CH645477A5

CH645477A5 - Electrical apparatus containing oil and protective gas

Info

Publication number: CH645477A5
Application number: CH61980A
Authority: CH
Inventors: Josef Marty; Felix Bachofen; Hansruedi Zahner
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1984-09-28
Also published as: DE3025467A1

Description

645 477 645 477

2 2nd

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Öl und Schutzgas enthaltendes elektrisches Gerät, dadurch gekennzeichnet, dass sein über dem Öl befindlicher Gasraum über ein wasserstoffdurchlässiges Molekularsieb mit der Aussenatmosphäre in Verbindung steht und in seinem Inneren einen Adsorbent für Kohlenwasserstoffe aufweist. 1. Electrical device containing oil and protective gas, characterized in that its gas space located above the oil is connected to the outside atmosphere via a hydrogen-permeable molecular sieve and has an adsorbent for hydrocarbons in its interior.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb aus Palladiumfolie besteht. 2. Device according to claim 1, characterized in that the molecular sieve consists of palladium foil.

3. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb durch eine aus Polytetrafluoräthylen bestehende Fassung gehaltert ist. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the molecular sieve is held by a socket made of polytetrafluoroethylene.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb beheizbar ist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the molecular sieve is heatable.

5. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist, um das Molekularsieb bis auf 250 °C aufzuheizen. 5. Apparatus according to claim 4, characterized by a heating device which is set up to heat the molecular sieve up to 250 ° C.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb aus Polytetrafluoräthylenfolie besteht. 6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the molecular sieve consists of polytetrafluoroethylene film.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molekularsieb aus einem Polytetrafluoräthylen-Palla-dium-Polytetrafluoräthylen-Sandwich besteht. 7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the molecular sieve consists of a polytetrafluoroethylene-palladium-polytetrafluoroethylene sandwich.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorbent Aktivkohle ist. 8. Apparatus according to claim 1, characterized in that the adsorbent is activated carbon.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorbent ebenfalls ein Molekularsieb ist. 9. Apparatus according to claim 1, characterized in that the adsorbent is also a molecular sieve.

10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasraumes durch Druckzunahme vergrösserbar ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the volume of the gas space can be increased by increasing the pressure.

11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Gasraum mit einer elastisch verschiebbaren Wandung. 11. Apparatus according to claim 10, characterized by a gas space with an elastically displaceable wall.

12. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum zur Volumenvergrösserung mit einem elastischen Balg versehen ist. 12. Apparatus according to claim 10, characterized in that the gas space is provided with an elastic bellows for increasing the volume.

13. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum zur Volumenvergrösserung mit einer federbelasteten Kolben-Zylinderanordnung versehen ist. 13. Apparatus according to claim 10, characterized in that the gas space is provided with a spring-loaded piston-cylinder arrangement for increasing the volume.

Es ist bekannt, in Öl enthaltenden elektrischen Geräten, welche hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind -etwa in elektrischen Hochspannungsschaltungen - das Öl unter Druck zu halten, etwa wie in der Schweizer PS 375 773 beschrieben. Oft ist dafür über dem Flüssigkeitsspiegel ein unter Druck stehendes Polster vom Schutzgas, gewöhnlich Ni, in einem Gasraum eingeschlossen, der beispielsweise nur über ein Überdruck-Ventil mit der Aussenluft verbunden ist. Dadurch können die Löscheigenschaften des Gerätes verbessert, und auch vermieden werden, dass im Laufe der Zeit Luft-Feuchtigkeit in das Gerät eintritt, wie es etwa bei einem zur Atmosphäre offenen Ausdehnungsraum der Fall wäre. Andererseits muss aber bei Betrieb des Gerätes - insbesondere wenn in diesem Lichtbögen auftreten - mit einer gewissen Zersetzung des Öles gerechnet werden, wobei hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe als Gasbläschen entstehen und aus dem Öl heraustreten. Die Bläschen können aus Gas oder auch aus Dämpfen von Verbindungen bestehen, welche bei Raumtemperatur flüssig sind. In beiden Fällen werden die betreffenden Stoffe zwar zunächst aus dem Öl entweichen und in den darübergelegenen Gasraum gelangen, später aber teilweise wieder im Öl gelöst werden, insbesondere wenn der Gasraum geschlossen ist, wie in der Schweizer PS 436 468 beschrieben, oder unter Druck steht. Dadurch werden die dielektrischen Eigenschaften des Öles allmählich verschlechtert. Ist der - als Polster beim plötzlichen Auftreten grosser Drucke wirkende - Gasraum etwa über ein Überdruckventil mit dem Aussenraum verbunden, wie in der Schweizer PS 487 493 vorgeschlagen, dann entweicht Schutzgas durch das Ventil, und es wird der Gasraum immer mehr mit Schaltgasen (Wasserstoff, Butan, Propan, Methan, Hexan usw.) angereichert, die dann in noch stärkerem Masse im Öl gelöst werden, während gleichzeitig das den Gasraum ursprünglich füllende Schutzgas nach und nach verloren geht. It is known to keep the oil under pressure in oil-containing electrical devices which are exposed to high thermal loads, for example in electrical high-voltage circuits, for example as described in Swiss PS 375 773. For this purpose, a cushion of protective gas, usually Ni, is enclosed in a gas space above the liquid level, which is connected, for example, only to the outside air via a pressure relief valve. This can improve the extinguishing properties of the device and also prevent air moisture from entering the device over time, as would be the case, for example, with an expansion space open to the atmosphere. On the other hand, a certain decomposition of the oil must be expected when operating the device - especially if arcing occurs - whereby mainly hydrogen and hydrocarbons form as gas bubbles and emerge from the oil. The bubbles can consist of gas or vapors of compounds that are liquid at room temperature. In both cases, the substances concerned will initially escape from the oil and reach the gas space above, but will later be partially dissolved in the oil again, especially if the gas space is closed, as described in Swiss PS 436 468, or is under pressure. This gradually deteriorates the dielectric properties of the oil. If the gas space - which acts as a cushion when sudden high pressures occur - is connected to the outside space via a pressure relief valve, as suggested in Swiss PS 487 493, then protective gas escapes through the valve, and the gas space is increasingly filled with switching gases (hydrogen, Butane, propane, methane, hexane etc.) enriched, which are then dissolved to an even greater extent in the oil, while at the same time the protective gas originally filling the gas space is gradually lost.

Es besteht daher die Aufgabe, Öl enthaltende Geräte zu schaffen, in welchen der Gasraum auch nach anhaltender oder mehrmaliger starken thermischen Belastung - etwa durch Lichtbögen oder Entladungen - fast das ganze ursprünglich eingefüllte Schutzgas enthält und praktisch keine durch Zersetzung dös Öles entstandene, sogenannte Schaltgase. Gleichzeitig soll die Einführung von beweglichen und Abnützung ausgesetzten Teilen, wie etwa Überdruckventile, vermieden werden. It is therefore the task to create oil-containing devices in which the gas space contains almost all of the protective gas originally filled, even after prolonged or repeated heavy thermal stress - for example due to arcing or discharges - and practically no so-called switching gases that result from the decomposition of oil. At the same time, the introduction of moving parts and parts subject to wear, such as pressure relief valves, should be avoided.

Zu diesem Zweck ist das erfmdungsgemässe, Öl und Schutzgas enthaltende elektrische Gerät dadurch gekennzeichnet, dass sein über dem Öl befindlicher Gasraum über ein wasserstoffdurchlässiges Molekularsieb mit der Aussenatmosphäre in Verbindung steht, und in seinem Inneren ein-Adsorbent für Kohlenwasserstoffe aufweist. For this purpose, the electrical device containing oil and protective gas according to the invention is characterized in that its gas space above the oil communicates with the outside atmosphere via a hydrogen-permeable molecular sieve and has an adsorbent for hydrocarbons in its interior.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren skizzierten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment outlined in the figures.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention.

Fig. 2 einen Teil-Ausschnitt aus Fig. 1. FIG. 2 shows a partial section from FIG. 1.

In der Fig. 1 bezeichnet 2 das Gehäuse des Gerätes, und das Rechteck 1 deutet die thermischen Belastungen ausgesetzte, im Ölbad 3 eingetauchte elektrische Vorrichtung an. Von dieser Vorrichtung ist nur ein Anschluss gezeigt, welcher über eine Leitung 11 mit einer aus dem Gehäuse 2 herausführenden Klemme 12 verbunden ist. Der Übersichtlichkeit halber ist die fallweise notwendige Isolation zwischen der Klemme 12 und dem Gehäuse 2 nicht gezeichnet, und auch der andere Anschluss der im Raum 1 befindlichen Vorrichtung wurde weggelassen. In FIG. 1, 2 denotes the housing of the device, and the rectangle 1 indicates the electrical device which is exposed to thermal loads and is immersed in the oil bath 3. Only one connection of this device is shown, which is connected via a line 11 to a terminal 12 leading out of the housing 2. For the sake of clarity, the insulation between the terminal 12 and the housing 2 which is necessary in some cases is not shown, and the other connection of the device located in room 1 has also been omitted.

Oberhalb des Ölspiegels befindet sich ein Gasraum 4, der bis zu einem als Abschluss dienenden Kolben 5 reicht. Dieser Raum ist mit einem Schutzgas, vorzugsweise N2 gefüllt, und es befindet sich darin ein Adsorbent 6 für Kohlenwasserstoffe. Der Fülldruck kann fallweise bis zu 20 bar betragen. Als Adsorbtionsstoff kann beispielsweise Aktivkohle verwendet werden. Der Kolben 5 ist mittels einer Dichtung 7 gegen das Gehäuse 2 abgedichtet, und kann sich beim Auftreten eines Überdruckes im Gerät gegen den Druck einer Feder 8 nach oben bewegen. Um die Verwendung einer Dichtung zu vermeiden, kann der Kolben 5 auch durch einen - vorzugsweise metallischen - Faltenbalg beweglich und gasdicht mit dem Gehäuse 2 verbunden sein. In einer Öffnung des Kolbens ist eine semi-permeable Wand 9 eingespannt, bestehend aus einer zwischen zwei Teflon-Scheiben 16 gehalterten Palladium-Folie 17 von ca. 0,2 mm Dicke, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Eine nicht dicht abschliessende Abdeckhaube 14 dient als Schutz gegen aussen, ohne den Gasfluss zu behindern. Um eine genügende Permeabilität des Palladiums gegenüber Wasserstoff zu gewährleisten, wird dieses auf eine oberhalb 200 °C liegende Temperatur, vorzugsweise etwa 250 °C, geheizt. Im dargestellten Beispiel wird indirekt geheizt, durch einen in die Anschlussleitung 11 geschalteten Widerstand 13, welcher in der Nähe der semipermeablen Wand 9 angebracht ist. Es kann diese aber auch direkt geheizt werden, oder auf andere Weise dafür gesorgt werden, dass sie auch in ausgelenkter Lage des Kolbens 5 warm genug bleibt. Above the oil level there is a gas space 4 which extends to a piston 5 serving as a closure. This space is filled with a protective gas, preferably N2, and there is an adsorbent 6 for hydrocarbons. The filling pressure can occasionally be up to 20 bar. For example, activated carbon can be used as the adsorbent. The piston 5 is sealed against the housing 2 by means of a seal 7 and can move upwards against the pressure of a spring 8 when an overpressure occurs in the device. In order to avoid the use of a seal, the piston 5 can also be connected to the housing 2 in a movable and gas-tight manner by means of a — preferably metallic — bellows. A semi-permeable wall 9 is clamped in an opening of the piston, consisting of a palladium foil 17 of approximately 0.2 mm thickness held between two Teflon disks 16, as can be seen from FIG. 2. A non-sealing cover 14 serves as protection against the outside without impeding the gas flow. In order to ensure sufficient permeability of the palladium to hydrogen, it is heated to a temperature above 200 ° C., preferably about 250 ° C. In the example shown, heating is indirect, by means of a resistor 13 which is connected to the connecting line 11 and which is attached in the vicinity of the semi-permeable wall 9. However, it can also be heated directly, or it can be ensured in some other way that it remains warm enough even in the deflected position of the piston 5.

Wenn nun beispielsweise ein (nicht gezeichneter) Hochspannungsschalter, der sich im Raum 1 befindet und in das If, for example, a (not shown) high-voltage switch, which is in room 1 and in the

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

645 477 645 477

Öl 3 getaucht ist, geöffnet wird und dabei ein Lichtbogen entsteht, dann nimmt der Druck im Gerät zu, und da das Gas nicht ungehindert durch die Wand 9 strömen kann, wird der Kolben 5 angehoben. Nach dem Schaltvorgang steigen die im Öl entstandenen Schaltgase, im wesentlichen Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe wie etwa Butan, Propan, Hexan, Methan und dergleichen, zum grössten Teil in Form von Blasen und Bläschen an die Oberfläche und mischen sich mit dem im Raum 4 befindlichen Stickstoff. Während aber letzterer nicht durch die Palladiumfolie der semi-permeablen Wand 9 durchtreten kann, lässt das Palladium den Wasserstoff durch, und der Kolben 5 senkt sich infolge der Abnahme des Hs-Partialdruckes im Raum 4 allmählich wieder. Dadurch wird verhindert, dass durch Rücklösung des Wasserstoffes im Öl dessen dielektrische Festigkeit im Laufe der Zeit unzulässig erniedrigt wird. Gleichzeitig bleibt die Stickstoff-Füllung des Raumes 4 erhalten, und braucht nicht oder kaum ergänzt zu werden. Oil 3 is immersed, is opened and an arc arises, then the pressure in the device increases, and since the gas cannot flow unhindered through the wall 9, the piston 5 is raised. After the switching process, the switching gases produced in the oil, essentially hydrogen and hydrocarbons such as butane, propane, hexane, methane and the like, rise to the surface in the form of bubbles and bubbles for the most part and mix with the nitrogen in room 4. However, while the latter cannot pass through the palladium foil of the semi-permeable wall 9, the palladium lets the hydrogen through and the piston 5 gradually lowers again as a result of the decrease in the Hs partial pressure in the space 4. This prevents the redissolving of the hydrogen in the oil from its dielectric strength being inadmissibly reduced over time. At the same time, the nitrogen filling of room 4 is retained and does not need to be supplemented, or hardly at all.

Die nach einem Schaltvorgang teilweise in Form von Gasen und teilweise als Dämpfe - d.h. als bei Zimmertemperatur wieder kondensierene Gase - im Raum 4 befindlichen Kohlenwasserstoffe, welche nicht durch die Wand 9 entwei-5 chen können, werden durch den Adsorptions-Körper 6 adsorbiert. Dieser kann beispielsweise aus Aktiv-Kohle oder aus einem Molekularsieb bestehen und ist so dimensioniert, dass er genügend Kohlenwasserstoffe aus der Stickstoff-Atmosphäre des Raumes 4 entzieht, um eine schädliche Rücklö-i« sung dieser Kohlenwasserstoffe im Öl 3 zu unterdrücken. Which after a switching operation partly in the form of gases and partly as vapors - i.e. as gases condensing again at room temperature - hydrocarbons located in the room 4, which cannot escape through the wall 9, are adsorbed by the adsorption body 6. This can consist, for example, of activated carbon or a molecular sieve and is dimensioned in such a way that it removes enough hydrocarbons from the nitrogen atmosphere in the room 4 in order to suppress harmful back-dissolving of these hydrocarbons in the oil 3.

Da die semi-permeable Wand 9 im wesentlichen nur für Wasserstoff durchlässig ist, ist das im Gerät befindliche Öl auch gegen Feuchtigkeit geschützt und oxydiert nicht wie bei Geräten, deren Inneres mit der Aussenluft in direkter Verbin-15 dung steht. Ausserdem eignet sich das vorliegende Gerät gut zur Verwendung in explosionsgefährdeten Räumen. Since the semi-permeable wall 9 is essentially only permeable to hydrogen, the oil in the device is also protected against moisture and does not oxidize as in devices whose interior is in direct contact with the outside air. In addition, this device is well suited for use in potentially explosive areas.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings