CN101233588A - 步进开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充填有绝缘液体的步进开关S1和吸收因受热引起绝缘液体容积波动的装置。为此按照本发明设有气垫，所述气垫集成组合在开关容器SW、SK内，以及，气垫由一些通过改变其形状吸收绝缘液体容积波动的物体K3、K5、K6构成。与此同时制备气垫的外套，它避免通过绝缘液体热分解产生的气体与气垫的气体混合。

Description

步进开关

本发明涉及一种充填有绝缘液体的步进开关和用于吸收因受热引起的绝缘液体容积波动的装置。

本发明可以实现开关容器密封地封闭并因而显著减少开关油的老化。

此外，使用本发明可以取消空气干燥器、外部膨胀容器和相关的管道。除此之外，本发明还解决了气体聚集在通向密封地封闭的开关的膨胀容器的管道中的问题。

上述类型的步进开关主要使用于功率变压器内以用于调节负载时的电压。在运行时由于转换电阻发热、通过变压器的围绕开关及其容器的绝缘和冷却剂散热、以及其他影响，导致严重的温度波动。这些促使显著改变步进开关绝缘液体的容积。此外，通过开关电弧和/或转换电阻发热，导致绝缘液体的热分解以及由此造成产生气体。这些气体基于它们较低的密度所以向上飞升，以及必须采取恰当措施导出。

现有技术是使用安装在变压器上方的膨胀容器，它通过倾斜的管道与开关连接。借助所述的管道不仅使受热引起容积改变时绝缘液体流动，而且还输出气体。

已知，变压器和开关使用一个公共的膨胀容器，然而在这种情况下导致绝缘液体的混合。因此目前主要使用双腔膨胀容器。例如在DE19527763C2中介绍了这种膨胀容器。

这种膨胀容器的缺点是油面与大气接触，这需要使用所谓空气干燥器。空气在此空气干燥器内流过一种干燥剂并在那里脱水。在这里耗尽干燥剂的吸收能力(收湿性)以及干燥剂必须定期更新。对干燥剂的这些必要的周期性目视检查以及定期更换，尤其在空气湿度大的地区，意味着巨大的成本因素(推荐的维护间隔时间：3个月)。此外，尤其在变压器快速冷却时，这些空气干燥器并没有提供可靠的封闭以防绝缘液体吸收水分和氧气。

在DE10010737A1中介绍了一种密封地封闭的变压器，它为了容积补偿采用可膨胀的散热器。使用这种散热器以补偿开关绝缘液体的容积膨胀需要昂贵的费用并带来气体从开关容器导出的问题。已知一些针对变压器绝缘液体的膨胀的膨胀容器，它们在主腔内使用薄膜将绝缘液体与大气隔开。在DE3206368中对此作了介绍。尽管这些膨胀容器提供绝缘液体对大气的可靠隔离，但仍然需要空气干燥器，这就带来已提及的那些缺点。此外，与大气接触导致薄膜老化并因而引起技术上的不稳定性。

此外已知的是，直接在变压器盖的下方使用气垫(DE710389)。然而此方案没有提供使有害气体与气垫隔离的可能性。

在DE10224074A1中介绍了一种用于将管道导入步进开关内的装置，它利用一种迷宫系统避免气体流入膨胀容器。

但所述系统既没有密封地封闭开关，也不能完全阻止气体侵入管道中。而且需要保留通向油膨胀容器的昂贵的管道装置。

此外，由DE3504916C2已知一种膨胀容器，它直接安装在步进开关顶端上。这种方案同样需要空气干燥器，其结果是带来前言列举的一些已知的缺点。由此也不能达到密封地封闭。

下面说明的发明可以在开关运行时在避免上述缺点的同时补偿绝缘液体的容积变化。

本发明利用气垫吸收开关绝缘液体因热引起的容积波动。这种气垫按本发明集成组合在开关容器内。开关容器不仅相对于大气而且相对于变压器的绝缘介质都是密封地封闭的。此外，气垫通过弹性壁与绝缘液体隔开。气垫处于排挤体内，该排挤体通过改变其形状和大小吸收绝缘液体的容积波动。

由排挤体的弹性壁造成的绝缘液体与气垫的隔离，导致了包含在气垫中的气体与通过绝缘液体热分解产生的气体按照本发明不会发生混合的效果。用于容积补偿的气垫按本发明设置为，使气垫不妨碍通过开关电弧和/或转换电阻发热产生的气体的上升和排出。

采用按本发明的装置，补偿体成为开关的组成部分。取消附加的外部组件并导致简化整个变压器。在绝缘液体温度改变时气体聚集在管道内和阻碍油流动的问题，由于取消了造成这些问题的组件因而得以避免。

由此在密封式变压器中避免了由于气垫与膨胀容器连接造成运行故障。此外这种设计可以设专用的集气腔，通过该集气腔避免过于频繁起动卸压阀和往往与此相关的附加的油损失。

按另一项设计，开关在上部区内设有一个附加的容积，用于盛放规定量的附加绝缘液体，为的是补充由于开关过程分解的和/或转换电阻发热造成的油损失。在油分解时产生的气体向上飞升并聚集在此附加的腔内。由于明显更大的气体容积导致开关容器内的过压。若开关内的压力超过规定的极限值，则打开在正常运行期间关闭的卸压阀，以及用开关周围的大气实施减压。

采用按本发明设计的容积补偿装置，可以达到使开关的绝缘液体与大气/环境空气的完全隔离。防止绝缘液体吸收水分和氧气。避免由于水分影响绝缘液体的抗电强度，以及显著减缓绝缘液体的老化。

可以取消外部的膨胀容器、空气干燥器及相关的管道。可以省去对空气干燥器中干燥剂状态的定期检查，并由于取消昂贵的定期更换干燥剂而导致降低成本。避免由于消耗干燥剂造成环境污染和废物排除问题。

有利地，按照本发明的开关配备有排气阀(D3)。它恰当地可以设计或控制为，使它在低的气压时起动，但是当存在绝缘液体时不起动。由此可以持续地抽出气体。一个压力阀和/或普通的大面积卸压阀(D2)用于防止过压。通过组合一个取决于液位的卸压装置与一个在小的过压时已经起动的取决于液位的卸压装置，可以在连续排出形成的气体的同时更可靠地防止开关容器爆破。

在发热时必要的容积补偿的速度取决于变压器和开关的热力学时间常数以及运行条件，但肯定恰当的是缓慢地进行。为了在发生故障时防止补偿装置巨浪般容积改变(由于绝缘液体分解产生大量气体)，在通往补偿装置的通道内安置压力阻尼器(DD)是有利的。这些压力阻尼器(DD)可以由沿绝缘液体的路径相对于补偿体的横截面减小形成。

与此同时可以设置一个较少阻碍排气和延迟排气的通向卸压阀(D2)的导引装置或另一个减压装置。

按另一种特殊的实施方式，补偿体设有弹性件(F1)，以达到预定的压力变动。这些弹性件也可以由补偿器的器体本身构成。

按一项专用设计，补偿装置沿一个或两个方向配备有容积边界。由此例如可以在开关容器内实现满足于压力变动的具体要求。所述边界同样可以通过补偿件的行程限制以及通过一种多部分组成的有不同弹性常数的工作室的补偿装置实现。

按另一种实施方式将气垫设计为，可以与开关的功能构件连接并因而只需要小的空间位置。这种方案的一种实施例是使用金属的膨胀体作为屏蔽电极。

按本发明补偿体可以设计为金属补偿器、气泡存储器、卷膜、薄膜袋、塑料膜或橡胶补偿器。通过本发明的装置，必要的补偿体(K)不与大气(1)接触，从而避免水分腐蚀金属补偿器和因受水分、氧气及臭氧的作用使塑料膜老化。由此显著降低对于所使用的补偿体的要求。

按一种特别有利的设计，排挤件是简单的充气气球，气球的壁由金属薄膜构成。特别经济的是使用耐油橡胶或塑料，亦即由所列举材料制成的薄膜。为达到不透气性，排挤体可以由金属化的塑料薄膜或薄金属膜组成。为了在极微弱的气体扩散的同时达到需要的热力与弹性特性，可以使用多层薄膜(例如：使用乙烯三氟氯乙稀共聚物/氟化乙烯丙烯共聚物/丁腈丁二烯橡胶)。使用的这些材料同样可以设有纺织或玻璃纤维夹层。

此外可以采用这样一些补偿器，它们有负压或真空度以及通过弹性件膨胀或延伸。在这种情况下形状和容积的变化通过弹性力和补偿器内压与开关压力的协调作用确定。

有利地将排挤体的尺寸设计为耐真空，以便允许对于大型变压器常见的充填过程。在为薄膜的情况下所述强度可以通过恰当的尺寸和壁厚的组合实现，但也可以通过支承结构实现。

下面借助实施例详细说明本发明。

图1表示一个有开关顶端(SK)的开关(S1)，它装在变压器的盖(TD)上。在开关(S1)内部的空腔充填绝缘液体。开关(SW)的外壳将该开关密封地封闭，在开关的绝缘液体加热时导致开关中的内压增大。压力升高促使补偿装置(K6)内的气体压缩。通过油的热分解形成的气体向上飞升以及导向监测装置(B3)。若此气体量过大，则气体经阀(D3)排出。

采用按本发明的装置，补偿体成为开关的组成部分。取消附加的外部组件以及导致简化整个变压器。有利地在补偿体的设计中加入在开关内反正存在的构件。

图2表示一种实施例，其中补偿体由波纹盒构成。在本实施例中，这些补偿体(K3、K6)不仅安置在开关下部中，而且安置在开关(Z1)由绝缘圆柱构成的中心管内。此外，在本实施例中将电屏蔽装置(A2)的一些部分设计为金属膨胀体。

图3表示一种实施例，其中通过许多个补偿体(K5)构成容积补偿装置。这些补偿体不妨碍通过绝缘液体热分解形成的气体上升。在本实施例中，气体聚集在安置在顶部区内的补偿体(K5)之间的空隙内以及排挤在那里的绝缘液体。当存在预定的气体量(油位)时，测量和控制装置(M64)促使打开排气阀(M67)以及使有害气体进入大气(1)或中间连接的评估装置(气体分析)中。这些补偿体可以廉价地生产和以不同的量置入不同类型的开关内。

在本实施例中表示的补偿体可以安置在开关的完全不同的区域内。此外，这种设计可以将许多所谓死腔充分利用于容积补偿。在本实施例中这些补偿体不仅安置在开关顶端区内而且也安置在由绝缘圆柱构成的开关中心管(Z1)内。在个别单元变得不密封时，仅这些个别单元充填油，而不会危及整个系统。逸出的气体起瓦斯保护作用(Buchholzschutz)，以及在相应量的排挤件损坏时导致释放气体。若补偿体(K5)安置在开关下部区内，则一个制动装置(GS)防止这些补偿体上升。此制动装置有利地设计为，在个别补偿体损坏时它避开施加电压的部分释放气体。有利地气体在中心圆柱(Z1)或开关轴内安全地导入到开关的顶端区内。

图4表示一种开关，它在外壳(SW)的上部区内设有附加的容积(VZ)用于盛放适量附加的绝缘液体，为的是补充在例如通过转换电阻发热使油分解时造成的油损失。因为这一油容积与分解时形成的气体容积相比很小，所以对于处于大修之间的时间间隔而言有小量的绝缘液体便足够了。在使用真空开关小室(SZ)时(通过它们在它们中显著减小受热引起的油分解)按一种特别的实施例，安置的全部存油量可以用于开关的使用寿命期。在油分解时形成的气体向上飞升并聚集在此附加的空间(VZ)内。通过明显增大的气体容积导致开关容器内的过压。若开关内的压力超过预定的极限值，则打开在正常运行期间关闭的气体出口(M67)并实施用开关周围的大气(1)卸压。有利地，将控制装置(M51、M64)控制为，只有在开关顶端区内存在预定量的气体时才实施气体出口(M67)的起动。卸压阀(D2)承担防止压力波的任务。油从开关腔(VZ)的上部流出以及将形成的气体排出，可以在结构尺寸小、绝缘液体对大气完全隔离以及无需外部油膨胀容器的同时，使开关基本上免予维护。

图5表示按本发明设计的开关一种实施例，其中补偿器(K6)的膨胀通过安装在中心管(Z1)内的连接装置传输给计算装置(M6)并利用来显示液位和/或压力。图中同样表示出了将补偿器运动通过传感器(M3)(例如永久磁铁)传给检测单元(M2)的情况。

Claims (19)

1.一种在充填液体的密封外壳内的电开关(S1)，其特征为：采用气垫吸收因受热引起的容积波动；所述气垫集成组合在开关容器内；以及，气垫由一些通过改变其形状吸收绝缘液体容积波动的物体构成；以及，气垫的外套避免通过绝缘液体热分解产生的气体与气垫的气体混合。

2.按照权利要求1所述的电开关，其特征为，气垫由多个补偿体构成。

3.按照前列诸权利要求之一所述的开关(S1)，其特征为，当补偿体设在电功能构件下方时，这些电功能构件通过覆盖补偿体以及设置气泡流动通道来防止由于突然或逐渐的气体损失使气泡从补偿体释出。

4.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，所述补偿体设有弹性件，以达到预定的压力变动。

5.按照前列诸权利要求之一所述的开关(S1)，其特征为，在开关外壳(SW)内部超过规定压力时通过打开关闭装置(D2、D3、M67)减小开关内的过压。

6.按照前列诸权利要求之一所述的开关(S1)，其特征为，开关配备有排气阀(D3、M67)，它设计或控制为，当存在绝缘液体时不起动。

7.按照前列诸权利要求之一所述的开关(S1)，其特征为，补偿装置至少部分导电以及用作屏蔽电极/电屏蔽装置(A2)。

8.按照前列诸权利要求之一所述的开关，其特征为，通过相宜地设计开关的部件和/或置入排挤体，减小开关的油容积。

9.按照前列诸权利要求之一所述的开关，其特征为，开关设计有真空开关小室(SZ)。

10.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，补偿装置由弹性薄膜构成。

11.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，使用一个或多个金属的补偿器或波纹盒作为补偿装置。

12.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，容积补偿装置(K6)通过压力波阻尼器(DD)防止(例如在开关过程中由于突然的油分解造成的)压力波。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征为，压力波阻尼器(DD)通过压力补偿装置的输入管内的横截面减小形成。

14.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，开关配备有检测绝缘液体液位和/或检测压力的装置。

15.按照权利要求14所述的装置，其特征为，补偿件因容积改变引起的变形用于计算和/或显示开关油容积。

16.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，开关(S1)配备有收集和排出形成的气体的装置(D2、D3、M67)。

17.按照权利要求16所述的装置，其特征为，所述收集和排出气体的装置根据开关内的油位来控制。

18.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，借助适用的制动装置(GS)避免通过浮力造成补偿体不希望的位置改变。

19.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为，开关配备有用于盛放少量附加的绝缘液体的容积，为的是补充由于开关过程分解的和/或转换电阻发热造成的油损失。

Images