Sistema de refrigeración para transformadores secos.

Transformador seco (40), incluyendo

- un núcleo de transformador (10) con tres elementos paralelos (12,

14, 16, 58, 60, 62) y yugos superiores (26, 28, 30, 42, 44, 46) e inferiores (20, 22, 24) asociados,

- donde los elementos paralelos (12, 14, 16, 58, 60, 62) están dispuestos en triángulo alrededor de un eje central virtual (18, 48, 84) paralelo a ellos,

- tres bobinas cilíndricas huecas (32, 52, 54, 56, 112, 114), cada una dispuesta alrededor de un elemento (12, 14, 16, 58, 60, 62),

caracterizado por

- un sistema de refrigeración incluyendo un diafragma a modo de pared (74, 90, 102) entre cada bobina adyacente (52, 54, 56; 112, 114) que está en paralelo a la orientación de los elementos (12, 14, 16, 58, 60, 62),

- donde los diafragmas a modo de pared forman unas chapas de guía para un flujo de aire natural adicional,

- donde los diafragmas a modo de pared (74, 90, 102) son alargados en la dirección del eje central virtual (18, 48, 84), de modo que se facilita una disposición a modo de estrella de los diafragmas a modo de pared (74, 90, 102) y

- donde la disposición a modo de estrella incluye una chimenea (64, 76, 86, 92, 120) alrededor del eje central virtual (18, 48, 84), que se prevé usar como canal de refrigeración interior para un flujo de aire natural.

Sistema de refrigeración para transformadores secos La invención se refiere a un transformador seco, incluyendo un núcleo de transformador con al menos dos elementos paralelos, yugos superiores e inferiores asociados y al menos dos bobinas cilíndricas huecas, cada una dispuesta alrededor de un elemento.

Es conocido que se usan transformadores secos por ejemplo en sistemas de distribución de potencia eléctrica o en sistemas de potencia locales por ejemplo en aplicaciones marinas. Hay disponibles transformadores secos de potencia con niveles de voltaje de entre 1 kV y 60 kV con una potencia de régimen de entre 100 kVA y varios MVA por ejemplo. Los transformadores secos evitan el uso de aceite como medio de aislamiento y refrigeración. Por una parte, esto tiene la ventaja de un esfuerzo de mantenimiento significativamente reducido, menos peligro de incendio y una inocuidad medioambiental más alta. Por otra parte, se requiere un mayor esfuerzo de refrigeración, dado que no se ha previsto la circulación de ningún medio refrigerante líquido alrededor de las bobinas de transformador. Debido a las inevitables pérdidas eléctricas durante la operación de un transformador, las bobinas de transformador son una fuente de energía calorífica.

El material aislante de una bobina de transformador se caracteriza por una temperatura de régimen máxima, por ejemplo 150º C. Si se supera esta temperatura, la consecuencia podría ser una pérdida de la capacidad de aislamiento. Tampoco el conductor eléctrico de la bobina de transformador, que se hace por ejemplo de cobre o aluminio, deberá exceder de un cierto límite. La resistencia eléctrica del conductor aumentará con el aumento de temperatura y con él las pérdidas eléctricas. Por lo tanto, es ventajoso tener una distribución de temperatura dentro de la bobina de transformador, que sea lo más homogénea posible y evitar el esfuerzo puntual.

Por ello, para enfriar las bobinas de un transformador eléctrico hay que prever medios, que proporcionen una distribución de temperatura reducida y homogénea dentro de las bobinas de transformador cuando el transformador esté en operación. Un transformador incluye típicamente tres bobinas, que están dispuestas en paralelo en los elementos de un núcleo de transformador que por su parte están dispuestos perpendiculares a lo largo de un yugo lineal. Durante la operación de dicho transformador, la bobina interior, que está adyacente en dos lados de las otras dos bobinas, tiene típicamente una temperatura más alta que las otras bobinas dado que se aplica radiación de calor desde dichas bobinas adyacentes situadas encima. Dado que las bobinas de transformador suelen ser idénticas debido a razones de construcción, no se logra ni una distribución de temperatura homogénea entre las tres bobinas ni una distribución de temperatura homogénea dentro de las bobinas propiamente dichas.

Este problema se intensifica dentro de una disposición de bobinas de transformador en forma poligonal respectivamente triangular. En este caso, el efecto de que cada bobina aplica radiación de calor en las otras bobinas se incrementa aún más, especialmente en la zona central axial de dicho transformador. Debido a una disposición de rotación más o menos simétrica de las bobinas de forma triangular, las distribuciones de calor entre las bobinas son comparables, mientras que la distribución de temperatura dentro de las bobinas propiamente dichas resulta menos dispar. Durante la operación de dicho transformador, las partes de las bobinas dentro de la zona central axial tendrán una temperatura más alta que las partes de fuera sin aplicación de radiación de calor de las bobinas contiguas.

El documento de patente WO 99/17309 A2 y WO 98/34238 A1 describen un transformador/reactor de potencia devanado con cable de alto voltaje y provisto tanto de una capa semiconductora exterior como de medios de espaciación donde los medios de espaciación están dispuestos para separar cada devanado en la dirección radial con el fin de crear conductos de refrigeración cilíndricos coaxiales.

El documento de Patente US 6160464 A describe un transformador de tipo seco que tiene un núcleo de hierro, con bobinas de alto voltaje y bajo voltaje encapsuladas en resina fundida. Los devanados de voltaje alto y bajo se pueden fundir por separado o conjuntamente. Una o ambas bobinas pueden tener canales de refrigeración axiales integrales, como también el espacio anular axial entre los devanados interior y exterior.

El documento FR 2 435 791 A1 describe un transformador-rectificador de alto voltaje incluyendo un transformador elevador trifásico con un circuito magnético tridimensional que consta de tres columnas verticales, cada una de las cuales consta de una serie de núcleos cerrados aislados uno de otro, montados, cada uno de ellos, en un bastidor aislante que tiene una abertura común y que soporta secciones de un devanado secundario. A los efectos de una mejor refrigeración, se mejora la superficie exterior de los núcleos.

El documento FR 2 518 306 A1 describe un transformador de alto voltaje triangular y un método de fabricación respectivo.

En base a este estado de la técnica, el objetivo de la invención es proporcionar un sistema de refrigeración mejorado para transformadores secos, que evita las desventajas antes mencionadas.

Este problema se resuelve con un transformador seco de dicho tipo. Se caracteriza por un sistema de refrigeración incluyendo un diafragma a modo de pared entre cada bobina adyacente que está en paralelo a la orientación de los elementos donde los diafragmas a modo de pared forman un tipo de chapas de guía para un flujo de aire natural adicional, donde los diafragmas a modo de pared están alargados en la dirección del eje central virtual, de modo que se facilita una disposición a modo de estrella de los diafragmas a modo de pared y donde la disposición a modo de estrella incluye una chimenea alrededor del eje central virtual, que se prevé usar como canal de refrigeración interior para un flujo de aire natural.

El diafragma a modo de pared, cuya altura corresponde preferiblemente al menos a la altura axial de las bobinas, evita, por una parte, la radiación de calor entre bobinas adyacentes. Por lo tanto, la radiación de calor se aplica en los diafragmas de modo que su temperatura aumente. El transformador está orientado típicamente de tal forma que también las bobinas y los diafragmas estén orientados verticalmente. Así, el diafragma forma una chapa de guía para un flujo de aire natural adicional de arriba abajo a través del transformador. Este flujo de aire reducirá la temperatura dentro de la zona de las bobinas adyacentes. Para aumentar este efecto, la superficie del diafragma podría estar dotada de un color que absorba calor, tal como negro por ejemplo. Además, el diafragma se podría hacer de un material que proporcione una buena conductividad térmica, de modo que el diafragma actúe adicionalmente como elemento de refrigeración, que transfiera calor desde la zona entre dos bobinas adyacentes a una zona exterior. En este caso, el diafragma tiene que estar alargado sobre la zona, donde se aplica radiación de calor de las bobinas. Así, el calor del diafragma se disipa desde las zonas alargadas a un colector de calor dentro del entorno.

Así, el enfriamiento de un transformador, respectivamente sus bobinas, se mejora de forma ventajosa.

Los elementos paralelos están dispuestos a modo de polígono alrededor de un eje central virtual paralelo a ellos. El eje central virtual está situado dentro de la zona central axial del transformador. Tal disposición proporciona, por una parte, ventajas con relación al diseño del transformador, pero, por la otra, se crea un tipo de punto caliente en la zona central axial. Los diafragmas entre bobinas adyacentes son alargados en la dirección del eje central virtual, de modo que se facilita una disposición a modo de estrella de los diafragmas. Así, se logra un efecto de refrigeración mejorado dentro de la zona central axial de temperatura crítica, mientras que no se requiere espacio adicional significativo para dicho sistema de refrigeración.

Los elementos paralelos están dispuestos a modo de triángulo alrededor de un eje central virtual paralelo a ellos, mientras que se disponen tres bobinas en total, lo que es usual para transformadores en redes trifásicas. Las ventajas de dicha disposición son comparables a las mencionadas anteriormente, mientras que se prevé preferiblemente un triángulo equilátero. Por lo tanto, se logra una simetría absoluta de la disposición (ángulo 120º ) y la distribución de temperatura entre las tres bobinas es comparable.

Los diafragmas son alargados en la dirección del eje central... [Seguir leyendo]

1. Transformador seco (40) , incluyendo -un núcleo de transformador (10) con tres elementos paralelos (12, 14, 16, 58, 60, 62) y yugos superiores (26, 28, 30, 42, 44, 46) e inferiores (20, 22, 24) asociados, -donde los elementos paralelos (12, 14, 16, 58, 60, 62) están dispuestos en triángulo alrededor de un eje central virtual (18, 48, 84) paralelo a ellos.

10. tres bobinas cilíndricas huecas (32, 52, 54, 56, 112, 114) , cada una dispuesta alrededor de un elemento (12, 14, 16, 58, 60, 62) , caracterizado po.

15. un sistema de refrigeración incluyendo un diafragma a modo de pared (74, 90, 102) entre cada bobina adyacente (52, 54, 56; 112, 114) que está en paralelo a la orientación de los elementos (12, 14, 16, 58, 60, 62) , -donde los diafragmas a modo de pared forman unas chapas de guía para un flujo de aire natural adicional.

20. donde los diafragmas a modo de pared (74, 90, 102) son alargados en la dirección del eje central virtual (18, 48, 84) , de modo que se facilita una disposición a modo de estrella de los diafragmas a modo de pared (74, 90, 102) y -donde la disposición a modo de estrella incluye una chimenea (64, 76, 86, 92, 120) alrededor del eje central virtual 25 (18, 48, 84) , que se prevé usar como canal de refrigeración interior para un flujo de aire natural.

2. Transformador seco según la reivindicación 1, donde se ha colocado un intercambiador de calor para una transferencia de calor mejorada desde la chimenea (64, 76, 86, 92, 120) a un colector de calor.

3. Transformador seco según la reivindicación 1 o 2, donde al menos un evaporador de un tubo de calor está conectado a al menos uno de los diafragmas (74, 90, 102) .

4. Transformador seco según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde nervios y/o aletas (80) se han colocado en la superficie de los diafragmas (74, 90, 102) . 35

5. Transformador seco según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los diafragmas (74, 90, 102) tienen una forma convexa, que está adaptada a la forma exterior de las bobinas adyacentes (32, 52, 54, 56, 112, 114) .

6. Transformador seco según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los diafragmas (74, 90, 102) , respectivamente los módulos de refrigeración (50, 72, 78, 82, 88) , se hacen al menos en parte de un metal.

7. Transformador seco según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los diafragmas (74, 90, 102) , respectivamente los módulos de refrigeración (50, 72, 78, 82, 88) , se hacen al menos en parte de un material 45 dieléctrico.

8. Transformador seco según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos un diafragma (74, 90, 102) , respectivamente los módulos de refrigeración (50, 72, 78, 82, 88) , está conectado de forma termoconductora con al menos una parte del núcleo de transformador (10) .

9. Transformador seco según la reivindicación 8, donde la conexión de termoconducción incluye manguitos (104, 108) con hendidura (106, 110) rodeando un yugo asociado (20, 22, 24, 26, 28, 30, 42, 44, 46, 116) .

10. Transformador seco según la reivindicación 8 o 9, donde la conexión de termoconducción incluye al menos una 55 tira que termina en una parte apilada del núcleo de transformador (10) .