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Selbsttätige Vorrichtung an Transformatoren zur Regelung des Flüssigkeitsstromes zwischen dem Wicklungsgehäuse und dem darüberliegenden Ausdehnungsbehälter für die Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Vorrichtung an Transformatoren zur Regelung des Flüssigkeitsstromes zwischen dem Wicklungsgehäuse und dem über dem höchsten Punkt desselben liegenden Ausdehnungsbehälter für die Flüssigkeit.
Es sind bereits derartige Vorrichtungen bekannt, welche mit einer einzigen Verbindungsleitung des Wicklungsgehäuses mit dem Boden des Ausdehnungsbehälters versehen sind, in die ein Rückschlagventil eingeschaltet ist, welches den Flüssigkeitsrückfluss vom Ausdehnungsbehälter zum Wicklungsgehäuse bei einem bestimmten Druckgefälle in Richtung des Wicklungsgehäuses schliesst und dessen Ventilteller mit einem, einen geeichten Druck ausübenden Steuerorgan verbunden ist, durch das das Ventil bei normalen Betriebszuständen offengehalten wird.
Ferner sind auch Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die Mündung der Verbindungsleitung im Ausdehnungsbehälter stets unter dem Flüssigkeitsspiegel in diesem Behälter liegt, das Steuerorgan mit Einstellmittel zur Einstellung der grössten öffnungsweite des Ventils unter der Wirkung des Steuerorgans versehen ist und der Ventilteller mit dem Steuerorgan beweglich verbunden ist, so dass er bei einem Druckgefälle in Richtung des Ausdehnungsbehälters vom Ventilsitz weiter abhebbar ist als unter der Wirkung des Steuerorgans.
Eine Vorrichtung der zuletzt genannten Art, welche sich nicht nur für Ausdehnungsbehälter eignet, in denen die Flüssigkeit unmittelbar mit der Luft in Berührung steht, sondern auch für solche, bei denen zur Trennung zwischen Flüssigkeit und Luft eine elastische Membran oder eine mit Luft oder einem inerten Gas gefüllte Hülle vorgesehen ist, führt während des Betriebes des Transformators selbsttätig die folgenden Funktionen aus :
a) Wenn sich die Flüssigkeit zufolge Erwärmung ausdehnt und ihr Volumen zunimmt, dann kann sie durch das Rückschlagventil zum Ausdehnungsbehälter fliessen, wobei sich das Ventil unter dem Druck der Flüssigkeit in Richtung des Ausdehnungsbehälters frei öffnet, bis sich ein Durchflussquerschnitt ergibt, welcher auch die Grösse des Querschnittes der Leitung erreichen kann, in die das Rückschlagventil eingeschaltet ist. b) Beim Schwinden der Flüssigkeit zufolge Abkühlung kann die Flüssigkeit vom Ausdehnungsbehälter durch das Rückschlagventil zum Wicklungsgehäuse zurückfliessen, wobei der Ventilteller durch das Steuerorgan vom Ventilsitz abgehoben gehalten wird und der Durchflussquerschnitt des Ventils durch die Einstellmittel entsprechend der für den normalen Betrieb des Transformators notwendig erachteten Flüssigkeitsmenge kalibriert ist.
c) Im Notzustand bei fehlender Dichtheit des Wicklungsgehäuses bildet sich zufolge des Flüssigkeitsstromes in Richtung des Wicklungsgehäuses in einer grösseren Menge, als sie seitens des kalibrierten Durchflussquerschnittes des Rückschlagventils zugelassen ist, vor dem Ventil ein Druck aus, der grösser als der seitens des Steuerorgans ausgeübte geeichte Druck ist, so dass der Ventilteller gegen
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den Ventilsitz gedrückt wird und der Flüssigkeitsfluss in Richtung des Wicüungsgehäuses unterbrochen wird.
Im Betrieb der Transformatoren kann jedoch noch ein weiterer Zustand auftreten, in welchem ein
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normalen Betrieb festgelegt ist. Dieser Zustand tritt dann auf, wenn eine starke und andauernde Abkühlung der Flüssigkeit eine rasche Verringerung des Flüssigkeitsvolumens im Wicklungsbehäuse bewirkt. In diesem Fall ist es notwendig, die Flüssigkeit vom Ausdehnungsbehälter zum Wicklungsgehäuse in einer grösseren Menge rückfliessen zu lassen, als sie bei normalen Wärmeschwankungen erforderlich ist und seitens der Kalibrierung zugelassen wird, für welche die öffnungsweite des Ventils in Richtung des Wicklungsgehäuses eingestellt ist.
Um diesem weiteren Betriebszustand gerecht zu werden, benötigen die bekannten Vorrichtungen eine besondere Steuerung, welche durch entsprechende Organe unter vorbestimmten Verhältnissen und auf etwaige Signale von entfernten Punkten erteilt wird, um unabhängig von dem, den geeichten Druck ausübenden Steuerorgan die grösste Öffnung des Ventils zu erreichen. Insbesondere wird diese Steuerung seitens eines Elektromagneten ausgelöst, dessen beweglicher Kern mit dem Ventilteller verbunden ist und der im erregten Zustand des Magneten das Anheben des Ventiltellers von seinem Sitz und das vollständige öffnen des Ventils bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen derart zu verbessern, dass sie selbsttätig und ohne jegliche äussere Steuerung auch die zuletzt genannte Funktion während des Betriebes des Transformators ausführen können.
Um diese Aufgabe zu lösen, wurde daran gedacht, die folgende Erscheinung auszunutzen.
Das in die einzige Verbindungsleitung des Wicklungsgehäuses mit dem Ausdehnungsbehälter eingeschaltete Ventil unterbricht selbsttätig den Flüssigkeitsfluss zum Wicklungsgehäuse, wenn derselbe aus irgendeinem Grund grösser ist als die Menge, für welche die Durchflussweite kalibriert ist. Der verstärkte Flüssigkeitsrückfluss zum Wicklungsgehäuse kann durch eine Leckstelle im Wicklungsgehäuse oder durch einen raschen Schwund des Volumens zufolge einer starken Abkühlung der Flüssigkeit hervorgerufen werden. Im ersten Fall muss der Durchfluss geschlossen bleiben, um den Flüssigkeitsausfluss durch die Leckstelle zu verhindern, während im zweiten Fall der Durchlass wieder geöffnet werden muss, um einen weiteren Flüssigkeitsrückfluss zum Wicklungsgehäuse zu gestatten.
Im ersten Fall wirkt nun auf dem Ventilteller des Rückschlagventils auf der Seite des Ausdehnungsbehälters eine Kraft ein, welche durch die darüberliegende Flüssigkeitssäule und durch den äusseren Luftdruck ausgelöst wird, welcher auf die Flüssigkeit im Ausdehnungsbehälter entweder unmittelbar oder über eine Membran, eine luftgefüllte Hülle od. dgl. übertragen wird. Auf der andern Seite des Ventiltellers entsteht ein Unterdruck, der einzig und allein auf den Höhenunterschied zwischen dem Ventilteller und der Leckstelle zurückzuführen ist.
Obwohl der Ventilteller durch die Kraft gegen den Ventilsitz gedrückt und angehalten wird, welche auf der Seite des Ausdehnungsbehälters dem seitens des Steuerorgans ausgeübten, geeichten Druck überwiegt, wird durch die Zustände in den Räumen nach und vor dem Ventilteller kein Druckunterschied von erheblicher Grösse ausgebildet, nachdem beide Räume mit aussen in Verbindung stehen.
Im zweiten Fall, in dem das Schliessen des Durchflusses durch das Ventil durch einen Flüssigkeitsrückfluss zum Wicklungsgehäuse hervorgerufen wird, welcher auf eine plötzliche starke Abkühlung der Flüssigkeit zurückzuführen ist, bildet sich zwischen den Räumen vor und nach dem Ventilteller des Rückschlagventils ein immer grösser werdender Druckunterschied zufolge des immer stärker werdenden Unterdruckes aus, der sich nach dem Ventilteller einstellt, wo der F1üssigkeitsschwund zufolge der andauernden Temperaturverringerung in einem nach aussen abgeschlossenen Raum fortschreitet.
Die Erfindung nützt diesen Druckunterschied aus, welcher sich nach dem Schliessen des Rückschlagventils nur in dem genannten Fall des Flüssigkeitsrückflusses zum Wicklungsgehäuse zufolge einer starken und andauernden Abkühlung der Flüssigkeit einstellt, um das öffnen eines zweiten Ventils zu steuern, welches geeignet ist, das Druckgleichgewicht zwischen den beiden Räumen vor und nach dem Ventilteller des ersten Ventils wieder herzustellen, so dass nach der Beseitigung des überdruckes vor dem Ventilteller der geeichte Druck des Steuerorgans denselben wieder in den ursprünglichen Abstand von seinem Sitz zurückführen und somit die kalibrierte Durchgangsweite wieder herstellen und einen weiteren Flüssigkeitsrückfluss zum Wicklungsgehäuse gestatten kann.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Räumen vor und nach dem Ventilteller ein zweites Ventil angeordnet ist, dessen Öffnung selbsttätig erfolgt, wenn der Druckunterschied zwischen den Räumen vor und nach dem Ventilteller des ersten Ventils
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einen vorbestimmten Wert übersteigt.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung kann der Ventilteller des zweiten Ventils durch eine geeichte Feder geschlossen gehalten werden, wobei dieser Ventilteller an seinen beiden Seiten dem Druck der Flüssigkeit in den Räumen vor bzw. nach dem Ventilteller des ersten Ventils ausgesetzt ist.
In einer andern Ausführungsform kann der Ventilteller des zweiten Ventils durch einen Elektromagneten betätigt werden, welcher durch einen Druckunterschiedsmesser mit elektrischem Kontakt gesteuert wird, der auf den Druckunterschied zwischen den Räumen vor und nach dem Ventilteller des ersten Ventils empfindlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, welche Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, wobei Fig. l schematisch im Schnitt die zwischen dem Wicklungsgehäuse eines Transformators und dem Ausdehnungsbehälter angeordnete Vorrichtung zeigt, Fig. 2 im grösseren Massstab im Schnitt die erfindungsgemässe Vorrichtung in einer gegenüber der Fig. l etwas abgeänderten Ausführungsform zeigt und Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt veranschaulicht.
In Fig. l ist der obere Teil eines elektrischen Transformators dargestellt, dessen Wicklungen sich in einer Flüssigkeit (beispielsweise Öl) befinden, wobei die Wicklungen in einem Gehäuse --11-eingeschlossen sind, auf dessen Deckel --12-- ein an sich bekanntes Sicherheitsventil-13-angeordnet ist und von welchem ein erster Leitungsabschnitt --15-- ausgeht, in den eine an sich bekannte Schutzvorrichtung --19-- gegen normale Gasbildung, Druckstösse usw. eingeschaltet ist.
In Reihe mit der Schutzvorrichtung --19-- liegt zwischen zwei Absperrhähnen --17 und 18-- die erfindungsgemässe selbsttätige Vorrichtung, welche insgesamt mit --21-- bezeichnet ist und von welcher ein zweiter Leitungsabschnitt --23-- ausgeht, der am Boden eines Ausdehnungsbehälters
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inertem Gas in Verbindung steht.
Wie sich aus Fig. l und insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, weist die selbsttätige Vorrichtung nach der Erfindung ein Gehäuse-33-auf, welches mit zwei Flanschanschlüssen-35 und 41-versehen ist, über die es an die Absperrhähne --17 bzw. 18-angeschlossen ist.
Eine Trennwand --34-- unterteilt das Innere des Gehäuses in zwei Räume --37 und 39--,
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--45-- verschlossen,--47-- gehalten ist.
Die Trennwand --34-- weist einen Ventilsitz --51-- für den ventilteller --49-- eines ersten Ventils auf, das geeignet ist, die beiden Räume --37 und 39--miteinander in Verbindung zu setzen. Der ventilteller --49-- ist in seiner Anhebebewegung gegenüber dem Sitz --51-- durch
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Stange-48-gefuhrt.--49-- von seinem Sitz ist durch den Anschlag gegen die platte --45-- festgelegt.
Auf den Ventilteller --49-- wirkt ein Steuerorgan ein, welches einen geeichten Druck ausübt, der geeignet ist, den Ventilteller von seinem Sitz abzuheben, um einen kalibrierten Durchflussquerschnitt durch das Ventil zu bilden.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig. l besteht dieses Steuerorgan aus einem Schwimmer - -53--, dessen Hub im Raum --37-- durch eine Einstellschraube --57-- begrenzt ist.
Gemäss den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 besteht das genannte Steuerorgan aus einer geeichten Druckfeder --5--, welche zwischen einem rohrförmigen Fortsatz des Ventiltellers --49-- und einer Auflage --56-- derart wirkt, dass sie den Ventilteller von seinem Sitz abzuheben trachtet. Die Lage der Auflage --56-- ist mittels einer Einstellschraube --57-- einstellbar.
An Stelle des Schwimmers bzw. der Druckfeder können andere an sich bekannte Steuerorgane vorgesehen sein.
Bei der in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung ist zwischen den Räumen --37 und 39-des Gehäuses-33-ein zweites Ventil vorgesehen, dessen Teller --59-- durch eine geeichte Feder --67-- gegen den entsprechenden Ventilsitz --61-- in der Trennwand --34-- gehalten wird.
Insbesondere ist an der Trennwand --34-- ein in den Raum --39-- hineinragendes Gehäuse --65-- vorgesehen, in dem eine mit dem Ventilteller --59-- fest verbundene Stange --63-- geführt ist, wobei die Feder --67-- zwischen einer Querwand des Gehäuses-65-und einer auf der Stange --63-- befestigten Scheibe --68-- derart wirkt, dass
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sie den Ventilteller --59-- am Sitz --61-- angedrückt hält. Eine Seite des Ventiltellers-59befindet sich im Raum-37-und die andere Seite befindet sich in einem Raum des Gehäuses - -65--, der über Löcher-69-mit dem Raum--39-in Verbindung steht.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung in der bisher beschriebenen Ausführungsform ist folgende.
Wenn in einem Notzustand (Undichtwerden des Wicklungsgehäuses oder starke und andauernde Abkühlung der Flüssigkeit) Flüssigkeit aus dem Ausdehnungsbehälter --25-- zum Wicklungsgehäuse - -11-- in einer grösseren Menge zu fliessen trachtet, als durch den kalibrierten Durchflussquerschnitt zwischen dem Teller --49-- und dem Sitz-51-des ersten Ventils hindurchfliessen kann, dann nimmt die Flüssigkeit in diesem Durchflussquerschnitt eine erhöhte Geschwindigkeit an, welche nach dem ventilteller --49-- einen Unterdruck erzeugt. Demzufolge wird der vor dem Ventilteller wirkende Druck erhöht, bis er den geeichten Druck des Steuerorgans (Schwimmer-53-bzw.
Feder - -55--) übersteigt, welcher trachtet, den Ventilteller von seinem Sitz --51-- entfernt zu halten. Der ventilteller --49-- wird auf diese Weise gegen seinen Sitz --51-- gedrückt und der Flüssigkeitsrückfluss zum Wicklungsgehäuse --11-- wird unterbrochen.
Im Fall einer Leckstelle, welche im allgemeinen an einer Stelle des Deckels --12-- des Wicklungsgehäuses --11-- durch Bruch eines Isolators auftritt, bildet sich zwischen den Räumen - 37 und 39-nach bzw. vor dem Ventilteller --49-- kein sehr starker Druckunterschied, da die beiden Räume mit aussen in Verbindung stehen. Infolgedessen bleibt der Teller --59-- des zweiten Ventils gegen seinen Sitz-61-gedrückt und auch der Teller --49-- bleibt durch den Druck
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des Steuerorgans übersteigt. Der Flüssigkeitsrückfluss vom Ausdehnungsbehälter --25-- zum Wicklungsgehäuse --1-- bleibt somit unterbrochen und der Ausdehnungsbehälter kann sich nicht durch die im Wicklungsgehäuse entstandene Leckstelle entleeren.
Wurde hingegen das Schliessen des ersten Ventils durch ein starkes Absinken der Flüssigkeitstemperatur hervorgerufen, dann stellt sich zwischen den Zonen vor und nach dem Ventilteller --49-- ein immer grösser werdender Druckunterschied zufolge des immer stärkeren Unterdruckes ein, der nach dem Ventilteller --49-- entsteht, wo der Schwund der Flüssigkeit unter der andauernden Wirkung der Abkühlung in einem nach aussen isolierten Raum fortschreitet.
Wenn der Unterschied zwischen den Drücken, die auf die im Raum --37-- liegende Seite des Ventiltellers - bzw. auf die andere im Raum im Gehäuse --65-- liegende Seite wirken, auf welche letztere Seite die sich im Raum --39-- unter Druck befmdende Flüssigkeit durch die Verbindungslöcher --59-- einwirkt, den Druck übersteigt, auf welchen die Feder-67-geeicht ist, dann gibt diese Feder nach und gestattet das öffnen des Ventiltellers --59-- gegen den unter Unterdruck stehenden Raum --37--, in welchen die Flüssigkeit vom Raum-39-nachfliesst und somit das Gleichgewicht wieder herstellt.
Nach der Wiederherstellung des Druckgleichgewichtes wird der Ventilteller --49-- des ersten Ventils unter der Wirkung des Steuerorgans-53 bzw. 55-wieder von seinem Sitz --51-- abgehoben, wodurch selbsttätig die normalen Betriebsbedingungen wieder hergestellt sind.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der selbsttätigen Vorrichtung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein zweites Ventil mit Ventilteller --93-- und zugehörigem Sitz-95-in der Trennwand --34-- vorgesehen. Eine mit dem Ventilteller --93-- fest verbundene Stange-91-
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deren Aufgabe es ist, bei der Handhabung und dem Transport der Vorrichtung einen Austritt von Quecksilber aus der Säule --71-- zu verhindern. Die Säule --71-- ist mit zwei elektrischen Kontakten-81 und 83-versehen. Der erste Kontakt --81-- ist mit einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle und mit einem Zeitsteuerschalter --85-- verbunden.
Der zweite Kontakt-83ist mit einem Kontakt des Zeitsteuerschalters --85-- und über denselben mit dem Elektromagneten --87-- verbunden, dessen Wicklung an den zweiten Pol der Spannungsquelle angelegt ist.
Wenn zufolge des Druckunterschiedes zwischen den Räumen-37 und 39-- (Unterdruck im Raum --37-- und Überdruck im Raum --39--) das Quecksilber in der Säule-71-ansteigt
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setzt. Zufolge der Erregung des Elektromagneten --87-- wird der Kern --89-- angezogen und der Ventilteller --93-- von seinem Sitz --95-- abgehoben. Dadurch werden die beiden Räume-37 und 39--, in denen verschiedene Drücke herrschen, miteinander unmittelbar in Verbindung gesetzt und das Druckgleichgewicht wird wieder hergestellt.
Demzufolge öffnet sich das erste Ventil wieder, dessen Ventilteller --49-- unter der Wirkung des Steuerorgans-53 bzw. 55-von seinem Sitz --51-- abgehoben wird.
Wie ersichtlich, ist die Wirkungsweise der Vorrichtung sowohl in diesem als auch im ersten Fall vollständig selbsttätig, da sie bei dem vorbestimmten Wert des Druckunterschiedes zwischen den Räumen-37 und 39-vor bzw. nach dem Teller --49-- des ersten Ventils ausgelöst wird, wenn nach dem Schliessen des Ventiltellers --49-- nach demselben ein Zustand der Volumsverringerung zufolge Absinkens der Temperatur bestehen bleibt.
Wie gesagt ist im Fall des Entstehens eines Lecks im Wicklungsgehäuse --11-- der Druckunterschied zwischen den Räumen-37 und 39-sehr gering. Die Mittel, welche das zweite Ventil zu steuern haben, um die Verbindung zwischen den Räumen-37 und 39-herzustellen, müssen auf einen entsprechenden Wert des Druckunterschiedes geeicht sein. Die Kraft, welche das zweite Ventil entgegen diesem Druckunterschied geschlossen hält, muss jedenfalls grösser als jene sein, bei welcher das erste Ventil geschlossen wird.
Das Öffnen des zweiten Ventils (Ventilteller--59 bzw. 93--) kann auch von aussen von Hand
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verschwenkbarer Nocken-99-vorgesehen- gebracht wird, dann verschiebt der mit ihm fest verbundene Nocken --99-- die Ventilstange --63-- (Fig.2) bzw. --91-- (Fig.3), wodurch der Ventilteller-59 bzw. 93-von seinem Sitz-61 bzw. 95-abgehoben wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbsttätige Vorrichtung an Transformatoren zur Regelung des Flüssigkeitsstromes zwischen dem Wicklungsgehäuse und dem über dem höchsten Punkt desselben liegenden Ausdehnungsbehälters nur die Flüssigkeit, mit einer einzigen Verbindungsleitung des Wicklungsgehäuses mit dem Boden des Ausdehnungsbehälters, in die ein Rückschlagventil eingeschaltet ist, welches den Flüssigkeitsrückfluss vom Ausdehnungsbehälter zum Wicklungsgehäuse bei einem bestimmten Druckgefälle in Richtung des Wicklungsgehäuses schliesst und dessen Ventilteller mit einem mit Einstellmitteln versehenen, einen geeichten Druck ausübenden Steuerorgan verbunden ist, durch das bei normalen Betriebszuständen eine geeichte Durchflussweite durch das Ventil offengehalten wird, wobei die Verbindung zwischen dem Ventilteller und dem Steuerorgan derart ist,
dass sich der Ventilteller bei einem Druckgefälle in Richtung des Ausdehnungsbehälters weiter von seinem Sitz entfernen kann, als unter der Wirkung des
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dem Ventilteller (49) ein zweites Ventil (59 bis 61 ; 93 bis 95) angeordnet ist, dessen Öffnung selbsttätig erfolgt, wenn der Druckunterschied zwischen den Räumen vor und nach dem Ventilteller des ersten Ventils einen vorbestimmten Wert übersteigt.
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