Электронагреватель электроизоляционной жидкости Советский патент 1993 года по МПК H05B3/20 

Изобретение относится к электронагре- ву, в частности к нагревательному устройству, предназначенному для нагрева электроизоляционной жидкости, преиму ще- ственио трансформаторного масла, при монтаже, ремонте и обслуживании силовых трансформаторов и других маслонаполнён- ных электрических аппаратов..

Известный блок электронагревателей для нагрева, например, проточных жидкостей содержит входное и выходное кольца из диэлектрика, внутри которых установлены металлические втулки с внутренними элементами нагревателей, выполненных в виде коаксиальных электронагревателей.

Недостатки данной конструкции состоят в сложности конструкции (сложность ее изготовления); невозможность получения достаточно большой поверхности нагрева, контактируемой с проточной жидкостью, т.е. 50% поверхности электронагревателей закрыто твердой изоляцией от контакта с проточной жидкостью, таким образом, требуется большая удельная мощность нагревателя, в результате чего не исключено

разложение электроизоляционной жидкости, ; ... .,,. .,1Х..-.4: .. .- -- ,

В качестве прототипа выбран нагреватель трансформаторного масла, состоящий из трех нагревательных секций, конструктивно выполненных а видё спйралй, намотанной из ленты электротехнической стали. Секции (три) установлены на стойке и закреплены с помощью фланцев и гайки. Между секциями и фланцами установлены реечные изоляторь, т.е. каждая секция за: креплена между реечными изоляторами, которые прижаты фланцами и гайкой, лента навивается и дистанцируется между винтами изоляционной полосой.

Известный нагреватель работает при трехфазном напряжении 380 В, электрическая схема звезда.

Недостатки этой конструкции - относительно низкие КПД и cos f из-за присутствия индуктивности, так как секции 1 выполнены в виде спирально намотанной катушки; относительно низкая надежность конструкции: возможна температурная деформация формы спирали в каждой секции

ел

с

XJ ю

ю о

по причине жесткого крепления спирали каждой секции между реечными изолятора-ч ми, что приводит к сближению витков спи- рэли и приводит к электрическому замыканию и разложению трансформаторного масла в этом месте: неодинаковое электрическое напряжение между рядом лежащими 8иткамй ША ы вначале и в конце секции (разница примерно в 6 раз) из-за разных диамеУр ов намртйл; большая площадь закрытий поверхности спирали изоля- ционными полосами, что уменьшает площадь контакта нагреваемой диэлектрической жидкости с нагревателем; относительно малая высота активного нагревателя по ходу движения масла, конструктивно три секции составляют 180 мм, что при сравнимых мощностях нагревателей приводит к увеличению температуры поверхности нагревателя, а следовательно, к местному нагреву масла в .месте контакта, масло. - . нагреватель, присутствие нагрГёва ле стальных конструкций, не служащих для нагрева и выполняющих вспомогательную роль.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности работы электронагревателя электроизоляционной жидкости.

Поставленная цел достигается благодаря тому, что в нагревателе трансформаторного масла, содержащем металлический корпус с расположенными в его верхней и нижней части патрубками входа и выхода нагреваемой жидкости и установленным внутри трехфазным нагревателем в виде блока однофазных секций, выполненных в виде закрепленного между изоляторами зигзагообразно изогнутого многослойного ленточного нагревательного элемента, предусмотрены следующие конструктивные отличия: в корпусе дополнительно установлено по меньшей мере два блока однофазных секций, при этом в горизонтальном направлении распдлбжень секций разноименных фаз, а в вертикальном - одноименных, в каждой секции изоляторы выполнены в виде пластин, а слои нагрева-, тельного элемента расположены горизонтально и прикреплены к ним вершинами зигзагов, при этом гофры соседних слоев . смещены относительно друг друга.

На фиг.1 показан электронагреватель электроизоляционной жидкости, общий вид; на фиг.2 - узел многоярусного блока : секций, нагревательных элементов, на фиг.З - смещение гофр; на фиг.4 - вид сверху секций из трех фаз; на фиг.5 - вид сверху нагревательного элемента.

Электронагреватель электроизоляционной жидкости (например, мощность 120

кВт) состоит из металлического герметичного корпуса Т, внутри которого установлено несколько, например два, (одинаковых) блока 2, 3 (по 60 кВт) активных нагревателей с

раздельным трехфазным (380 В) питанием через проходные изоляторы 4, 5 (фиг.1).

Корпус 1 имеет входной 6 и выходной 7 патрубки масла. Для обеспечения ламинарного потока масла через электронагрева0 тёль, входной коллектор 8, расположенный в нижней части корпуса 1, имеет распределительную решетку 9, расположенную по всей ширине корпуса 1. Каждый блок 2, 3 выполнен многоярусным и состоит из сек5 ции 10 трех фаз нагревателей. .

Каждый блок 2, 3 активных нагревателей расположен по высоте корпуса 1 (по ходу движения масла), т.е. каждый блок 2, 3 Представляет собой набор однофазных сек0 ций 10 нагревателей, электрически соединенных в трехфазную схему звезда. - В блоках 2, 3 секции 10 разноименных фаз расположены по горизонтали (поперек потока масла) рядом одна возле другой, а

5 секции 10 одноименных фаз расположены по вертикали (вдоль потока масла) одна над другой. Фазировка блоков 2, 3 совпадает, т.е. чередование фаз (А, В, С) одного блока 2 соответствует чередованию фаз другого

0 блока 3.

Каждая фазная секция 10 состоит из нескольких нагревательных элементов 11 и изоляционных реек 12, выполненных из изо; ляционного материала и установленных

5 вертикально. Нагревательные элементы 11 расположены один над другим и собраны вместе с помощью изоляционных реек 12,

Каждый нагревательный элемент 11 выполнен из полосы электротехнической ста0 ли (0,35-0,5 мм), которой придана форма глубокого гофра 13 (фиг.2,3,5), т.е. гофрированная стальная полоса 11 закреплена между двумя гибкими изоляционными пластинами 14 при помощи изоляционной

5 ленты 15.

Лентой 15 закрепляется каждая вершина гофра 13 к гибким изоляционным пластинам 14, т.е. крепление стальной гофрированной полосы 11 к изоляционным пла0 стинам 14 выполнено в вершине каждого изгиба гофра 13 с определенным шагом. К вертикально установленным изоляционным рейкам 12 гибкие изоляционные пластины 14 прикрепляются с помощью изоляцион5 ной ленты 16.

Таким образом, общая поверхность нагревательных элементов 11 двух блоков 2, 3, т.е. поверхность (не закрытая изоляцией), контактирующая с маслом составляет 18 м2.

Из этого следует, что в каждом блоке 2. 3 три однофазные секции 10 активных нагревателей располагаются одна возле другой. При этом нагревательные элементы 11 (например, 8 шт.) в каждой секции 10 располагаются один над другим так, что гофр 13 одного нагревательного элемента 11 (полосы) выполнен со смещением на 1/2 периода относительно гофра 13 другого нагревательного элемента 11, т.е. расположенные один над другим гофры 13 нагревательных элементов 11 выполнены с поочередным смещением один относительно другого.

Смещение вершин гофра 13 нагревательных элементов 11 (полосы) в каждой секции ТО выполнено так, что четные ряды 17 нагревательных элементов 11 и нечетные их ряды 18 имеют сдвиг одних вершин изгибов гофр 13 относительно других на 1/2 периода, что обеспечивает полное перекрытие полости корпуса 1 по ходу движения масла..

Предлагаемый электронагреватель электроизоляционной жидкости, преимущественно трансформаторного масла, работает следующим образом.

На входе устройства устанавливаются один (или два последовательно включенных) маслонасоса (не показаны) производительностью до 100 тонн в час, Подаваемое масло в коллектор 8 корпуса 1 через входное отверстие (патрубок) 6 равномерно распределяется в пространстве корпуса под блоками 2, 3 секций 10 трех фаз и ламинарным потоком, пройдя сквозь нижний и верхний блоки 2,3 секций 10 нагревателей, попадает в пространство (полость) корпуса 1 над секциями 10 нагревателей верхнего блока 2 и дальше в выходной патрубок 7.

Таким образом, трансформаторное масло, пройдя такой путь через блоки 2, 3, нагревается.

При включенном электронагревателе естественное движение нагреваемого масла (вверх) совпадает с направлением потока масла, созданнбго насосом (насосами).

Равномерное распределение потока масла обеспечивается благодаря отсутствию каких-либо препятствий по пути движе- ния масла и застойных зон за счет отсутствия каких-либо конструкций по пути движения маоп

Конструкция блоков 2, 3 однофазных секций 10 полностью перекрывает сечение полости корпуса 1. Это исключает проход нагнетаемого насосом масла мимо (т.е. в обход) нагревательных элементов 11 (гофр 13), что в сочетании с равномерным заполнением нагревательными элементами 11,. гофрами 13 всею сеченич полости корпуса

1 обеспечивает равномерный нагрев потока масла, .проходящего через полость актие ных нагревательных элементов 11.

Сравнительно повышенный КПД элект- 5 ронагревателя при работе обеспечивается тем, что общая мощность электронагревателя состоит из ак-тивной мощности нагревательных элементов 11 (т.е. отстствует индуктивная составляющая, присущая

.0 спиральной намотке нагревательных элементов, .выполненных в прототипе) т.е. cos / 1,0; многоярусная конструкция блоков 2, 3 секций 10 нагревателей и расположение гофр 13 нагревательных элементов

5 11 в секциях 10 со смещением вершин изгибов гофр 13 (фиг.2,3) обеспечивает многоступенчатый подогрев контактируемого с нагревательными элементами 11 масла и улучшает теплообмен между нагревате ль0 ным элементом 11 и маслом, тем самым исключается местный (при соприкосновении масла с нагревательным элементом 11) перегрев масла и, следовательно, преждевременное старение трансформаторного

5 масла (окисление, повышение tg д%, от чего понижается стабильность масла); в конструкции блоков 2, 3 однофазных секций 10 отсутствуют какие-либо элементы конструкций, которые бы препятствовали потоку

0 масла сквозь гофры 13 активных нагревательных элементов 11.

Многоступенчатый подогрев трансфор- . матерного масла достигается :тем, что происходит многократное контактирование

5 масла с нагревательными элементами 11. т.е. по пути движения масла устанавливаются несколько рядов нагревательных элементов 11 (составляющих два многоярусных блока 2.3).... .

0При контакте масла с каждым последующим нагревательным элементом 11 происходит постепенный прирост температуры масла, например: при 18 ярусах нагревательных элементов п температуре нагре5 вателя 100° С происходит отдача теплз нагреватель-масло по 6° С с каждого яруса т.е. заданная температура масла достигается за счет многократного контактирования масла с нагревательными элементами. Сле0 довэтельно, сколько раз масло встречается с нагревательным элементом, по столько раз увеличивается добавление температуры маслу и при повторных касаниях происхо- . дит равномерный разогрев частиц масла

5 (т.е. большое количество частиц масла участвует в теплообмене).

Надежность конструкции определяется следующим: в конструкции нет кропления больших сконцентрированных млг.п. созда .

ющих механические напряжения и нагрузки на узлы крепления: каждая вершина .изгиба гофра 13 имеет свое крепление с помощью изоляционной ленты 15, что исключает касание между гофрами 13, приводящее к электрическому замыканию, даже если нарушаются 50% узлов (мест) крепления; разность потенциала между рядом лежащими полосами гофра 13 не превышает 0,5 В, что исключает образование электрической дуги или искры в случаях замыкания со с еДних пластин гофрированной полосы 11; температурное удлинение стальной полосы 11 (нагревательных элементов между вершинами гофра) компенсируется изгибом изоляционной ленты пространстве между корпусом 1 и рядом лежащими пластинами полосы 11 (фиг.4), что исключает деформацию полосы в гофре, 13; максимальное превышение температуры (непосредственно) нагревательного элемента над температурой нагретого масла на выходе не превышает 25° С при температуре масла на выходе 90-105° С, что исключает порчу (старение) масла, контактирующего с нагревательным элементом 11 (температура масла 105° С - это максимальная температуре, которая .применяется при выполнении ремонтов (сушек) силовых трансформаторов.

Электронагреватель электроизоляционной жидкости, преимущественно трансформаторного масла, предназначен для работы с расходом масла в пределах от 3 до 70 т/ч и температуре масла на выходе до 105° С, при этом максимальная температура стальной полосы 11 (источника нагрева) не превышает 130° С. .. .

За счет увеличения теплоотдающёй поверхности в нагревателе (до 18 м2), снижается тепловая нагрузка на 1 м2 нагревательных элементов и равна около 6,5 кВт (т.е. ,120 кВт: 1.8 мй 6,5. кВт/м2).

Регулирование мощности нагревателя выполняется изменением количества включенных блоков 2, 3 однофазных секций 10 нагревателей, например устройство с двумя блоками 2,.3 (по 60 кВт) дает возможность включать ряд мощностей; 120, 100,80,60, 40 кВт.

Указанные параметры по расходу масла: (производительность) мощность, пре,дельная температура нагрева масла полностью удовлетворяют требованиям конструкции устройства для нагрева, применяемого при монтаже силовых трансформаторов и других работ по обработке; очистке и сушке трансфррматорных масел.

Формулаизобретения

Электронагреватель электроизоляционной жидкости, содержащий металлической корпус с расположенными в его верхней и нижней частях патрубками входа и выхода нагреваемой жидкости и установленным внутри трехфазным нагревателем в виде блока однофазных секций, выполненных в виде закрепленного между изоляторами зигзагообразного изогнутого многослойного ленточного нагревательного

элемента, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности работы, в корпусе дополнительно установлено по меньшей мере два блока однофазных секций, при этом в горизонтальном направ;лении расположены секции разноименных фаз, а в вертикальном - одноименных, в каждой секций изоляторы выполнены в виде пластин, а слои нагревательного элемента расположены горизонтально и прикреплены к ним вершинами зигзагов, при это.м гофры соседних слоев смещены относительно друг друга.

J

Ц

)J/i

Сущность изобретения: электронагреватель содержит блоки активных нагревателей из ленты с раздельным трехфазным питанием. Каждый блрк выполнен многоярусным, фазировка блоков совпадает, 5 ил..

-Ць. j,

. ;;/;:--.,; ;-:- -.:Ј: : ; .-. -Г ...-;:- -,;/.

V. : J :M: С

В

.-.. .,,., ..

-74

/ /

t 961-611