DE102008027274B3

DE102008027274B3 - Leistungstransformator mit Stufenschalter

Info

Publication number: DE102008027274B3
Application number: DE102008027274A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Albrecht; Dieter Dr. Dohnal; Rainer Frotscher; Klaus Schlepp
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-06-07
Also published as: EP2289081A1; WO2009146762A1; RU2010153989A; RU2505875C2; KR20110015470A; UA100156C2; EP2289081B1; CA2726873C; PL2289081T3; US20110063064A1; JP2011522428A; CA2726873A1; ES2551321T3; CN102057453A

Abstract

Leistungstransformator mit Stufenschalter,
wobei sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter ölgefüllt sind,
wobei der Stufenschalter im Transformatorkessel des Transformators angeordnet ist,
wobei sowohl Transformator als auch Stufenschalter an ihren oberen Seiten jeweils einen Anschlussflansch zum Anschluss an ein Ölausdehnungsgefäß besitzen
und wobei der Anschlussflansch des Stufenschalters über eine Rohrleitung in das Innere des Transformatorkessels des Leistungstransformators führt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das ins Innere des Transformatorkessels (3) führende Ende der Rohrleitung (6) offen ist, derart, dass die Ölvolumen von Stufenschalter (2) und Leistungstransformator (1) miteinander in Verbindung stehen,
dass in dieser Rohrleitung (6) ein Ölströmungsrelais (7) angeordnet ist
und dass lediglich der Anschlussflansch (5) des Transformatorkessels (3) zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß (8) führt.

Description

Die Erfindung betrifft einen ölgefüllten Leistungstransformator mit einem ebenfalls ölgefüllten Stufenschalter.
Sowohl bei ölgefüllten Leistungstransformatoren als auch bei ölgefüllten Stufenschaltern ist es erforderlich, Mittel zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung des Öles vorzusehen.
Üblicherweise werden dazu Ölausdehnungsgefäße verwendet, die über eine Rohrleitung mit dem Ölgefäß des Transformators bzw. dem Ölgefäß des Stufenschalters in Verbindung stehen.
Aus der DE 10 2005 002 005 A1 sind sogenannte „Dehnradiatoren" bekannt, die an den Außenseiten des Transformators angebracht sind und die gleichzeitig zur Kühlung und Aufnahme der Wärme-ausdehnung des Öles verwendet werden. Damit entfällt das üblicherweise vorhandene, oft ausladende Ausdehnungsgefäß, welches üblicherweise oberhalb des Transformatordeckels angebracht wird. Mit Hilfe dieser Dehnradiatoren lässt sich ein geschlossenes System aufbauen, bei dem das Transformatoröl keinen direkten Kontakt zur Außenluft hat und deshalb nicht oxidieren kann (→ Ölalterung, Schlammbildung). Derartige hermetisch geschlossene Systeme ermöglichen auch den Einsatz schwer entflammbarer, auf nachwachsenden Rohstoffen basierender, biologisch abbaubarer Ester-Öle, die unbedingt vor Oxidation geschützt werden müssen.
Die Dehnradiatoren besitzen eine einheitliche Größe, die sich als Optimum aus kühlender Oberfläche und veränderbarem Volumen ergibt. Hierbei stellt das veränderbare Volumen große Herausforderungen an die Haltbarkeit des verwendeten Materials.
Der im Transformator eingebaute Stufenschalter ist über eine Rohrleitung mit einem eigenen Dehnradiator verbunden, der alleine zur Aufnahme der Volumenausdehnung des Stufenschalteröles dient. Aufgrund der im Vergleich zum Trafoöl sehr geringen Volumenänderung des Stufenschalteröles ist der für den Stufenschalter vorgesehene Dehnradiator mehrfach überdimensioniert.
Weiterhin ist eine Lösung mit getrennten Ausdehnungsgefäßen für Transformator und Stufenschalter bekannt, deren Gasraum mit Stickstoff gefüllt ist. Über Rohrleitungen stehen die Gasräume direkt mit stickstoffgefüllten Ausgleichsbehältern in Verbindung, deren Volumen so dimensioniert ist, dass die Druckverhältnisse, die sich aufgrund der Volumenausdehnung des Öles einstellen, über den gesamten Betriebstemperaturbereich in einem vorgegebenen, zulässigen Bereich bleiben (z. B. zwischen 0 bar und 0.5 bar Überdruck). Nachteilig sind hier die großen Stickstoffbehälter, die die Außenabmessungen des Trafos um ca. 20% vergrößern. In einer anderen Ausführungsform befindet sich das Stickstoffpolster direkt unter dem Transformator- bzw. Stufenschalterdeckel, so dass auf jegliche Ausdehnungsgefäße verzichtet werden kann. Aufgrund des deutlich kleineren Gasvolumens muss hier eine aktive Druckregelung mit Hilfe einer Druckregeleinheit erfolgen, mit der automatisch sowohl ein unzulässig hoher Überdruck über ein Ventil an die Umgebungsluft abgelassen, als auch ein Unterdruck durch Einblasen zusätzlichen Stickstoffs aus einer Druckgasflasche ausgeglichen werden kann. Der Transformator benötigt spezielle Hochspannungs-Durchführungen, mit der die Isolierstrecke im Gasraum sicher überbrückt werden kann. Da der Stufenschalter einen vom Transformator getrennten Gasraum besitzt, ist für den Stufenschalter eine eigene Stickstoff-Regeleinheit vorzusehen. Nachteilig bei dieser Lösung ist der erhebliche technische Zusatzaufwand für die Stickstoff-Regeleinheiten.
Aus der WO 2007/003595 A1 ist ein Leistungstransformator mit einem Stufenschalter bekannt, wobei sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter ölgefüllt sind und der Stufenschalter im Transformatorkessel angeordnet ist. Dabei weisen sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter an ihren oberen Seiten jeweils einen Anschlussflansch zum Anschluss an ein Ölausdehnungsgefäß auf. Der Anschlussflansch des Stufenschalters ist hierbei über eine Rohrleitung in das Innere des Transformatorkessels des Leistungstransformators geführt, wobei zum Volumenausgleich der Ölfüllung des Stufenschalters am Ende der Rohrleitung ein Kompensationselement vorgesehen ist. De facto sind also auch hier zwei Ausdehnungsgefäße vorhanden, wobei das eine, nämlich das für den Stufenschalter, durch das Kompensationselement im Inneren des Transformatorkessels gebildet ist.
Die DE 25 15 192 A1 beschreibt ganz allgemein die Anordnung eines Ölströmungsrelais in einer Leitung, die von einem Stufenschalter zum einem darüber angeordneten Ausdehnungsgefäß führt.
Die AT 208 968 betrifft eine Entlüftungseinrichtung für einen Stufenschalter, wobei in die vom Stufenschalter zu einem Ausdehnungsgefäß führende Ölleitung ein selbsttätiges Entlüftungsventil eingebaut ist, durch das die beim Betätigen des Stufenschalters entstehenden Schaltgase entweichen können.
Die US 5,946,171 A beschreibt ein Verfahren zur Verhütung von Explosion und Brand eines ölgefüllten elektrischen Transformators, der mit einem Stufenschalter ausgestattet ist. Hierbei ist auch ein Ausdehnungsgefäß beschrieben, das sich oberhalb des Transformators, durch eine Leitung mit diesem verbunden, befindet, wobei eine Klappe in der Leitung angeordnet ist, die sich bei rascher Bewegung des Isolieröls im Havariefall schließt.
Aus der DE 1 235 417 C ist ein Transformator mit einem im Transformatorkessel versenkten Stufenschalter bekannt, wobei für Transformator und Stufenschalter ein gemeinsames Ausdehnungsgefäß vorgesehen ist, das mittels einer Trennwand in zwei Teilgefäße unterteilt ist, so dass der Ölsumpf für das Lastumschalteröl von dem des Transformatoröls getrennt bleibt.
Aus der DE 1 234 847 C ist eine ähnliche Anordnung bekannt, die ebenfalls ein gemeinsames Ölausdehnungsgefäß aufweist, zu dem, ebenso wie bei der zuvor diskutierten Lösung, separate Leitungen vom Transformator einerseits sowie vom Stufenschalter andererseits führen.
Aus der DE 669 306 C ist eine wiederum ganz ähnliche Anordnung bekannt, bei der das gemeinsame Ölausdehnungsgefäß ebenfalls durch eine Trennwand in zwei Teilvolumen unterteilt ist, die hier als Diaphragma ausgebildet ist und filterartige Durchlässe aufweist.
Schließlich beschreibt die US 2,915,720 eine weitere Anordnung eines Stufenschalters in einem Transformatorkessel eines Leistungstransformators, wobei wiederum jeweils eine Leitung vom Stufenschalter als auch vom Transformator zu einem wiederum gemeinsamen Ausdehnungsgefäß führt, das ebenfalls mittels einer Trennwand in zwei Teilbereiche getrennt ist, so dass sich die Ölvolumen von Stufenschalter und Transformator nicht durchmischen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Lösung anzugeben, mit der bei geringem baulichen Aufwand ein Ausgleich der thermischen Ausdehnung sowohl des Öles im Transformatorkessel als auch des separaten Stufenschalteröles möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Leistungstransformator mit Stufenschalter mit den Merkmalen eines der beiden nebengeordneten Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung für jede der beiden Möglichkeiten gemäß Anspruch 1 oder 2.
Die allgemeine erfinderische Idee, die den beiden Möglichkeiten in den nebengeordneten Patentansprüchen zugrunde liegt, besteht darin, mit einem einzigen Ausdehnungsgefäß sowohl für Transformator als auch Stufenschalter auszukommen, wobei das einzige Ausdehnungsgefäß nicht, wie nach dem Stand der Technik bekannt einzelne Teilvolumen bildende Kammern aufweist, sondern das Ölvolumen des Leistungstransformators als auch des Stufenschalters bzw. deren Volumenänderungen gemeinsam aufnimmt. Mit anderen Worten: Die Erfindung geht aus von einer – entgegen dem Stand der Technik – gewollten Durchmischung der Ölvolumen von Leistungstransformator als auch Stufenschalter.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dabei der am Stufenschalterkopf vorhandene Flansch, der nach dem Stand der Technik für die Verbindung mit einem separaten Ausdehnungsgefäß nur für den Stufenschalter vorgesehen ist, jetzt mittels einer Rohrleitung mit dem Öltank des Transformators verbunden. Der Flansch am Transformator zum Anschluss eines Ausdehnungsgefäßes – und nur dieser – wird tatsächlich mit dem einzigen Ausdehnungsgefäß über eine weitere Rohrleitung verbunden. Das jetzt einzige Ausdehnungsgefäß nimmt also kaskadierend sowohl die Ölvolumenänderungen des Stufenschalter-Ölgefäßes als auch des Trafo-Ölgefäßes auf.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, der der gleiche allgemeine Gedanke zugrunde liegt, sind beide Flansche sowohl des Stufenschalters als auch des Transformators miteinander über eine Rohrleitung verbunden, und diese Rohrleitung steht über eine weitere Rohrverbindung wiederum mit dem einzigen Ausdehnungsgefäß in Verbindung. Bei beiden Ausführungsformen ist in der vom Flansch des Stufenschalters wegführenden Rohrverbindung ein Ölströmungsrelais angeordnet, das bei Überschreitung eines bestimmten Ölströmungs-Grenzwertes den Leistungsschalter des Transformators auslösen. Auf diese Weise können Ölströmungen oberhalb eines stufenschalterspezifischen Grenzwertes, die eine mögliche Fehlfunktion des Stufenschalters kennzeichnen, sicher detektiert werden.
Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung ist es sinnvoll, auf den Stufenschalterkopf ein an sich bekanntes Druckentlastungsventil anzuordnen, das bei Überschreitung eines fest voreingestellten Überdruckes, z. B. 20 psi, nahezu verzögerungsfrei öffnet und den Überdruck auf den maximal zulässigen Wert begrenzt. Damit werden größere mechanische Schäden am Stufenschalter sowie am Transformator verhindert.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
1a eine erste Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 1
1b eine zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2.
Zunächst soll die 1a erläutert werden. Dort sind in schematischer Darstellung ein elektrischer Leistungstransformator 1 und ein mit ihm in Verbindung stehender Stufenschalter 2 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Stufenschalter 2 einen unten angeordneten Wähler 2.1, der über elektrische Verbindungsleitungen mit den Wicklungsanzapfungen des Leistungstransformators 1 verbunden ist, sowie einem darüber angeordneten Lastumschalter 2.2 mit einem eigenen ölgefüllten Lastumschaltergefäß. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem ölgefüllten Transformatorkessel 3. Der Stufenschalter 2 besitzt einen oberen Flansch 4, der Transformatorkessel 3 ganz analog einen oberen Flansch 5. Die beiden Flansche 4, 5 werden nach dem Stand der Technik mit separaten Ölausdehnungsgefäßen, Dehnradiatoren oder anderen Mitteln zum Volumenausgleich verbunden. Erfindungsgemäß ist hier der Flansch 4 des Stufenschalters mit einer Rohrleitung 6 versehen, die in den ölgefüllten Transformatorkessel 3 mündet. In dieser Rohrleitung 6 ist ein Ölströmungsrelais 7 eingefügt. Nur der Flansch 5 des Transformatorkessels 3 führt über eine weitere Rohrleitung zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß 8. Beispielsweise erfolgt der hermetische Abschluss des Öls mittels eines Gummisacks 11, dessen Inneres mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.
1b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; auf eine nochmalige Erläuterung des Gesamtaufbaus kann daher verzichtet werden. Abweichend sind bei dieser Ausführungsform der Flansch 4 des Stufenschalters 2 sowie der Flansch 5 des Transformatorkessels 3 mittels einer gemeinsamen Rohrleitung 9 verbunden. In diese Rohrleitung 9 ist wiederum ein Ölströmungsrelais 7 geschaltet. Diese gemeinsame, beide Flansche 4, 5 verbindende, Rohrleitung 9 steht ihrerseits wiederum mit dem einzigen Ölausdehnungsgefäß 8 in Verbindung.
Bei beiden Ausführungsformen ist es sinnvoll, oberhalb des Stufenschalterkopfes, d. h. außerhalb des Transformatorenkessels 3, ein Druckentlastungsventil 10, wie es beispielsweise unter der Handelsbezeichnung MPreC^® erhältlich ist, vorzusehen. Dessen Wirkungsweise wurde weiter oben bereits erläutert.

Claims

Leistungstransformator mit Stufenschalter, wobei sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter ölgefüllt sind, wobei der Stufenschalter im Transformatorkessel des Transformators angeordnet ist, wobei sowohl Transformator als auch Stufenschalter an ihren oberen Seiten jeweils einen Anschlussflansch zum Anschluss an ein Ölausdehnungsgefäß besitzen und wobei der Anschlussflansch des Stufenschalters über eine Rohrleitung in das Innere des Transformatorkessels des Leistungstransformators führt, dadurch gekennzeichnet, dass das ins Innere des Transformatorkessels (3) führende Ende der Rohrleitung (6) offen ist, derart, dass die Ölvolumen von Stufenschalter (2) und Leistungstransformator (1) miteinander in Verbindung stehen, dass in dieser Rohrleitung (6) ein Ölströmungsrelais (7) angeordnet ist und dass lediglich der Anschlussflansch (5) des Transformatorkessels (3) zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß (8) führt.
Leistungstransformator mit Stufenschalter, wobei sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter ölgefüllt sind, wobei der Stufenschalter im Transformatorkessel des Transformators angeordnet ist und wobei sowohl Transformator als auch Stufenschalter an ihren oberen Seiten jeweils einen Anschlussflansch zum Anschluss an ein Ölausdehnungsgefäß besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussflansch (4) des Stufenschalters (2) sowie der Anschlussflansch (5) des Transformatorkessels (3) miteinander mittels einer Rohrleitung (9) in Verbindung stehen, dass in dieser Rohrleitung (9) ein Ölströmungsrelais (7) angeordnet ist und dass die gemeinsame Rohrleitung (9) zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß (8) führt.
Leistungstransformator mit Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Stufenschalterkopfes des Stufenschalters (2) ein Druckentlastungsventil (10) angeordnet ist, das mit dem Ölvolumen des Stufenschalters (2) in Verbindung steht.