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Einrichtung zur Betriebsüberwachungvon Öltransformatoren und anderen 01 enthaltenden elektrischen
Apparaten.
Es sind Einrichtungen zum Schutz von Transformatoren bekannt, welche die im Transformator auftretenden Fehler anzeigen oder den Transformator abschalten. Die Einrichtungen arbeiten entweder in Abhängigkeit von der Öltemperatur, vom Ölstand, von der Entwicklung von Gasen, oder vom Verhältnis zwischen dem primären und sekundären Strom, oder der primären oder sekundären Leistung des Transformators. Als bekannt gilt auch die Sicherheitsvorrichtung nach dem Schweizer Patent Nr. 114429 für in eine Isolierflüssigkeit arbeitende elektrische Apparate, die durch den Überdruck eines über die Isolierflüssigkeit liegenden Gasraum betätigt wird.
Diese Einrichtungen weisen alle noch Unvollkommenheiten auf. Insbesonders arbeitet auch die Einrichtung nach dem angezogenen Schweizer Patent nur beim Entstehen eines grösseren Überdrucks, da sie sonst auch in Funktion treten würde, wenn bei andauernder Vollast infolge der Ausdehnung der Isolierflüssigkeit ein Druck im Gasraum entsteht. Wenn dieser nicht luftdicht abgeschlossen ist, ist eine Drucksteigerung durch die im Betrieb auftretenden Volumenänderungen überhaupt nicht möglich.
Es kann daher auch mittels des Drucks im Gasraum eine Sicherheitsvorrichtung nicht betrieben werden, die abhängig von dem Erwärmungszustand der Transformatorwicklung, wie er sich bei Überlastungen oder bei Ausfall der Kühlung ergibt, arbeiten soll.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmedifferentialsehutzeinriehtung, die abhängig von der Differenz der in der Zeiteinheit im Transformator erzeugten und von diesem wieder nach aussen abgegebenen Wärme arbeitet. Sie beruhrt auf der Tatsache, dass jede Veränderung im Wärmeinhalt des Transformators Volumenänderungen hervorrufen, die wie nachstehend beschrieben, für die Schutzwirkung erfasst und ausgenützt werden.
Das Volumen des Transformators c ist an der Einmündung des Verbindungsrohres g gegenüber dem Volumen des Ausdehnungsgefässes b derart abgeschlossen, dass nur eine oder mehrere enge, in ihrem Querschnitt verstellbare Kanäle d als Verbindung zwischen Transformator und Ausdehnungsgefäss bestehen. Die Kanäle d sind im unteren Teil einer luftdicht abgeschlossenen Kammer a wie sie beispiels-
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dass bei auftretenden Druckveränderungen in der Kammer a gegenüber dem Gegendruck im Ausdehnungsgefäss das Öl sich nur langsam ausgleichen kann.
Die Kammer a kann auch ausserhalb des Ausdehnungsgefässes an das Verbindungsrohr angeschlossen werden und durch einen Drosselschieber s als Stauelement mit dem Ausdehnungsgefäss verbunden werden (Ausführungsbeispiel Fig. 2), wobei das Rohr g gegen das Ausdehnungsgefäss bei r abgeschlossen sein muss.
Die Kammer a ist durch ein U-förmig gebogenes, mit Quecksilber gefülltes Glasrohr e oder durch irgendeinen andern vom Druck beeinflussbaren Apparat von der Aussenluft abgeschlossen. Das betriebsmässig abgeschlossene Luftvolumen in der Kammer kann durch einen Dreiweghahn t oder eine andere Absperrung mit der Aussenluft in Verbindung gebracht werden, um das Luftvolumen in der Kammer a bei einem bestimmten Betriebszustand des Transformators (Normalzustand) kurzzeitig unter Aussenluftdruck setzen und alsdann wieder abschliessen zu können.
Solange die Wärmemenge, die in der Transformatorwicklung und im Transformatorkern erzeugt wird, gleich gross ist wie diejenige Wärmemenge, welche vom Transformatorkasten an die umgebende
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Luft oder bei künstlicher Kühlung an das Kühlmittel abgegeben wird, wird sich keine Veränderung im Ölvolumen des Transformators ergeben. Tritt jedoch beispielsweise eine Belastung des Transformators um den zweifachen Strom gegenüber dem vorausgegangenen Zustand ein, so ergibt sich eine Wärmeerzeugung, die ungefähr viermal grösser ist. Die Wärmeabgabe an die Umgebung des Transformators oder an das Kühlmittel ist jedoch gleichgeblieben, da die erzeugte Wärme ja vorerst nur die Wicklung und das in unmittelbarer Umgebung befindliche Öl erwärmt hat.
Es tritt daher eine Volumenzunahme ein, die beispielsweise mit 100 c je Sekunde angenommen wird. Die Volumenzunahme hat eine Bewegung im Öl nach dem Ausdehnungsgefäss hin zur Folge, so dass sich das Ölvolumen dieses Gefässes sekundlich um 100 cm"gleichmässig auf die Dauer dieses Belastungszustandes vergrössern müsste, wenn nicht wie beim Anmeldungsgegenstand die Volumenzunahme zunächst in der Druckkammer a sich auswirken würde. Hier tritt durch das Ansteigen des Öls und Zusammenpressen des Luftvolumens eine Druckerhöhung ein, die von Sekunde zu Sekunde wächst, bis sie so gross geworden ist, dass die sekundliche Volumenzunahme von 100 cm restlos wieder durch die enge Schlitzöffnung d in das Ausdehnungsgefäss gedrückt wird.
Die Zeit bis zum Eintritt dieses Zustandes hängt davon ab, ob das eingeschlossene Luftvolumen grösser oder kleiner ist.
Wird umgekehrt mehr Wärme vom Transformator an die Umgebung oder das Kühlmittel abgegeben als im Transformator erzeugt wird, so tritt eine Volumenverminderung ein. Da die sekundliche Volumenabnahme grösser ist, als die Ölmenge, die vom Ausdehnungsgefäss durch die enge Schlitzöffnung d nach dem Transformator fliessen kann, tritt in der Kammer ein Unterdruck ein, der von Sekunde zu Sekunde wächst bis er so gross ist, dass der mit dem Unterdruck wachsende Öldurchfluss durch den Schlitz gleich ist der sekundlichen Volumenabnahme im Transformator.
Die Druckänderungen in der Kammer a übertragen sich auf das Quecksilber der Röhre e oder irgendeinen andern Druckmesser und bilden einen Massstab für die Temperaturänderungen der Innenwicklung des Transformators, die bekanntlich der unmittelbaren Messung entzogen sind.
Wird der Transformatorkessel undicht, so dass Öl in grösseren Mengen verloren geht, oder tritt infolge eines Fehlers im Transformator eine stärkere Wärmeentwicklung ein, so kann die hiedurch verursachte Volumenab-oder-zunahme, wie bereits geschildert, durch die engen Kanäle d nicht mehr sofort ausgeglichen werden, ohne dass ein höherer Unter-oder Überdruck in der Kammer entsteht.
In der gleichen Weise kontrolliert die Schutzeinrichtung auch den ordnungsmässigen Zustand der Kühleinrichtung des Transformators, da die Einstellung der Kanäle d für die normalen Betriebsverhältnisse, d. i. normale Belastung und normale Kühlung, bemessen wird und jede Veränderung nicht nur in der Wärmeerzeugung sondern auch in der Wärmeabgabe des Transformators sich augenblicklich in einer Veränderung des Volumens und damit des Drucks in der Kammer auswirkt.
Die Druckänderungen werden durch Berührung des Quecksilbers im Glasrohr e mit den ent-
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eines weiteren Transformators ausgenützt.
Soll die Schutzeinrichtung sehr empfindlich gegen stärkere Volumenzunahmen gemacht werden, so muss dafür gesorgt werden, dass der Transformator abgeschaltet wird ehe der Auslösekontakt I im
Glasrohr erreicht ist. Dies ist dadurch möglich, dass zwischen dem Alarmkotitakt t und dem Auslösekontakt I ein Zwischenkontakt k in geringem Abstand von i angeordnet wird. Bei einem raschen Ansteigen des Drucks in der Kammer a wird das Quecksilber die Kontakte i und k kurzzeitig hintereinander berühren.
Die Kontaktgebung bei i bewirkt neben dem Ansprechen des Alarmrelais p noch den Anlauf des zeitabhängigen Relais n, das nach einer bestimmten Zeit die Verbindung des Kontaktes m mit dem Auslöserelais o unterbricht, so dass also bei raschem Ansteigen des Quecksilbers die Auslösung des Transformators schon mit der Kontaktgebung bei k erfolgt, während dies im andern Fall erst mit der Kontaktgebung bei ! eintritt. Hiedurch ist eine selektive Schutzwirkung zwischen einer langsamen ungefährlichen Volumenänderung und einer raschen gefahranzeigenden Volumenzunahme gegeben.
Die zeitliche Verzögerung für die Alarmierung und Auslösung im Fall der Überlastung des Transformators ist ausser von der sekundlichen Volumenzunahme abhängig von dem in der Druckkammer a eingeschlossenen Luftvolumen. Um dieses und damit die zeitliche Verzögerung bis zum Abschalten eines überlasteten Transformators der Überlastungsfähigkeit entsprechend einstellen zu können, wird an die Druckkammer a noch ein gegen die Aussenluft abgeschlossenes Rohr h mit entsprechendem Querschnitt angeschlossen. Als Sperrflüssigkeit für dieses Rohr wird eine leichtere Flüssigkeit etwa Öl verwendet.
Die Druckänderungen in der Kammer a können am Flüssigkeitsstand des Rohres a deutlicher verfolgt und ein durch Gaseintritt in die Kammer a verändertes Verhältnis zwischen Druck und Transformatorbelastung erkannt werden. Wird mit dem Flüssigkeitsspiegel im Rohr h noch eine schreibende Vorrichtung zum Aufzeichnen der Druckveränderungen in Verbindung gebracht, so kann jede Abweichung von dem konstanten Verhältnis zwischen Druck und Transformatorbelastung als Unregelmässigkeit erkannt und verfolgt werden.
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