Електронагрівач електроізоляційної рідини

1. Електронагрівач електроізоляційної рідини містить металевий корпус із розташованими у його верхній та нижній частинах патрубками входу та виходу рідини, яка нагрівається, і встановленим всередині трифазним нагрівачем, який складається із окремих секцій, в які встановлений нагріваючий елемент, який відрізняється тим, що електронагрівач являє собою багатоярусні сплетені трифазні блоки секцій з активними елементами нагрівання, встановленими по всій висоті корпусу, прохідний перетин якого повністю заповнений активними елементами нагрівання; трифазний блок нагрівача складається з поруч розташованих однофазних секцій, активні елементи нагрівання яких встановлені один над другим, при цьому нагріваючий елемент виконаний у формі гофру і вершини гофрів окремо розташованих один над другим нагріваючих елементів зміщені на пів кроку гофра; секції активних елементів нагрівання сплетені проміж себе та із вертикально розташованими ізоляційними рейками за допомогою ізоляційної стрічки; в активних елементах нагрівання нагріваючий елемент встановлений проміж двох гнучких ізоляційних пластин, до яких вершини гофрів закріплені за допомогою ізоляційної стрічки. 2. Електронагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що він забеспечений маслонасосом, шафою управління та реле протоку масла. 3. Електронагрівач за п. 1, п. 2, який відрізняється тим, що маслонасос встановлений на вхідному патрубці корпусу нагрівача. 4. Електронагрівач за п. 1, п. 2, який відрізняється тим, що ша фа управління закріплена до корпусу нагрівача. 5. Електронагрівач за п. 1, п. 2, який відрізняється тим, що реле протоку масла встановлене на патрубці виходу масла. A (54) ЕЛЕКТРОНАГРІВАЧ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦ ІЙНОЇ РІДИНИ 30964 Винахід належить до електронагрівання, зокрема до нагріваючого пристрою, призначеного для нагрівання, наприклад трансформаторного масла, під час монтажу, ремонту та обслуговування потужних маслонаповнених електричних апаратів. Завданням винаходу є вдосконалення конструкції, підвищення надійності під час експлуатації та досягнення ефективності нагрівання трансформаторного масла. Відомий електронагрівач текучого середовища (див.: А.с. СРСР № 1760651, кл. Н05В3/20, заявл. 07.08.1989, опубл. 07.09.1992), який взяли як прототип, містить циліндричний корпус з кришкою та дном, які герметично з'єднані з корпусом через фланцеві з'єднання. Кріплення кришки та дна із корпусом - швидкознімне і здійснюється за допомогою відкидних болтів. Кришка має патрубок для виводів та підключення до магістралі нагрітого середовища, а дно патрубок для введення текучого середовища до корпусу електронагрівача під тиском від насосу. У корпусі послідовно встановлені на знімних основах виконані із листової сталі у вигляді чотирьох сегментів секції (наприклад, у кількості 3-х штук) з гофрованими нагріваючими елементами. Основи кріпляться до упорів за допомогою болтів, упори заварені до корпусу. Гофровані нагріваючі елементи виконані із стрічки електротехнічної сталі з термостійким ізоляційним покриттям і з'єднані з джерелом струму крізь прохідні ізолятори за допомогою шин, що встановлені у стінці корпуса. Витки нагріваючої стрічки прокладені спірально або зігзагоподібно у пази, що створені ізолюючими планками, які виготовлені із склотекстоліту та встановлені у прорізі рамки основи секції. Виконання основи у вигляді чотирьох сегментів перешкоджає проходженню текучого середовища крізь канали, які створені гофрами нагріваючих елементів та ізолюючими планками. Розміщені гофри нагріваючого елементу під кутом, рівним 4050° до основи секції та до напрямку потоку текучого середовища. Гофри наступної секції розміщені дзеркально відповідно гофрів попередньої секції. Електронагрівач текучого середовища працює слідуючим чином. Напруга подається від джерела струму через шини на нагріваючий елемент. Електричний струм, проходячи через гофровані нагріваючі елементи, викликає їх нагрівання. Водночас текуче середовище, що нагрівається, таке як трансформаторне масло, подається під тиском від насосу через патрубок введення. Проходячи по каналам, які створені гофрами та ізолюючими планками, текуче середовище обмиває нагріваючі елементи. Потік текучого середовища, яке нагрівається, усім своїм перетином контактує із нагріваючими елементами, а дзеркальне розташування гофрів наступної секції відносно гофрів попередньої забезпечує перемішування шарів текучого середовища, яке нагрівається. Причини, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату: - складність конструкції, велика вага активної частини нагрівача за рахунок застосування неак тивних конструктивних елементів (металоконструкції і кераміки); - наявність застійних зон у нагрівачі за рахунок закритих порожнин, створених сегментами металоконструкції, у яких уповільнена циркуляція масла, яке нагрівається, що впливає на електроізоляційні характеристики масла (старіння масла, погіршення його якості); - розташування нагріваючої стрічки під кутом відносно потоку масла створює нерівномірний нагрів контактуючого масла у проточній та у не проточній частинах нагрівача, тобто відбирання тепла потоком масла здійснюється нерівномірно, тому що потік масла обмиває тільки одну сторону нагріваючої стрічки; - знижена надійність нагрівача за рахунок протікання потоку масла за напрямком руху через три різнопотенціальні секції, що може перекривати ізоляційні проміжки за наявності у потоці масла струмопровідних часток або води; - відносно великий коефіцієнт закриття вершин гофрованої нагріваючої стрічки елементами конструкції за рахунок контактування відносно великої кількості вершин гофрів (при неглибоких гофрах) із ізолюючими планками; - при багаторазовій циркуляції масла крізь нагрівач збільшена можливість термічного розкладання масла (із зниженням ізоляційних характеристик) за рахунок відносно великого питомого навантаження на одиницю площі нагрівача та наявності застійних зон; - збільшене енергоспоживання нагрівачем. В основу винаходу покладено завдання по вдосконаленню електронагрівача електроізоляційної рідини, наприклад трансформаторного масла, у якому виконання багатоярусної сплетеної конструкції, що складається із блоків секцій з розташованими один над другим активними елементами нагрівання, у яких вершини го фрів нагріваючої стрічки зміщені на пів кроку гофра, забезпечує підвищення механічної міцності, зниження локальних місць перегрівання та питомого навантаження на одиницю площі до 0,6 Вт/см 2, що створює поступове нарощування температури у електронагрівачі і за рахунок цього виключається можливість місцевого перегрівання та термічного розкладання трансформаторного масла, збільшується ККД нагрівача і при багаторазовій циркуляції потоку масла крізь нагрівач, електроізоляційні характеристики масла зберігаються в межах експлуатаційних норм. Перераховуємо конструктивні елементи (деталі, вузли), що є загальними з аналогом (або прототипом): електронагрівач електроізоляційної рідини містить металевий корпус із розташованими у його верхній та нижній частинах патрубками входу та ви ходу рідини, яка нагрівається і встановленим всередині трифазним нагрівачем, який складається із окремих секцій, у які встановлений гофрований нагріваючий елемент. Перераховуємо конструктивні елементи (деталі, вузли), що вперше виконані у запропонованому об'єкті: електронагрівач являє собою багатоярусні сплетені трифазні блоки секцій з активними елементами нагрівання, встановленими по всій висоті корпусу, прохідний перетин якого повністю заповнений активними елементами нагрівання. 2 30964 Трифазний блок нагрівача складається з поруч розташованих однофазних секцій, активні елементи нагрівання яких встановлені один над другим, при цьому нагріваючий елемент виконаний у формі гофру і вершини гофрів окремо розташованих один над другим нагріваючих елементів зміщені на пів кроку гофра. Секції активних елементів нагрівання сплетені проміж себе та із вертикально розташованими ізоляційними рейками за допомогою ізоляційної стрічки. У активних елементах нагрівання нагріваючий елемент встановлений проміж двох гнучких ізоляційних пластин, до яких вершини гофрів закріплені за допомогою ізоляційної стрічки. Ізоляційна стрічка виконана із нетканої склострічки. Неткана склострічка насичена епоксидною смолою. Електронагрівач призначений для нагрівання трансформаторного масла. Однофазні секції активних елементів нагрівання розміщені за напрямком руху трансформаторного масла. Нагріваючий елемент виконаний у ви гляді стрічки. Стрічка виконана із смуги електротехнічної сталі. Стрічка встановлена на ребро паралельно потоку масла. Електронагрівач забезпечений електронасосом, шафою управління та реле протоку масла. Маслонасос встановлений на вхідному патрубці корпусу нагрівача. Шафа управління закріплена до корпусу нагрівача. Реле протоку масла встановлене на патрубці виходу масла. Реле протоку масла містить пробку для випуску повітря та оглядові вікна. У нижній частині корпусу встановлений вхідний колектор, який має розсіювач потоку масла. Розсіювач потоку масла виконаний у вигляді решітки. Патрубки входу та виходу потоку масла забезпечені дисковими засовами. Електронагрівач забезпечений термосигналізатором, датчик якого встановлений у верхній частині корпусу. Термосигналізатор являє собою манометричний термометр. Лінійні виводи секцій активних елементів нагрівання закріплені у прохідних ізоляторах. Секції активних елементів нагрівання ізольовані від стінок корпусу електрокартоном. Технічний результат, що може бути досягнений при використанні винаходу: - у електронагрівачі відбувається поступове нарощування температури за рахунок створення багатоярусних сплетених блоків секцій з активними елементами нагрівання, розташованими за напрямком руху потоку масла; - покращенні умови нагрівання у електронагрівачі за рахунок зменшення площі торкання нагріваючої стрічки конструктивних елементів, бо під точку кріплення вершин гофрів нагріваючої стрі чки заходить 3 мм (на кожні 100 мм довжини нагріваючої стрічки); - досягнута ефективність нагрівання за рахунок розташування гофрованих нагріваючих стрічок в активних елементах нагрівання із зміщенням та перекриттям вільних проміжків на відстань кроку гофри; - знижене питоме навантаження на одиницю поверхні нагрівача до 0,6 Вт/см 2; - зменшені розміри та вага трифазного блоку нагрівача за рахунок відсутності у конструкції нагрівача неактивних металевих конструкцій; - збільшена механічна міцність за рахунок гнучкого зв'язку блоків секцій активних елементів нагрівання з застосуванням нетканої склострічки, яка зв'язує і яка насичена епоксидною смолою, що виключає наявність сконцентрованих інерційних мас; - збільшена площа відкритої контактуючої поверхні нагрівача за рахунок виконання глибокого гофр у нагріваючої стрічки активного елементу нагрівання; - підвищена надійність під час експлуатації за рахунок вдосконалення конструкції нагрівача та збереження електроізоляційних властивостей масла, що нагрівається; - знижене термічне розкладання масла при його тривалому нагріванні за рахунок того, що на активних елементах нагрівання температура не перевищує 160°С, а досягнення необхідної температури масла, яке нагрівається, забезпечується збільшенням поверхні теплозйому; - знижена здатність активної частини нагрівача до пошкодження від механічного впливу за рахунок гнучкості сплетіння конструкції нагрівача; - корпус нагрівача повторює форму сплетених разом блоків секцій активних елементів нагрівання, що забезпечує оптимальне проходження масла крізь активні елементи нагрівання. Характер прояву нових властивостей винаходу: - компактна та легка конструкція активної частини нагрівача: - у секціях активні елементи нагрівання розміщені один над другим із зміщенням вершин гофрів, що подвоює площу перекриття у нагрівачі; - рівномірно обтікаються потоком масла обидві сторони нагріваючої стрічки, а так як обидві сторони знаходяться в однакових умовах, не створюється застійних зон і увесь потік масла нагрівається однаково, наприклад до 97°С на виході нагрівача; - збільшення контактуючої з маслом поверхні активних елементів нагрівання у нагрівачі, наприклад 18 м 2, досягається при потужності нагрівача 120 кВ, що відповідно знижує питоме навантаження на одиницю площі нагрівача до 0,6 Вт/см 2. Причинно-наслідковий зв'язок полягає у тому, що уся вищезазначена сукупність істотних признаків, як окремо кожний, так і усі разом, забезпечує виконання поставленого завдання винаходу – удосконалення конструкції, підвищення надійності в експлуатації та досягнення ефективності нагрівання електроізоляційної рідини, наприклад трансформаторного масла. 3 30964 Електронагрівач електроізоляційної рідини, що пропонується, пояснюється графічно: фіг. 1 - електронагрівач трансформаторного масла, наприклад типу НМЕ-120; фіг. 2 - загальний вигляд електронагрівача типу НМЕ-120; фіг. 3 - вузол багатоярусного блоку секцій активних елементів нагрівання; фіг. 4 - герметичний металевий корпус електронагрівача; фіг. 5 - розташування гофрів нагріваючої стрічки у секції із зміщенням; фіг. 6 - вигляд згори блоку секцій з трьох фаз (зміщення гофрів не показане); фіг. 7 - конструкція активного елементу нагрівання. Винахід - електронагрівач електроізоляційної рідини, наприклад трансформаторного масла, містить сталевий герметичний корпус 1, всередині якого встановлений трифазний нагрівач, який являє собою багатоярусні сплетені блоки секцій 2 з активними елементами нагрівання 3, що встановлені на усій висоті корпусу 1 за напрямком руху потоку масла (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4). Електроживлення секцій 2 активних елементів нагрівання 3 здійснюється через виводи, що закріплені у прохідних ізоляторах 4 (див. Фіг. 1, фіг. 2). Корпус 1 має вхідний та вихідний патрубки масла 5 і 6, які забезпечені дисковими засовами 7 і 8 (див. фіг. 1). Для забезпечення ламінарного потоку масла через електронагрівач, вхідний колектор 9, розташований у нижній частині корпусу 1, має розсіювач 10 потоку масла у вигляді решітки, що розміщена на усій ширині корпусу 1 (див. фіг. 1, фіг. 2). Розсіювач 10 потоку масла перешкоджає попаданню до корпусу 1 нагрівача сторонніх предметів. Трифазний сплетений блок 2 нагрівача складається з поруч розташованих однофазних секцій з активними елементами нагрівання 3, які встановлені один над другим (див. фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4). Секції активних елементів нагрівання 3 сплетені проміж себе і з вертикально розташованими ізоляційними ребрами 11 за допомогою ізоляційних стрічок 12 (див. фіг. 3). Нагріваючий елемент 13 у кожному активному елементі нагрівання 3 виконаний у формі глибокого гофра (див. фіг. 7). Вершини 14 гофрів окремих розташованих один над другим нагріваючих елементів 13 зміщені на пів кроку го фра (див. фіг. 5). У активних елементів нагрівання 3 нагріваючий елемент 13 встановлений проміж двох гнучких ізоляційних пластин 15, до яких вершини 14 гофрів закріплені за допомогою ізоляційної стрічки 16 (див. фіг. 6, фіг. 7). Ізоляційна стрічка 16 виконана із нетканої склострічки, що насичена епоксидною смолою, за умов закріплення вершин 14 гофрованого нагріваючого елементу 13 до гн учких ізоляційних пластин 15 (див. фі г. 6). Електронагрівач призначений для нагрівання трансформаторного масла. Однофазні секції активних елементів нагрівання 3 розміщені за напрямком руху трансформаторного масла. Нагріваючий елемент 13 виконаний у вигляді стрічки із смуги електротехнічної сталі (h=0,350,5 мм). Нагріваюча стрічка 13 у активному елементі нагрівання 3 встановлена на ребро паралельно потоку масла (див. фіг. 6, фі г. 7). До вхідного патрубку 5 корпусу 1 під'єднаний маслонасос 17 продуктивністю до 100 тон за годину (див. фіг. 1). Маслонасос 17 забезпечує проток масла крізь електронагрівач. Допускається використання двох маслонасосів, які встановлюються послідовно. Шафа управління 18 закріплена до корпусу 1 електронагрівача. Шафа управління 18 забезпечує роботу нагрівача за заданими режимами і призначена для оперативного управління роботою нагрівача (див. фіг. 1). При працюючому маслонасосі 17 блокується включення секцій активних елементів нагрівання 3. Реле протоку 19 масла встановлене на патрубці 6 виходу масла (див. фі г. 1). Реле протоку 19 масла блокує можливість включення нагрівача за умов відсутності протоку масла через блоки 2 секцій нагрівача, наприклад не менше 3 т/година масла. Наявність оглядових вікон 20 у реле протоку 19 масла дозволяє візуально визначити приблизне розходування масла через електронагрівач. Термосигналізатор 21 забезпечує підтримання температурного режиму роботи нагрівача, він вимикає одну або дві секції активних елементів нагрівання 3 у блоці 2 при перевищенні заданої температури (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг. 4). Термосигналізатор 21 являє собою манометричний термометр, який встановлюється у гніздо 22 на кришці 23 корпусу 1 нагрівача. Датчик 24 термосигналізатора встановлюється у верхній частині корпусу 1. Корпус 1 нагрівача має патрубки 25 для зливу масла. Секції активних елементів 3 нагрівання ізольовані від стінок корпусу 1 листом електрокартону (не показаний). Принцип роботи електронагрівача, що пропонується: Трансформаторне масло маслонасосом 17 подається через вхідний патрубок 5 до колектора 9, через який масло, минувши решітку 10, розсіюється, надходить до корпусу 1 (ди в. фіг.1). Відбір проб та випуск повітря з-під кришки 23 нагрівача здійснюється відкриттям пробки 26 на реле протоку 19 масла. Візуально через оглядові вікна 20 є можливість спостерігати проток масла та відсутність повітря. На початку масло проходить через нижній блок 2 секцій активних елементів нагрівання 3, а після цього через верхній блок 2 секцій активних елементів нагрівання 3 надходить до вихідного патрубку 6. Електронагрівач підключається до джерела електроживлення і нагрівання відбувається за рахунок контакту масла із поверхнями нагріваючих стрічок 13 секцій активних елементів нагрівання 3, 4 30964 тобто відбувається знімання маслом теплової енергії з нагріваючих стрічок 13 активних елементів нагрівання 3. Трансформаторне масло, яке протікає через нагрівач, нагрівається до заданої температури, контактуючи поступово за напрямком руху із послідовно встановленими ярусами активних елементів нагрівання 3 (наприклад, 18 ярусів). При цьому зростання температури нагрівання масла відбувається рівномірно. Електронагрівач трансформаторного масла призначений для роботи з розходуванням масла у межах від 3 до 70 т/година. Максимальна температура масла на виході 97°С, при цьому максимальна температура на поверхні сталевої нагріваючої стрічки 13 не перевищує 160°С в усі х режимах роботи нагрівача. Електронагрівач застосовується при монтажі, ремонті силових потужних трансформаторів масою до 500 тонн у випадках коли необхідно нагрівання масла до 97°С з метою випробувань та сушіння ізоляції трансформаторів, а також для нагрівання під час технологічної обробки масла. Фіг. 1 5 30964 Фіг. 2 Фіг. 3 6 30964 Фіг. 4 Фіг. 5 7 30964 Фіг. 6 Фіг. 7 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 8