DE102005054812A1

DE102005054812A1 - Einrichtung zur Aufrechterhaltung der elektrischen Festigkeit von Isolierflüssigkeiten in elektrischen Hochspannungseinrichtungen und -geräten

Info

Publication number: DE102005054812A1
Application number: DE200510054812
Authority: DE
Inventors: Frieder Hoppadietz; Karsten Hoppadietz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: DE102005054812B4

Abstract

Die Erfindungsaufgabe, eine nach dem Prinzip des Differenzdruck-Manometers arbeitende Einrichtung zur Aufrechterhaltung der elektrischen Festigkeit von Isolierflüssigkeiten in elektrischen Hochspannungsanlagen mit großen Leistungen im Netzbetrieb zu entwickeln, die das Verhalten von Isolieröl bei einer thermischen Belastung ausnutzt, wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kessel einen außerhalb desselben, parallel liegenden rohrförmig ausgebildeten Hohlkörper aufweist, der hydraulisch mit diesem verbunden ist, und einen darin geführten, schwimmend angeordneten Abdichtkolben aufweist, der einseitig mit Isolierflüssigkeit von einer definierten elektrischen Festigkeit der Isolierölfüllung im Kessel und andererseits mit einem unter atmosphärischem Druck stehenden Isolieröl mit einer beliebigen elektrischen Festigkeit beaufschlagt ist, wobei das als Sperrflüssigkeit dienende Isolieröl sich in einem oberhalb des Hohlkörpers angeordneten Ausgleichsbehälter befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Trennung von im Betrieb von elektrischen Hochspannungsanlagen als Folge der Erwärmung sich ausdehnenden Isolierflüssigkeiten, vorwiegend von zur Isolierung in Transformatoren eingesetzten Transformatorenölen von der feuchtigkeitsbelasteten Umgebungsatmosphäre.

Leistungstransformatoren besitzen eine Leiterisolierung aus Zellulose, d.h. Papier, Preßspan und Holz und größtenteils eine Isolierung des elektrisch aktiven Teils mittels Transformatorenöl. Das eingesetzte Transformatorenöl übernimmt außerdem noch die Aufgabe, die im Betrieb anfallende Verlustwärme abzuführen. Durch die sich ergebende Erwärmung dehnt sich das Transformatorenöl aus. Letzteres macht es erforderlich, Ausdehnungsgefäße vorzusehen. Diese sind bei Leistungstransformatoren als offene Ausdehnungsgefäße ausgebildet, d.h. das sich ausdehnende Transformatorenöl steht mit der Umgebungsluft in Verbindung und kann aus dieser Sauerstoff und Feuchtigkeit aufnehmen, was zur Minderung der Isolierfestigkeitder Zellulose und des Transformatorenöls über eine zeitliche Distanz führt.

Zur Aufrechterhaltung der Funktion und zur Erzielung einer hohen Lebensdauer von Transformatoren ist es notwendig, die Isolierfähigkeit des Transformatorenöls auf einem definierten Niveau aufrechtzuerhalten. Durch diese Wasser- und Sauerstoffaufnahme aus der Atmosphäre und durch die Temperaturbelastung ausgehend von den aktiven Teile eines Transformators wird so die Ölqualität des Isolieröls vermindert.

Zur Beherrschung dieser Probleme sind verschiedene technische Lösungen bekannt geworden. Der Einsatz einer Silikagelvorlage zur Verminderung der Wasseraufnahme hat sich hinsichtlich der Wartung als zu teuer erwiesen. Außerdem hat sich der Einsatz einer Silikagelvorlage nicht als wirkungsvoll erwiesen. Viele Transformatoren haben zuviel Wasser im Isolieröl und in der Weichpapierisolation. Vor allem bei einem schnellen Luftdurchsatz erfolgt eine ungenügende Lufttrocknung. Dabei gelangt zusätzlich Luftsauerstoff in das Isolieröl und es bleibt zu viel Feuchtigkeit im Isolieröl. Damit ist die automatische Silikagel – Trocknung (MR) bei schnellem Luftdurchsatz wenig wirksam.

Das bekannte Ausfrieren der Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft beispielsweise mit Peltier-Elementen hat sich bei Leistungstransformatoren ebenfalls als nicht voll wirksam erwiesen.

Das Trocknen des Isolieröles während des Betriebes verlängert zwar die Lebensdauer, verhindert aber den Zelluloseabbau im Transformator nicht.

Wegen der guten Erfahrung bei Meßwandlern mit einer Öl-Papierisolation mit einem hermetischen Abschluß des Isolieröls gegenüber der Umgebungsluft sind auch Hermetiktransformatoren bekannt geworden. Über metallischen Dehnelementen/Dehnzellen wie Metallfaltenbälge und Membrandosen erzielt man einen sehr guten Luftabschluß des Isolieröls. Diese Technik wurde allerdings nur für Transformatoren mit einer kleineren Leistung eingesetzt. Bei Großtransformatoren gibt es aus technologischen Gründen noch keine Anwendung, da bei der Ausdehnung des Isokieröls bei Erwärmung als Ausdehnungskräfte vom Material und der Formgebung des Ausgleicher aufgenommen werden müssen sind diesen Mitteln Einsatzgrenzen gesetzt. Außerdem kann eine Buchholzwarnung nicht eingesetzt werden, dafür ist der Einsatz von Monitoring vorgesehen.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Einfluß der Luftfeuchtigkeit und die laufende Sauerstoff-Aufnahme aus der Atmosphäre auf das Transformatorenöl zu verhindern oder zumindest zu minimieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nach dem Prinzip des Differenzdruck-Manometers arbeitende Einrichtung zur Aufrechterhaltung der elektrischen Festigkeit von Isolierflüssigkeiten in elektrischen Hochspannungsanlagen mit großen Leistungen im Netzbetrieb zu entwickeln, die das Verhalten von Isolieröl bei einer thermischen Belastung ausnutzt.

Diese Aufgabe wurde mit den im Anspruch 1 offenbarten technischen Mitteln gelöst.

Die Erfindung sollnachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1 Einen ölisolierten Transformator mit einer erfindungsgemäß gestalteten Einrichtung,
2 einen ölisolierten Transformator mit einer Variante einer erfindungsgemäß gestalteten Einrichtung,
3 eine erfindungsgemäß gestaltete Einrichtung mit im Abdichtkolben angeordneten Differenzdruckventilen.
Zusätzlich ist außerhalb eines Transformators 1 mit einer Isolierölfüllung 2 seitlich ein sich senkrecht erstreckender rohrförmig ausgebildeter Hohlkörper 3, ein sogenanntes Hermetikrohr, angeordnet, das an einer Unterseite 4 einen Anschluß 5 aufweist, der über ein Verbindungsrohr 6 mit der Isolierölfüllung 2 im Innenraum des Transformators 1 verbunden ist. In dem Hermetikrohr befindet sich ein beweglich angeordneter einseitig mit Isolieröl aus dem Transformator beaufschlagter Abdichtkolben 7. An einer Oberseite 8 des Hohlkörpers 2 ist ein Rohranschluß 9 vorgesehen, der mit einem Überströmrohr 10 verbunden ist. Bei der Erwärmung des Isolieröls im Transformator dehnt sich das Isolieröl aus und der Ölstand im Hohlkörper 3 verändert sich. Dabei bewegt sich Kolben, beaufschlagt mit den Ausdehnungskräften der Volumenänderung des Ölvolumens, im Transformator entsprechend nach oben oder unten. Dieser Abdichtkolbens 7 im Hohlkörpers 2 ist anderseits mit einer Sperrflüssigkeit aus kaltem Islieröl beliebiger elektrischer Festigkeit mit einem Druck einer definierten Flüssigkeitssäule beaufschlagt, der sich ergibt aus den Bauabmessungen eines oberhalb des Hohlkörper 3 vorgesehenen herkömmlichen Ausgleichsbehälters 11, der über ein Belüftungsventil 12 unter atmosphärischem Druck steht. Der Abdichtkolben 7 bewegt sich also bei Erwärmung des Isolieröls 2 im Transformator 1 nach oben gegen den atmosphärischen Druck und der Ölspiegel im Ausgleichsbehälter 11 ebenso. Bei Abkühlung erfolgen diese Bewegungen umgekehrt nach unten.
Im Betrieb eines Transformators 1 sind die täglichen Temperaturschwankungen um einen maximal zulässigen Wert gering. Deshalb ist es sinnvoll, das Volumen des Hermetikrohrs 3 entsprechend klein zu wählen. Im Tagesverlauf pendelt der Abdichtkolben 7 im Hermetikrohr. Schlägt der Abdichtkolben 7 oben oder unten an die Böden der Unterseite 4 oder der Oberseite 8 des Hermetikrohrs 3 an, so öffnen sich zusätzlich angebrachte Ventile 13; 14, die einen Ölfluß um den Abdichtkolben 7 herum ermöglichen. Die Ventile 13; 14 können außerhalb des Hermetikrohrs 3 in Umgehungsleitungen 15 oder auch im Abdichtkolben 7 angeordnet sein.
Legt man das Hermetikrohr 3 für den gesamten Temperaturbereich eines Transformators 1 aus, so wird der herkömmliche Ausdehnungsbehälter 11 überflüssig und oberhalb des Abdichtkolben 7 befindet sich dann atmosphärische Luft. Zur Vermeidung von Kondenswasserbildung ist es vorteilhaft, entweder eine elektrische Heizung 16 im Luftraum 17 oder eine nicht dargestellte Silikagelvorlage anzuordnen.
Stufenschalter mit Leistungslichtbögen unter Öl haben einen Konservator, der einmal die Ölausdehnung durch Erwärmung und wegen der Ölverdrängung durch den Lichtbogen aufnimmt. Beim Schalten entsteht durch den Lichtbogen eine Ölverdrängung, die jedes Mal einen Luftaustausch bewirkt. Hier ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung für den Bereich des letztgenannten Luftaustausches empfehlenswert.
Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet störfrei und wartungsfrei. Sie ist im Aufbau einfach und belastet nicht das Material eines Transformators 1. Damit sind Ermüdungserscheinungen des Materials nicht zu erwarten.

1: Transformator
2: Isolierölfüllung
3: Hohlkörper
4: Unterseite
5: Anschluß
6: Verbindungsrohr
7: Abdichtkolben
8: Oberseite
9: Rohranschluß
10: Überströmrohr
11: Ausgleichsbehälter
12: Belüftungsventil
13: Ventil
14: Ventil
15.1: Umgehungsleitung
15.2: Umgehungsleitung
16: Heizung
17: Luftraum

Claims

Einrichtung zur Aufrechterhaltung der elektrischen Festigkeit von Isolierflüssigkeiten in elektrischen Hochspannungseinrichtungen und -geräten mit einem in einem mit Isolieröl gefüllten Kessel angeordneten elektrisch aktiven Teil, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel (1) einen außerhalb desselben, parallel liegenden rohrförmig ausgebildeten Hohlkörper (3) aufweist, der hydraulisch mit diesem verbunden ist, und einen darin geführten, schwimmend angeordenten Abdichtkolben (7) aufweist, der einseitig mit Isolierflüssigkeit von einer definierten elektrischen Festigkeit der Isolierölfüllung (2) im Kessel (1) und andererseits mit einem unter atmosphärischem Druck stehenden Isolieröl mit einer beliebigen elektrischen Festigkeit beaufschlagt ist, wobei das als Sperrflüssigkeit dienende Isolieröl sich in einem oberhalb des Hohlkörpers (2) angeordneten Ausgleichsbehälter (11) befindet.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (3) zwischen einem Verbindungsrohr (6) zum Kessel (1) und dem Hohlkörper (3) eine Umgehungsleitung (15.1) aufweist, im der ein Überströmventil (14) und in einer vorgesehenen Umgehungsleitung (15.2) zwischen Hohlkörper (3) und Überströmrohr (10) zum Ausgleichsbehälter (11) ein Überströmventil (13) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmventile (14; 15) im Abdichtkolben (7) angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel (1) mit einem einen Abdichtkolben (7) aufweisenden Hohlkörper (3) über ein Verbindungsrohr (6) hydraulisch verbunden ist, wobei eine Seite des Abdichtkolbens (7) von Isolierflüssigkeit mit einer definierten elektrischen Festigkeit der Isolierölfüllung (2) im Kessel (1) und die andere Seite von atmosphärischem Druck beaufschlagt ist und oberhalb des Abdichtkolbens (7) ein Luftraum (17) mit einer darin angeordneten elektrischen Heizung (16) vorgesehen ist.