DD274714B5 - Schaltungsanordnung zur signalisierung von oelverlusten an transformatoren mit separatem oelausdehnungsgefaess - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar an allen ölgefüllten Leistungstransformatoren mit Ölausdehnungsgefäß sowie grundsätzlich an allen flüssigkeitsgefüllten Behältern mit einem temperaturbedingten Ausgleichssystem.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Im allgemeinen werden für größere Leistungen und Spannungen ab 1 kV ölgefüllte Transformatoren verwendet. Das Öl dient zur Isolierung und Kühlung. Vor allem infolge der Transformatorbelastung kommt es zur Erwärmung und damit Ausdehnung des Öles. Zur Aufnahme des Ausdehnungsvolumens des Öles wird oberhalb des Transformators oin gesondertes ölausdehnungsgefäß angeordnet. Dieses ist durch ein Rohr mit dem Ölkessel des Transformators verbunden und so dimensioniert, daß es das Ölausdehnungsvolumen bei maxi'nal zulässiger Betriebstemperatur des Transformators aufnehmen kann. Die Ölmenge des Transformators wird so festgelegt, t' jß auch bei der niedrigsten zulässigen Betriebstemperatur eine Mindestmenge Öl im Ausdehnungsgefäß verbleibt.

Zum Schutz des Transformators bei Ölabsenkungen, z.B. infolge eines Lecks im Ölkessel, und bei Gasentwicklungen durch Fehler im Transformator ist es üblich, in die Zuleitung zum Ölausdohnungsgefäß ein Buchholz-Schutzrelais anzuordnen. Dieses Schutzrelais gibt bei Erreichen einer vorgegebenen Fehlergrenze eine Warnung ab oder bewirkt die Abschaltung des Transformators.

Im Falle eines Lecks im Ölkessel des Transformators kommt es erst dann zu einem Ansprechen des Buchholz-Relais, wenn das gesamte Ölausdehnungsgefäß leer ist und der Ölspiegel auf das Niveau des Buchholz-Relais gefallen ist. Solche Undichtheiten treten beim Betreiben von Transformatoren z.B. durch alternde bzw. verhärtende Dichtungen sowie durch Korrosionserscheinungen und infolge nicht sorgfältig durchgeführter Wartungsarbeiten beispielsweise nach der Ölprobenentnahme auf. Da das Ölausdehnungsgefäß aufgrund des Ausdehnungskoeffizienten des Öles ein Volumen von etwa 10% des Ölvolumens des Transformators besitzt, kann im ungünstigsten Fall diese Ölmenge auslaufen, bevor eine Signalisierung des Fehlers durch das Buchholz-Relais erfolgt. Entsprechend der Baugröße des Transformators kommt es im Falle eines Lecks in der Regel immer zu mengenmäßig erheblichen Ölverlusten. Diese Ölverluste bodeuten ökonomische Verluste, führen zu einer Einschränkung der Betriebssicherheit, bewirken erhebliche Umweltbelastungen und bedingen meist hohen Reinigungsaufwand.

Es sind keine Lösungen bekannt, die eine Signalisierung von Ölverlusten aus Transformatoren vor dem Auslösen des Buchholz-Schutzrelais beinhalten.

Bekannt ist, daß die kapazitive Messung von Flüssigkeitsvolumen in Behältern ein sehr leicht und wirkungsvoll zu realisierendes Meßverfahren ist, mit dem ein kontinuierliches, diskontinuierliches oder Grenzwertmessen in Tanks von Heizölen, Kraftstoffen, Wasser, Säuren, Laugen, zähflüssigen Medien u.a. möglich ist. Das Verfahren nutzt die Veränderung der in einer kapazitivan Meßsonde wirkenden Teildielektrika, Luft und des entsprechenden Füllgutes, in Abhängigkeit der Füllhöhe des Behälters. Im allgemeinen wird die Meßsonde als Platten- oder Zylinderkondensator innerhalb des Behälters ausgeführt oder als Stabsonde, wobei die Behälterwand das Gegenpotential bildet. Der obere Teil der kapazitiven Meßsonde ist mit Luft, der untere Teil mit der entsprechenden Flüssigkeit umgeben. Die Flüssigkeit steigt dabei bis zu einer gewissen Höhe. Damit stellt die kapazitive Meßsonde einen Kondensator dar, dessen Kapazität sich bei steigendem oder fallendem Behälterfüllstand ändert. Die verschiedenartigsten Ausführungsformen sind zum Beispiel in den Schriften DD 234209, DE-OS 2459275, DE-OS 3113182 dargestellt.

Elektrische Betriebsmittel werden bekannterweise im Betriebszustand auf ihre thermische Beanspruchung überwacht, um z. B. Transformatoren vor Isolationsschäden durch Übertemperatur und gegen vorzeitige Alterung zu schützen. Übliche Lösungen stellen dar:

- Thermorelais, moist auf dem Bimetallprinz'p beruhend, werden gegen unzulässige Erwärmung des Transformators eingesetzt und melden Überlast.

- Temperaturwächter mit einem Bimetallstreifen, der beim Erreichen einer festgelegten Grenztemperatur Kontakt gibt und in der Regel nur eine Warnung auslöst. Zur Überwachung der öltemperatur werden die Temperaturwächter in hierfür vorgesehene Taschen des ölkessels unmittelbar unter dem Transformatorkessel eingebaut.

- Thermische Abbildungen z. B. in der Patentschrift DE-AS1613737 angezeigt, werden in öldichten Taschen der Transformatorkessel zum Erhalt des Wärmebildes eingesetzt. Diese Taschen sind mit Öl gefüllt, das von einer von Belastungsstrom des Transformators über Stromwandler gespeisten Heizwicklung aufgeheizt wird.

- Hybrides thermisches Abbild eines elektrischen Bett iebsmittels, bei dem das Erwärmungsverhalten dargestellt wird durch eine kleine und eine große thormische Zeitkonstante, beschrieben in der Patentschrift AT 338365.

Ziel der Erfindung

Ziol der Erfindung ist die Erhöhung der Betriebssicherheit von öltransformatoren mit separatem Ölausdehnunys'-efüß sowie die weitgehende Vermeidung von Umwelt- b?w. Anlagenverschmutzungen infolge undichter öltransformatoren.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, die Ölverluste an diesen Transformatoren infolge von Undichtheiten an beliebigen Stellen des Ölsystems auf ein Minimum zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe folgendermaßen gelöst: Im Ölausdehnungsgefäß wird zur Messung des Ölstandes eine geeignete Füllstandsmeßeinrichtung angeordnet. Im oder am Transformator wird zur Messung der Öltemperatur an einer repräsentativen Stelle ein Temperaturmeßfühler angebracht, wozu

auch eventuell bereits vorhandene Aufnahmetaschen Verwendung finden können.

Die beiden Meßwerte, ölstand im Ausdehnungsgefäß und öltemperatur im Transformator, werden nach eventueller Umformung auf einen einstellbaren Meßpegel einer Komparatorschaltung zugeführt. Dem Komparator sind ein Verzögerungsglied und eine Signalisierungseinrichtung nachgeschaltet. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine bestimmte Öltemperatur im Transformator ein definiertes Ölvolumen im Ausdehnungsgefäß hervorruft. Jeder Ölverlust aus dem Transformator führt zuerst zu einem Absinken des Ölstandes im Ausdehnungsgefäß. Da der Ölstand im Ausdehnungsgefäß eine Funktion der Öltemperatur des Transformators ist, kann or nur

in Verbindung mit dieser Temperatur als Überwachungsgröße herangezogen werden. Daher sind die am Komparator

anliegenden Eingangsspannungen derart abgeglichen, daß im ungestörten Betriebsfall zur jeweiligen Öltemperatur des

Transformators ein äquivalenter Ölstand im Ausdehnungsgefäß immer gleich hohe Eingangspegel erzeugt. Weichen im Schadensfall diese Werte über ein vorgegebenes Maß voneinander ab. wird eine Signalisierung eingeleitet. Die Signalisierung

erfolgt aber nur, wenn die vorgegebene Differenz zwischen don beiden Eingangsspannungen am Komparator eine bestimmte

Zeitdauer ansteht. Damit soll verhindert werden, daß bei möglichen Störimpulsen auf den Meßleitungen eine Signalisierung

ausgelöst wird.

Es ist möglich, daß die erwähnten Temperaturmeßfühler zur Messung der Öltemperatur gleichzeitig auch für weitere Aufgaben,

wie beispielsweise die Steuerung von Lüftern oder eine allgemeine Temperaturüberwachung des Transformators, verwendetwerden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll am folgenden Beispiel verdeutlicht werden. Dazu ist in Figur 1 ein Prinzipschaltbild dargestellt. Im Transformatorkessel 1 ist zur Messung der Öltemperatur ein Temperatur-Stromwandler 4 angeordnet. Irr; Ölausdehnungsgefäß 2 ist eine kapazitive Meßsonde 5 zur Ermittlung des Füllstandes des Öles 3 installiert. Beide Meßstellen werden im Komparator 15 zusammengeführt. Diesem schließen sich eine Zeitstufe 16 und eine Meldeeinrichtung 17 an. Im Stromkreis des Temperatur-Stromwandlers 4 stellt sich ein der Öltemperatur im Transformatorkessel 1 proportionaler Strom ein, der über den Einstellregler „Temperaturpegel" 14 justiert und in eine temperaturproportionale Spannung gewandelt wird, die auf den invertierenden Eingang des Komparators 15 geführt wird. Auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparator 15 wird eine dem Füllstand im Ölausdehnungsgefäß 2 proportionale Spannung geschaltet, die mittels des Einstellreglers „Füllstandspegel" 8 justiert werden kann. Diese Spannung wird in einem System, bestehend aus dem Frequenzgenerator 6 mit einer Frequenz von etwa 2OkHz und einer Brückenschaltung zur Auswertung der Kapazitätsänderung der kapazitiven Meßsonde 5, gewonnen. Die Brückenschaltung umfaßt die kapazitive Meßsonde 5, den Vergleichskondensator 7, den Einstellregler „Füllstandspegel" 8 sowie den Brückenwiderstand 9 mit der Drossel 10. Es schließt sich eine Gleichrichtung und Spannungsverdopplung über den Ladekondensator 11 und die beiden Dioden 12; 13 an. Die am Komparator anliegende, dem Füllstand im Ölausdehnungsgefäß 2 entsprechende Spannung ist das Ergebnis der Brückenverstimmung infolge Kapazitätsänderung der kapazitiven Meßsonde 5, die durch die Niveauänderungen des ölspiegels im ölausdehnungsgefäß 2 hervorgerufen wird.

Die beiden am Komparator 15 anliegenden Spannungen sind über die beiden Einstellregler 8; 14 so justiert, daß sie sich im ungestörten Bereich des Transformators - d. h. bei dichtem Ölsystem - aufheben. Ölverluste am Transformator führen zu einer Spannungsdifferenz am Komparator 15. Damit steuert dieser die Zeitstufe 16 an, welche ihrerseits bei Anstehen des Komparatorsignals über eine vorgegebene Zeit von etwa 0,5 bis 5s die Meldeeinrichtung 17 aktiviert. Die für das Auswerte- und Meldesystem benötigten Betriebsspannungen werden von der Stromversorgung 18 bereitgestel·'..

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Signalisierung von Ölverlusten an Transformatoren mit separatem Ölausdehnungsgefäß unter Nutzung einer als kapazitiven Meßsonde ausgeführten Sonde senkrecht zum auszumessenden Flüssigkeitsspiegel im Ölausdehnungsgefäß, eines oder mehrerer Temperatur-Stromwandler im Transformator und einer Brückenschaltung mit nachgeschaltetem Komparator, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erfassung und Nachbildung des Temperaturverlaufes im Transformator (DderTemperatur-Stromwandler (4) mit dem Einstellregler „Temperaturpegel" (14) verschaltet ist und zur Erfassung und Nachbildung des Füllstandsverlaufes im Ölausdehnungsgefäß (2) die kapazitive Meßsonde (5) mit dem Frequenzgenerator (6), dem Verglnichskondensator (7), dem Einstellregler „Füllstandspegel" (8) sowie dem Brückenwiderstand (9) mit der Drossel (10) in Form einer Brückenschaltung zusammengeschaltet und nachfolgend die Dioden (12; 13) und der Ladekondensator (11) angeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßsignale über den Komparator (15), dem die Zeitstufe (16) und Meldeeinrichtung (17) nachgeschaltet sind, verglichen werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteilregler (8; 14) veränderbare ohmsche Widerstände sind.