веществ возможно как визуально, ориентируясь по заранее нанесенным отметкам на любую поверхность, так и используя любые измерительные приборы (толщиномеры).

Это увеличит производительность процесса и ускорит процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора.

Дополнительно ускоряют процесс размораживания влаги путем размораживания охладительного устройства, переводя его, при этом, в обратный режим работы. В этом случае охладительное устройство начинает нагревать контактную поверхность, на которую наморозились вещества из паровоздушной смеси. Контактную поверхность можно нагревать и другими способами (вышеуказанными), но их применение требует времени и другого оборудования. То есть, чтобы наладить и запустить в действие другое оборудование, требуется определенное время. Значительно быстрее это можно сделать, не используя дополнительного оборудования.

Таким образом, указанный способ сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, в герметичной емкости, с помощью охладительного устройства, позволяет ускорить процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, позволяет исключить использование затратных веществ при вымораживании влаги из паровоздушной смеси в процессе сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, позволяет повысить надежность сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, а также позволяет увеличить точность измерения объема влаги что выделилась и наморозилась из твердой изоляции обмоток трансформатора.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ

Способ опробован при сушке твердой изоляции обмоток силового трансформатора АТДЦН - 200000/330. Сушку твердой изоляции обмоток трансформатора осуществляли на протяжении 24 часов, после чего размораживали охладительное устройство, переводя его в обратной режим работы. При вымораживании влаги из паровоздушной смеси использовали двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником. Скорость сушки твердой изоляции обмоток трансформатора возросла на 28 процентов. Объем воды, которая намораживалась на поверхности охладительного устройства, а потом оттаивала, измеряли с помощью мерной емкости. Точность измерения объема воды возросла на 7-8 процентов.

ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №671664, Н02К 15/12, опубликовано 15.08.80, бюл. №30.

2. Авторское свидетельство СССР №1365265, Н02К 15/12, опубликовано 07.01.88, бюл. №1.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при сушке твердой изоляции, в частности, обмоток трансформатора, которая увлажняется в процессе его эксплуатации. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в том, что предлагаемый способ сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, осуществляемый в герметичной емкости с помощью охладительного устройства, позволяет ускорить процесс сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, исключить использование затратных веществ при вымораживании влаги из паровоздушной смеси в процессе сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, повысить надежность сушки твердой изоляции обмоток трансформатора, а также позволяет увеличить точность измерения объема влаги, которая выделилась и наморозилась из твердой изоляции обмоток трансформатора. Указанный технический результат достигается тем, что при вымораживании влаги из паровоздушной смеси с помощью охладительного устройства обеспечивают температуру не выше минус 70°С на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, при общей площади контактной поверхности охладительного устройства, что способна контактировать с паровоздушной смесью, не меньше 5 м², при этом с помощью контактной поверхности охладительного устройства, и/или используя саму контактную поверхность охладительного устройства, устанавливают искусственные преграды на пути движения паровоздушной смеси, которые могут быть частями контактной поверхности охладительного устройства, и с помощью искусственных преград уменьшают скорость движения паровоздушной смеси, и, используя эффект Коанда, создают вихревые потоки паровоздушной смеси, стимулируя при этом конденсацию паров из паровоздушной смеси согласно эффекту Ранка-Хилша, а через установленный промежуток времени осуществляют размораживание охладительного устройства, нагревая поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ из паровоздушной смеси, при атмосферном давлении, причем для вымораживания влаги из паровоздушной смеси используют двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником.1 н. и 4 з.п. ф-лы.

1. Способ сушки твердой изоляции обмоток трансформатора в герметичной емкости с помощью охладительного устройства, который включает несколько циклов обмывания твердой изоляции нагретым маслом при его разбрызгивании, с одновременным его вакуумированием, до достижения установленной температуры твердой изоляцией, и снижение температуры твердой изоляции после завершения обмывания твердой изоляции, а также принудительную циркуляцию паровоздушной смеси в герметичной емкости с одновременным ее высушиванием путем вымораживания влаги с помощью охладительного устройства, до достижения твердой изоляцией установленной влажности, отличающийся тем, что при вымораживании влаги из паровоздушной смеси с помощью охладительного устройства обеспечивают температуру не выше минус 70°С на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, при общей площади контактной поверхности охладительного устройства, что способна контактировать с паровоздушной смесью, не меньше 5 м², при этом с помощью контактной поверхности охладительного устройства, и/или используя саму контактную поверхность охладительного устройства, устанавливают искусственные преграды на пути движения паровоздушной смеси, которые могут быть частями контактной поверхности охладительного устройства, и с помощью искусственных преград уменьшают скорость движения паровоздушной смеси, и, используя эффект Коанда, создают вихревые потоки паровоздушной смеси, стимулируя при этом конденсацию паров из паровоздушной смеси согласно эффекту Ранка-Хилша, а через установленный промежуток времени осуществляют размораживание охладительного устройства, нагревая поверхность, которая контактирует с пластом намерзших веществ из паровоздушной смеси, при атмосферном давлении, причем для вымораживания влаги из паровоздушной смеси используют двухконтурное охладительное устройство с общим теплообменником.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при намораживании влаги на контактную поверхность охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью, или на поверхность уже намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ из паровоздушной смеси, обеспечивают постоянное увеличение площади поверхности намерзшего пласта влаги и других намерзших веществ из паровоздушной смеси, которая контактирует с паровоздушной смесью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после размораживания охладительного устройства, которое осуществляют, не разбирая охладительного устройства, измеряют объем воды, которая стекла в установленную емкость после размораживания охладительного устройства, и, учитывая измеренный объем воды и промежуток времени, за которое намерз соответствующий объем воды на поверхности охладительного устройства, принимают решение относительно возобновления процесса вымораживания влаги или относительно конечной остановки процесса вымораживания влаги.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем намерзшей воды определяют, измеряя или контролируя толщину пласта влаги и других намерзших веществ, которые намерзли на поверхности охладительного устройства, которая контактирует с паровоздушной смесью.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что размораживание охладительного устройства осуществляют переводя его в обратной режим работы.