EP2402698A1 - Method for monitoring the functions of and/or controlling a coolant system and coolant system - Google Patents
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- EP2402698A1 EP2402698A1 EP10006813A EP10006813A EP2402698A1 EP 2402698 A1 EP2402698 A1 EP 2402698A1 EP 10006813 A EP10006813 A EP 10006813A EP 10006813 A EP10006813 A EP 10006813A EP 2402698 A1 EP2402698 A1 EP 2402698A1
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- H01F27/08—Cooling; Ventilating
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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- F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
Definitions
- the invention relates to a method for monitoring or controlling a cooling system with at least one thermosyphon, in particular for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system is provided with at least one evaporator and at least one condenser and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat carrier, and a system for carrying out this method.
- thermosyphon equipped with thermosyphon are known in principle from the prior art. In addition to water and air as heat transfer medium, they often also use refrigerant as an intermediate cooling medium.
- the currently used air-to-air and air-to-water cooling monitoring technology is not sufficient to reliably predict and evaluate the operation of the thermosyphon.
- cooling systems in which the current technologies, for example, air-water heat exchangers, air-to-air heat exchangers and finned tube bundle heat exchangers, are used, there is a monitoring function and reliability through water leakage, pressure difference and temperature sensors.
- the current technologies for example, air-water heat exchangers, air-to-air heat exchangers and finned tube bundle heat exchangers.
- Water leakage sensors are commonly used in marine applications to detect breakage in the air-to-water cooler and accordingly to prevent the ingress of water into electrical functional areas of the housing.
- Differential pressure sensors monitor the fans or the air inlets and air outlets of the cooling system.
- the temperature measurement is used to monitor the temperatures of the cooling air and the windings and, if necessary, to take corrective action.
- the invention provides that for monitoring the function and the reliability of the provided with thermosyphon cooling system, the thermal difference method and / or the method of heat transfer efficiency can be used.
- thermosyphon in the case of leakage, the temperature gradient along the thermosyphon is no longer negligible, since the thermal resistance between the evaporator (hot spot) and condenser (cold spot) is very high, that is DT ⁇ T warm - T cold ,
- the monitoring of the cooling system functionality is carried out accordingly in accordance with the Fig. 2 specified logic.
- a preferred development of the invention provides that the measurements are carried out sequentially in order to reduce the number of measurement channels required to acquire the temperature characteristics.
- thermosiphon element An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the two temperatures are measured simultaneously on a thermosiphon element.
- thermosyphon system With the respectively determined temperature values at the condenser inlet (T env ), at the evaporator inlet (T evap in) and at the condenser outlet (T condens out ), the global effectiveness of the thermosyphon system is formed according to the relationship given above.
- thermosyphons If one or more thermosyphons fail, the condenser outlet temperature (T condens out ) and the temperature at the evaporator inlet inevitably decrease (T evap out ) increases. This leads to the reduction of the effectiveness number. This reduction can be correlated with a number of defective thermosyphons.
- Effective efficiency limits are determined during the warm-up test along with the air temperatures within the enclosure.
- the logic for this method is in Fig. 3 shown.
- the state "warning" (signals in Fig. 2 and 3 ) to remedy the flow of the gaseous heat transfer medium is at least temporarily interrupted or, if necessary, even the flow direction of the gaseous heat carrier is at least temporarily reversed.
- a further advantageous embodiment of the method according to the invention is that the condenser as well as the evaporator are heated by heat from a heat source to avoid condensation in the condenser housing or icing of the condenser heat exchanger respectively, for example at the respective outlets.
- the subject of the invention is also a cooling system, in particular a cooling system for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one capacitor and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat transfer medium and is suitable for carrying out the method described above.
- the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one capacitor and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat transfer medium and is suitable for carrying out the method described above.
- Such a cooling system is characterized in particular in that temperature sensors for determining the relevant temperatures for determining the required characteristic values for the thermal differential method and / or for the method of heat transfer efficiency are provided in the housing.
- blower devices are provided which serve to generate a flow of the gaseous medium.
- the delivery of the gaseous medium can be interrupted at least temporarily. It is also possible to make the flow direction of the gaseous medium reversible by changing the conveying direction of the blower device.
- Another particularly advantageous embodiment of the cooling system according to the invention is characterized in that in which the at least one capacitor and the at least one evaporator receiving housing at least one heat source is arranged, wherein in a preferred manner, the heat source is formed by at least one heating element.
- the surveillance strategy implemented with the invention uses only the information of temperature to diagnose the functionality of the thermosyphon. This leads to a significant reduction in the number of sensors in the system, for example by pressure or pressure difference sensors are not required.
- FIG. 1 is a schematic sectional view through a transformer 10 with a housing 12 in which an iron core 14 with three winding assemblies 16 and separated therefrom in separate chambers 18, 19 each have a capacitor 20 and an evaporator 22 are arranged.
- a total of five temperature sensors 24, 26 are arranged in the housing 12, of which on the one hand the sensors 24 for determining the required characteristic values for determining the effectiveness (method of heat exchanger efficiency) and on the other hand for determining the required characteristic values for determining the thermal difference formation between Refrigerant in the condenser 20 and refrigerant in the evaporator 22 (temperature difference method) are needed.
- Cold cooling fluid flows according to arrow 28 into the chamber 18 of the housing 12 and passes after flowing through the capacitor 20 to a part, taking along the heat absorbed in the capacitor 20 to the outside and to the other Part in the chamber 19, from where it flows into the area in which the actual transformer with iron core 14 and winding assemblies 16 is arranged.
- the cooling fluid absorbs the heat radiated from the winding assemblies loss heat and then flows into the evaporator 22nd
- Fig. 2 a flow diagram for a schematic monitoring logic for the implementation of the temperature difference method is shown. The individual steps are indicated in each case. In the following, the individual steps or measures outlined therein are explained.
- Fig. 3 a flow diagram is shown for a schematic monitoring logic for the implementation of the method of heat transfer efficiency. The individual steps are indicated in each case. In the following, the individual steps or measures outlined therein are explained.
- Fig. 4 shows a pressure-enthalpy diagram of the internal cooling circuit (refrigerant).
- the two-phase diagram gas-liquid
- pressures constant evaporation and condensation temperatures (pressures).
- the pressure drop in the thermosiphon is so small that a temperature difference is negligible.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung oder Steuerung eines Kühlsystems mit wenigstens einem Thermosiphon, insbesondere für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt, sowie ein System zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring or controlling a cooling system with at least one thermosyphon, in particular for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system is provided with at least one evaporator and at least one condenser and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat carrier, and a system for carrying out this method.
Kühlsysteme ausgestattet mit Thermosiphon sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Sie nutzen neben Wasser und Luft als Wärmeträger häufig auch Kältemittel als Zwischenkühlmedium.Cooling systems equipped with thermosyphon are known in principle from the prior art. In addition to water and air as heat transfer medium, they often also use refrigerant as an intermediate cooling medium.
Die derzeit angewandte Überwachungstechnologie für Luft-Luft- sowie Luft-Wasser Kühlsysteme ist für eine zuverlässige Vorhersage und Beurteilung der Arbeitsweise des Thermosiphons nicht ausreichend.The currently used air-to-air and air-to-water cooling monitoring technology is not sufficient to reliably predict and evaluate the operation of the thermosyphon.
Es ist beispielsweise nicht möglich, eine frühzeitige Aussage über den Füllstand des Systems mit Wärmeträgermedium zu machen. Die jeweils mittels Sensoren gemessene Temperatur und Druckdifferenz allein sind nicht geeignet, diese Information zu liefern. Lediglich im Fall einer Kältemittelleckage können diese Sensoren zur späteren Erkennung des Fehlers führen.It is not possible, for example, to make an early statement about the level of the system with heat transfer medium. The measured by sensors temperature and pressure difference alone are not suitable to provide this information. Only in the case of refrigerant leakage, these sensors can lead to the later detection of the error.
In Kühlsystemen, in welchen die derzeitigen Technologien, zum Beispiel Luft-Wasser-Wärmetauscher, Luft-Luft-Wärmetauscher sowie Lamellenrohrbündel Wärmeübertrager, eingesetzt werden, erfolgt eine Überwachung hinsichtlich Funktion sowie Betriebssicherheit durch Wasserleckage-, Druckdifferenz- und Temperatur-Sensoren.In cooling systems, in which the current technologies, for example, air-water heat exchangers, air-to-air heat exchangers and finned tube bundle heat exchangers, are used, there is a monitoring function and reliability through water leakage, pressure difference and temperature sensors.
Wasserleckagesensoren finden häufig in der Marine Anwendung, um einen Bruch im Luft-Wasser-Kühler zu detektieren und dementsprechend das Eindringen von Wasser in elektrische Funktionsbereiche des Gehäuses zu vermeiden.Water leakage sensors are commonly used in marine applications to detect breakage in the air-to-water cooler and accordingly to prevent the ingress of water into electrical functional areas of the housing.
Differenzdrucksensoren überwachen die Lüfter beziehungsweise die Lufteingänge und Luftausgänge des Kühlsystems.Differential pressure sensors monitor the fans or the air inlets and air outlets of the cooling system.
Die Temperaturmessung wird eingesetzt, um die Temperaturen der Kühlluft und der Wicklungen zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen einzuleiten.The temperature measurement is used to monitor the temperatures of the cooling air and the windings and, if necessary, to take corrective action.
Aus der europäischen Patentanmeldung Nr.
Eine Überwachungs- und Diagnosestrategie für ein derartiges System ist allerdings bisher nicht vorhanden.However, a monitoring and diagnostic strategy for such a system is not yet available.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches auf möglichst einfache Weise erlaubt, zuverlässige und aussagekräftige Aussagen zum aktuellen Systemzustand zu machen. Hierzu ist die Entwicklung einer neuen Logik und Signalverarbeitungsstrategie für die frühzeitige Fehlererkennung notwendig.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a method and a cooling system of the type mentioned, which allows the simplest possible way to make reliable and meaningful statements about the current system state. For this, the development of a new logic and signal processing strategy for the early detection of errors is necessary.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of
Demgemäß ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Überwachung der Funktion sowie der Betriebssicherheit des mit Thermosiphon versehenen Kühlsystems die Thermodifferenzmethode und/oder die Methode der Wärmeträgereffektivität herangezogen werden.Accordingly, the invention provides that for monitoring the function and the reliability of the provided with thermosyphon cooling system, the thermal difference method and / or the method of heat transfer efficiency can be used.
Hierbei wird bei der Thermodifferenzmethode vorteilhafterweise die Temperaturdifferenz DT des Kältemittels in dem wenigstens einen Kondensator sowie in dem wenigstens einen Verdampfer gebildet entsprechend der Gleichung
mit Tmanifold evap = Temperatur im Verdampfer und
mit Tmanifold cond = Temperatur im Kondensator
und beurteilt.In this case, in the thermal differential method advantageously the temperature difference DT of the refrigerant in the at least one capacitor and in the at least one evaporator is formed according to the equation
with T manifold evap = temperature in the evaporator and
with T manifold cond = temperature in the condenser
and judged.
Bei dieser Methode wird also die Temperaturdifferenz des Kältemittels im Kondensator- und im Verdampferbehälter gebildet. Die physikalische Interpretation dieser Gleichung lautet wie folgt:
- Der Druckabfall im Thermosiphon liefert normalerweise nur einen geringen Wert. Hierbei sind der Druck und die Temperatur bei Zweiphasen-Kältemittel (flüssig und gasförmig) miteinander gekoppelt, wie auch in
Fig. 4 gezeigt ist. Da der Druck in den Behältern sich voneinander nur unwesentlich unterscheidet, ist auch die Temperaturdifferenz nahezu null (DT ~ 0).
- The pressure drop in the thermosyphon usually provides only a small value. Here, the pressure and the temperature in two-phase refrigerant (liquid and gaseous) are coupled together, as well as in
Fig. 4 is shown. Since the pressure in the containers differs only insignificantly from each other, the temperature difference is almost zero (DT ~ 0).
Allerdings ist im Fall einer Leckage der Temperaturgradient entlang des Thermosiphons nicht mehr vernachlässigbar, da der thermische Widerstand zwischen Verdampfer (Warmstelle) und Kondensator (Kaltstelle) sehr hoch ist, das heißt
Die Überwachung der Kühlsystemfunktionalität erfolgt demgemäß entsprechend der in
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Reduzierung der Anzahl der zur Erfassung der Temperaturkennwerte benötigten Messkanäle die Messungen sequentiell durchgeführt werden.A preferred development of the invention provides that the measurements are carried out sequentially in order to reduce the number of measurement channels required to acquire the temperature characteristics.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperaturen an einem Thermosyphon-Element jeweils gleichzeitig gemessen werden.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the two temperatures are measured simultaneously on a thermosiphon element.
Als zweites erfindungsgemäßes - alternatives oder komplementäres - Mess- und Überwachungsverfahren ist die Methode der Wärmeübertragereffektivität vorgesehen. Diese Methode sieht vor, dass gemäß der Beziehung
die globale Effektivität e des Thermosyphon-Systems aus dem Verhältnis der Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Kondensatoraustritt (Tcondens out ),zur Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Verdampfereintritt (Tevap in) gebildet wird.
- So gilt beispielsweise
- Ccondens > Cevap mit C=cp*m
- Hierbei sind
- cp = Spezi. Wärmekapazität der Luft bei konstantem Druck
m = Luftstrom. - Für den Fall
- Ccondens < Cevap mit C=cp*m
the global effectiveness e of the thermosiphon system is calculated from the ratio of the difference between the temperatures at the condenser inlet (T env ) and the condenser outlet (T condens out ), the difference between the temperatures at the condenser inlet (T env ) and the evaporator inlet (T evap in ) ,
- For example
- C condens > C evap with C = cp * m
- Here are
- cp = spec. Heat capacity of the air at constant pressure
m = airflow. - In the case
- C condens <C evap with C = cp * m
Es gilt :
Mit den jeweils ermittelten Temperaturwerten am Kondensatoreintritt (Tenv), am Verdampfereintritt (T evap in) und am Kondensatoraustritt (T condens out) wird nach der oben angegebenen Beziehung die globale Effektivität des Thermosyphon-Systems gebildet.With the respectively determined temperature values at the condenser inlet (T env ), at the evaporator inlet (T evap in) and at the condenser outlet (T condens out ), the global effectiveness of the thermosyphon system is formed according to the relationship given above.
Wenn ein oder mehrere Thermosiphons ausfallen, verringert sich zwangsläufig die Kondensatoraustrittstemperatur (Tcondens out) und die Temperatur am Verdampfereintritt (Tevap out) erhöht sich. Dies führt zur Verringerung der Effektivitätszahl. Diese Verringerung kann mit einer Anzahl defekten Thermosyphons korreliert werden.If one or more thermosyphons fail, the condenser outlet temperature (T condens out ) and the temperature at the evaporator inlet inevitably decrease (T evap out ) increases. This leads to the reduction of the effectiveness number. This reduction can be correlated with a number of defective thermosyphons.
Um diesen Fehlerfall abzudecken, ist es sinnvoll einen kritischen Unterwert der Effektivitätszahl zu bestimmen (eff_I).In order to cover this error case, it makes sense to determine a critical value of the effectiveness number (eff_I).
Im Fall einer Reduzierung des Luftvolumenstroms am Kondensatoreintritt zum Beispiel bei verringertem Einlassquerschnitt der Lufteintritte infolge von Ablagerungen, erhöht sich die Lufttemperatur am Kondensatoraustritt. Dementsprechend erhöht sich die Effektivitätszahl - bei konstanter Verdampfer-Eintrittstemperatur).In the case of a reduction of the air volume flow at the condenser inlet, for example with a reduced inlet cross-section of the air inlets as a result of deposits, the air temperature at the condenser outlet increases. Accordingly, the effectiveness number increases - at a constant evaporator inlet temperature).
Um diesen Fehlerfall abzudecken, ist es sinnvoll eine obere Grenze der Effektivität festzulegen (eff_u).To cover this error case, it makes sense to set an upper limit of effectiveness (eff_u).
Die Grenzwerte für die Effektivitätszahl (eff_I und eff_u) werden beispielsweise während des Warmlauf-Tests gemeinsam mit den Lufttemperaturen innerhalb des Gehäuses bestimmt. Die Logik für diese Methode ist in
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen ist dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung, zum Beispiel der Zustand "Warnung" (Signale in
Ein weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Kondensator wie auch der Verdampfer beheizt werden, indem zur Vermeidung von Kondensatbildung im Kondensatorgehäuse beziehungsweise von Vereisung des Kondensator-Wärmeübertragers jeweils, zum Beispiel an den betreffenden Auslässen, Wärme von einer Wärmequelle zugeführt wird.A further advantageous embodiment of the method according to the invention is that the condenser as well as the evaporator are heated by heat from a heat source to avoid condensation in the condenser housing or icing of the condenser heat exchanger respectively, for example at the respective outlets.
Wie zuvor bereits erwähnt, ist Gegenstand der Erfindung auch ein Kühlsystem, insbesondere ein Kühlsystem für Transformatoren, vorzugsweise für Trockentransformatoren, wobei das Kühlsystem wenigstens einen Thermosiphon aufweist, der in einem Gehäuse angeordnet und mit wenigstens einem Verdampfer und mit wenigstens einem Kondensator versehen ist und ein verdampfbares Kältemittel und ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, als Wärmeträger benutzt und zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist.As already mentioned above, the subject of the invention is also a cooling system, in particular a cooling system for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one capacitor and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, used as a heat transfer medium and is suitable for carrying out the method described above.
Ein solches Kühlsystem ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse Temperatursensoren zur Ermittlung der relevanten Temperaturen zur Ermittlung der benötigten Kennwerte für die Thermodifferenzmethode und/oder für die Methode der Wärmeträgereffektivität vorgesehen sind.Such a cooling system is characterized in particular in that temperature sensors for determining the relevant temperatures for determining the required characteristic values for the thermal differential method and / or for the method of heat transfer efficiency are provided in the housing.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems sind Gebläseeinrichtungen vorgesehen, welche zur Erzeugung einer Strömung des gasförmigen Mediums dienen.According to a preferred embodiment of the cooling system according to the invention, blower devices are provided which serve to generate a flow of the gaseous medium.
Hierbei ist entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Förderung des gasförmigen Mediums zumindest zeitweise unterbrochen werden kann. Ebenso ist es möglich, die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums durch Änderung der Förderrichtung der Gebläseeinrichtung umkehrbar zu machen.Here, according to an advantageous embodiment, it is provided that the delivery of the gaseous medium can be interrupted at least temporarily. It is also possible to make the flow direction of the gaseous medium reversible by changing the conveying direction of the blower device.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem den wenigstens einen Kondensator und den wenigstens einen Verdampfer aufnehmenden Gehäuse wenigstens eine Wärmequelle angeordnet ist, wobei in bevorzugter Weise die Wärmequelle von wenigstens einem Heizelement gebildet ist.Another particularly advantageous embodiment of the cooling system according to the invention is characterized in that in which the at least one capacitor and the at least one evaporator receiving housing at least one heat source is arranged, wherein in a preferred manner, the heat source is formed by at least one heating element.
Die mit der Erfindung verwirklichte Überwachungsstrategie nutzt lediglich die Information von Temperatur, um die Funktionalität des Thermosiphons zu diagnostizieren. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Anzahl von Sensoren im System, indem beispielsweise Druck- beziehungsweise Druckdifferenzsensoren nicht erforderlich sind.The surveillance strategy implemented with the invention uses only the information of temperature to diagnose the functionality of the thermosyphon. This leads to a significant reduction in the number of sensors in the system, for example by pressure or pressure difference sensors are not required.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These and other advantageous embodiments and improvements of the invention are the subject of the dependent claims.
Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Reference to an embodiment of the invention shown in the accompanying drawings, the invention, advantageous embodiments and improvements of the invention and particular advantages of the invention will be explained and described in detail.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittdarstellung durch einen Transformator mit Thermosiphontechnologie;
- Fig. 2
- ein Logikschema für die Implementierung der Thermodifferenzmethode;
- Fig. 3
- ein Logikschema für die Implementierung der Wärmeübertragereffektivität-Methode und
- Fig. 4
- ein Druck-Enthalpie-Diagramm des inneren Kühlkreislaufs.
- Fig. 1
- a schematic sectional view of a transformer with thermosiphon technology;
- Fig. 2
- a logic scheme for the implementation of the thermal difference method;
- Fig. 3
- a logic scheme for the implementation of the heat transfer efficiency method and
- Fig. 4
- a pressure-enthalpy diagram of the internal cooling circuit.
In
Ferner sind in dem Gehäuse 12 insgesamt fünf Temperatur-Sensoren 24, 26 angeordnet, von denen einerseits die Sensoren 24 für die Ermittlung der erforderlichen Kennwerte zur Bestimmung der Effektivität (Methode der Wärmeübertragerereffektivität) und andererseits für die Ermittlung der erforderlichen Kennwerte zur Bestimmung der Thermodifferenzbildung zwischen Kältemittel im Kondensator 20 und Kältemittel im Verdampfer 22 (Temperaturdifferenz-Methode) benötigt werden.Furthermore, a total of five
Außerdem ist mittels Pfeilen 28, 30, 32 (mit Schraffur) der Verlauf des einströmenden kalten Kühlfluids in das Gehäuse 12 hinein sowie innerhalb des Gehäuses 12 gezeigt, während Pfeile 34, 36 (mit Punktraster) die Ausströmung des mit Verlustwärme beladenen Kühlfluids aus dem Gehäuse 12 heraus anzeigt.In addition, by
Kaltes Kühlfluid strömt entsprechend Pfeil 28 in die Kammer 18 des Gehäuses 12 ein und gelangt nach Durchströmen des Kondensators 20 zum einen Teil unter Mitnahme der im Kondensator 20 aufgenommenen Wärme nach außerhalb und zum anderen Teil in die Kammer 19, von wo es in den Bereich einströmt, in welchem der eigentliche Transformator mit Eisenkern 14 und Wicklungsanordnungen 16 angeordnet ist. Hier nimmt das Kühlfluid die von den Wicklungsanordnungen abgestrahlte Verlustwärme auf und strömt anschließend in den Verdampfer 22.Cold cooling fluid flows according to
In
- 1. Die Überwachung (Monitoring) vergleicht die Temperatur am Verdampfereintritt (oder die Wicklungstemperatur) mit vorgegebenen Designtemperaturen. Ist der Schwellwert nicht überschritten, das System im Standby; das heißt es erfolgt keine Aktion. Die Lüfter laufen weiter oder werden nicht gestartet, falls die Temperatur der Wicklung oder am Verdampfereintritt zu niedrig ist.1. The monitoring (Monitoring) compares the temperature at the evaporator inlet (or the winding temperature) with predetermined design temperatures. If the threshold is not exceeded, the system is in standby mode; that means there is no action. The fans continue to run or fail to start if the winding temperature or evaporator inlet temperature is too low.
-
2. Falls die Schwelltemperatur in Schritt 2 überschritten ist und die Lüfter gemäß
Fig. 1 ausgeschaltet sind, müssen sie jetzt gestartet werden. Hier kann eine Regelung der Lüfterdrehzahl erfolgen.2. If the threshold temperature instep 2 is exceeded and the fans are in accordance withFig. 1 are turned off, they must now be started. Here, a control of the fan speed can be done. - 3. In diesem Schritt wird auf einen stationären Zustand gewartet. Die "Manifolds-Temperaturen" am Kondensator und am Verdampfer werden gemessen. Die Differenzen der "n"-Thermosiphons werden gebildet.3. In this step, a steady state is awaited. The "manifold temperatures" at the condenser and at the evaporator are measured. The differences of the "n" thermosiphons are formed.
- 4. Die Differenzen werden mit einem Schwellwert verglichen: DT threshold.4. The differences are compared with a threshold: DT threshold.
- 5. Im Falle, dass der Schwellwert überschritten wird, erhöht sich der Zähler nerror (Diagnosis).5. If the threshold value is exceeded, the counter n error (Diagnosis) increases.
- 6. Im Schritt 6 wird das Verhältnis der defekten Thermosiphons gebildet und mit zwei Schwellwerten verglichen (zum Beispiel 0,6 und 1). Liegt das Verhältnis in diesem Bereich, sind viele Thermosiphons defekt und die Funktionalität des Kühlsystems ist gefährdet. Status Service. Inspektion und Reparatur sind notwendig.6. In step 6, the ratio of the defective thermosyphon is formed and compared with two thresholds (for example 0.6 and 1). If the ratio is in this range, many thermosyphon are defective and the functionality of the cooling system is at risk. Status service. Inspection and repair are necessary.
- 7. Ist das Verhältnis nerror/n nicht größer als ein bestimmter noch unkritischer Schwellwert (zum Beispiel 0,3), ist das Thermosiphon System nicht gefährdet. Der Status "OK" liegt dann vor. Für den Fall, dass der kritische Schwellwert (zum Beispiel 0,3) überschritten ist, wird der Status "Warning" aktiviert und eine Inspektion ist notwendig.7. If the ratio n error / n is not greater than a certain, noncritical threshold value (for example 0.3), the thermosyphon system is not endangered. The status "OK" is then available. In the event that the critical threshold (eg 0.3) is exceeded, the status "Warning" is activated and an inspection is necessary.
In
- 1. Die Überwachung (Monitoring) vergleicht die Temperatur am Verdampfereintritt beziehungsweise die Wicklungstemperatur mit vorgegebenen Designtemperaturen. Ist der Schwellwert nicht überschritten, bleibt das System im Standby, das heißt es erfolgt keine Aktion. Die Lüfter laufen weiter oder werden nicht gestartet falls die Temperatur der Wicklung oder am Verdampfereintritt zu niedrig ist.1. The monitoring (monitoring) compares the temperature at the evaporator inlet or the winding temperature with predetermined design temperatures. If the threshold is not exceeded, the system remains in standby, that is, there is no action. The fans continue to run or fail to start if the temperature of the winding or at the evaporator inlet is too low.
-
2. Falls die Schwelltemperatur in Schritt 2 überschritten wird und die Lüfter gemäß
Fig. 1 ausgeschaltet sind, müssen sie jetzt gestartet werden. Hier kann eine Regelung der Lüfterdrehzahl erfolgen.2. If the threshold temperature instep 2 is exceeded and the fans are in accordance withFig. 1 are turned off, they must now be started. Here, a control of the fan speed can be done. - 3. In diesem Schritt wird auf einen stationären Zustand gewartet. Die Effektivitätszahl eff wird durch Rechnung bestimmt.3. In this step, a steady state is awaited. The effective number eff is determined by calculation.
- 4. Die Effektivitätszahl wird mit einem unteren efflow- und oberen effup -Schwellwert verglichen. Ebenso wird die Wicklungstemperatur oder die Temperatur am Verdampfereintritt mit einem Schwellwert verglichen T limit 1 . Falls die Bedingung erfüllt ist, ist das Thermosyphonsystem funktionstüchtig.4. The effectiveness number is compared to a lower eff low and upper eff up threshold. Similarly, the winding temperature or the temperature at the evaporator inlet is compared with a threshold value T limit 1 . If the condition is met, the thermosyphon system is functional.
-
5. Falls die Bedingungen im Schritt 4 nicht erfüllt sind, wird die Temperatur Wicklungstemperatur oder Lufttemperatur am Verdampfereintritt erneut mit einem zweiten Schwellwert verglichen T limit 2 . Bleiben die Temperatur und die Effektivitätszahl aus 4 im Bereich, wird ein Warnungssignal angegeben.5. If the conditions in
step 4 are not met, the temperature winding temperature or air temperature at the evaporator inlet is compared again with a second threshold value T limit 2 . If the temperature and the effectiveness number of 4 remain in the range, a warning signal is indicated. - 6. Steigt die Temperatur Wicklungstemperatur oder Lufttemperatur am Verdampfereintritt über den zweiten Schwellwert, ist eine Inspektion beziehungsweise eine Reparatur notwendig (Service). Falls die Effektivitätszahl über effup zeigt muss der Kondensator beziehungsweise der Kondensatorlüfter inspiziert werden. Falls die Effektivitätszahl einen Wert unter effI zeigt, sind ein oder mehrere Thermosiphons beschädigt.6. If the temperature winding temperature or air temperature at the evaporator inlet over the second threshold, is an inspection or a repair necessary (service). If the efficiency number is above eff up , the condenser or condenser fan must be inspected. If the efficacy number shows a value below eff I , one or more thermosyphons will be damaged.
- 1010
- Transformatortransformer
- 1212
- Gehäusecasing
- 1414
- Eisenkerniron core
- 1616
- Wicklungsanordnungwinding arrangement
- 1818
- erste Kammerfirst chamber
- 1919
- zweite Kammersecond chamber
- 2020
- Kondensatorcapacitor
- 2222
- VerdampferEvaporator
- 2424
- Temperatur-SensorTemperature Sensor
- 2626
- Temperatur-SensorTemperature Sensor
- 2828
- Pfeil (mit Schraffur)Arrow (with hatching)
- 3030
- Pfeil (mit Schraffur)Arrow (with hatching)
- 3232
- Pfeil (mit Schraffur)Arrow (with hatching)
- 3434
- Pfeil (mit Punktraster)Arrow (with dot matrix)
- 3636
- Pfeil (mit Punktraster)Arrow (with dot matrix)
Claims (13)
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Überwachung der Funktion sowie der Betriebssicherheit des mit Thermosiphon versehenen Kühlsystems die Thermodifferenzmethode und/oder die Methode der Wärmeübertragereffektivität herangezogen werden.Method for monitoring the operation of a cooling system with at least one thermosyphon, in particular for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system is provided with at least one evaporator and at least one condenser and uses a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air, as the heat carrier,
characterized in that
the thermo-differential method and / or the method of heat transfer efficiency is used to monitor the function and safety of the thermosyphon cooling system.
mit Tmanifold evap = Temperatur im Verdampfer und
mit Tmanifold cond = Temperatur im Kondensator und beurteilt wird.A method according to claim 1, characterized in that in the thermal differential method, the temperature difference DT of the refrigerant in the at least one capacitor and in the at least one evaporator is formed according to the equation
with T manifold evap = temperature in the evaporator and
with T manifold cond = temperature in the condenser and is judged.
aus dem Verhältnis der Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Kondensatoraustritt (Tcondens out),zur Differenz der Temperaturen am Kondensatoreintritt (Tenv) und am Verdampfereintritt (Tevap in) gebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that in the method of heat transfer efficiency the global efficiency e of the thermosyphone system according to the relationship
is formed from the ratio of the difference in the temperatures at the condenser inlet (T env) and at the condenser outlet (T condens out ), to the difference in the temperatures at the condenser inlet (T env ) and at the evaporator inlet (T evap in ).
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Gehäuse Temperatursensoren zur Ermittlung der relevanten Temperaturen vorgesehen sind.Cooling system with at least one thermosyphon, in particular for transformers, preferably for dry-type transformers, wherein the cooling system comprises at least one thermosiphon, which is arranged in a housing and provided with at least one evaporator and at least one condenser and a vaporizable refrigerant and a gaseous medium, preferably air , used as a heat carrier,
characterized in that
in the housing temperature sensors are provided for determining the relevant temperatures.
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