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Die
Erfindung betrifft die mechanische Trennung bei flüssigkeitsgefüllten Transformatoren,
insbesondere bei über
eine dielektrische Flüssigkeit
isolierten und gekühlten
Transformatoren.
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Mehrphasig
betriebene elektrische Geräte wie
beispielsweise Transformatoren werden häufig zur Isolierung mit dielektrischer
Flüssigkeit
umgeben. Diese Flüssigkeit
dient zudem auch der Kühlung
der elektrischen Geräte.
Eine Absicherung bzw. Schutzvorrichtung für die Auswirkung von Fehlern
an den elektrischen Geräten
sieht in der Regel zunächst
Sicherungsschalter in jedem Strang einer Phase vor. Das durch ein
Gehäuse
meist schutzisolierte Gerät wird
zusätzlich
mit einer am Gehäuse
angeschlossenen Erdung versehen.
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Beim
Durchbrennen einer der Sicherungen des Transformators ist es notwendig,
dass bei sämtlichen
beispielsweise drei Phasen eines Transformators die Hochspannungsseite
des Transformators mechanisch von der Verbraucherseite getrennt
wird.
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Allgemein
sollten bei Auftreten eines elektrischen Fehlers immer sämtliche
Phasen mechanisch getrennt werden.
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Die
elektrischen Fehler können
unter Umständen
nicht zu einer schnellen Abschaltung sämtlicher Phasen führen. Allgemein
auftretende Fehler, die nicht auf der elektrischen Seite eines elektrischen Gerätes liegen,
wie ein Riss des Gehäuses
und eine Leckage von Kühl-
bzw. Isolierflüssigkeit
führen
unter Umständen
zu entsprechenden Verzögerungen.
So bleibt bei bestimmten Fehlersituationen unter Umständen wenigstens
eine Sicherung im eingeschalteten Zustand, was bedeutet, dass nicht
sämtliche
Phasen mechanisch getrennt sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die mechanische Trennung
sämtlicher
Phasen eines elektrischen Gerätes,
welches in dielektrische Flüssigkeit
eingetaucht ist sicher herbei zu führen. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht
durch die jeweiligen Merkmalskombinationen der Ansprüche 1, 8
oder 9.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein mehrphasig betriebenes
in einer dielektrischen Flüssigkeit
schutzisoliertes elektrisches Gerät vor den Auswirkungen von
Fehlern auf der elektrischen Seite geschützt werden kann indem mittels
einer Flüssigkeitsfüllstandsmessung
und einer damit verbundenen Schlagbolzensicherung eine mechanische
Trennung sämtlicher
vorhandener Phasen, geschieht.
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Darüber hinaus
ist neben einer derartigen Flüssigkeitsüberwachung
der dielektrischen Flüssigkeit
auch eine Leckageüberwachung
möglich.
Da elektrische Fehler, die beispielsweise bei Überstrom zu örtlichen Überhitzungen
führen,
unmittelbar eine Absenkung des Füllstandes
der dielektrischen Flüssigkeit
bewirken, kann umgekehrt betrachtet die Überwachung des Füllstandspegels
auch zur Kontrolle von elektrischen Fehlern mit wesentlicher Überhitzung
dienen.
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Da
gefordert wird, dass bei einem auftretenden Fehler sämtliche
vorhandenen Phasen getrennt werden, wird das System derart ausgelegt,
dass eine Auslösung
auf Grund mangelnden Flüssigkeits-Füllstands
eine mechanische Trennung sämtlicher
Phasen geschieht.
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Vorzugsweise
wird das gesamte System eines mehrphasig betriebenen elektrischen
Gerätes, welches
durch dielektrische Flüssigkeit
gekühlt
wird, auf der Fehlererkennungsseite herkömmlich mit Überstrom gesteuerten Schlagbolzensicherungen
je Phase ausgestattet, sowie zusätzlich
mit einer Fehler detektierenden Füllstandsmessung, die ebenfalls
mit einer Schlagbolzensicherung verbunden ist, die im mechanischen
Bereich eine Trennung der Phasen in gleicher Weise bewirkt wie die Überstrom
gesteuerten Schlagbolzensicherungen.
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Ein
Absinken der dielektrischen Flüssigkeit, bzw.
ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels
welches per Füllstandsmessung
erfasst wird, kann auf Grund von Leckage beispielsweise durch einen
Riss im Behälter
oder durch eine Gasentstehung bei der Wärmeentwicklung im Inneren bei
Auftreten eines elektrischen Fehlers vorkommen. Dies führt unmittelbar
zu mangelnder elektrischer Isolierung des elektrischen Gerätes durch
fehlende Flüssigkeit,
was eine zu geringe Kühlung
zur Folge hat.
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Besondere
Vorteile sind erzielbar, indem lediglich eine Auslösung von
sämtlichen
vorhandenen Schlagbolzensicherungen notwendig ist. Diese eine kann
sowohl durch Überspannung
gesteuert auslösbar
sein, als auch Füllstand
gesteuert auslösbar
sein. Wesentlich ist die Erzeugung und Aufbringung eines Impulses
auf eine Auslösemechanik,
wobei die Auslösung
durch Auftreten eines einzigen Fehlers und Ansprechen mindestens
einer einzigen Schlagbolzensicherung dazu führt, dass die zugehörige Wippe als
Teil der Auslösemechanik
mit ausreichender Kraft gedreht wird und somit die Kontaktstifte
herausschlägt,
so dass die elektrische Verbindung jeder Phase mechanisch getrennt
wird.
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Wesentlich
ist der Effekt, dass mindestens ein Schlagbolzen die eine gemeinsame
Wippe betätigt
und auf sämtliche
Kontaktstifte einwirkt. Dies bedeutet, dass jeder Schlagbolzen für sich die
Wippe mit ausrechender Kraft bewegt bzw. dreht, so dass sämtliche
Kontaktstifte eliminiert werden können.
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Flüssigkeitsisoliert
und gekühlt
werden insbesondere Transformatoren, die in üblicher Form dreiphasig ausgelegt
sind, beispielsweise in Kreuz-, oder Dreiecksschaltung ausgeführt sein
können,
wobei eine Überwachung
der dielektrischen Flüssigkeit äußerst vorteilhaft
ist. Das Gehäuse
des Transformators ist vorzugsweise geerdet.
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Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft die Ausführung der Füllstandsüberwachungseinheit mit einem
Schwimmer zu versehen, der über
einen Draht eine mit mindestens zwei federunterstützten Hebeln versehene
Auslösevorrichtung
aufweist, wobei der Draht bei ausrechendem Füllstand die Hebelanordnung
gegen deren Vorspannkraft insgesamt derart positionier, dass der
entsprechende Kontaktstift arretiert ist. Der Kontaktstift selbst
ist federunterstützt.
Bei zu geringem Füllstand
folgt eine Verschiebung des besagten Drahtes, wobei das Hebelsystem
entlastet wird, so dass jeder Hebel durch seine Federunterstützung ausgelenkt
wird und der entsprechende Schlagbolzen freigegeben wird.
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Im
Folgenden werden anhand schematischer Figuren Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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1 zeigt
eine Übersicht
eines geöffnet dargestellten
Behälters
mit einem dreiphasigen Transformator, der in allen drei Phasen und
zusätzlich über eine
Füllstandssicherung
abgesichert ist,
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2 zeigt
eine Überstrom
gesteuerte Schlagbolzensicherung, eingebracht in eine Halterung,
bestehend aus einer Wippe und einem eliminierbaren Kontaktstift,
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3 zeigt
eine Füllstand
gesteuerte Schlagbolzensicherung mit einem für die Füllstandsüberwachung eingesetzten Schwimmer,
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4 zeigt
in detaillierter Darstellung einen Ausschnitt aus 1 wobei
die Zuordnung der Art der Schlagbolzensicherung entsprechend 2 oder 3 durch
Pfeile angedeutet ist.
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Allgemein
löst die
Erfindung Probleme bei Ölgekühlten Transformatoren
dadurch, dann mindestens eine Schlagbolzensicherung, die den Füllstand der
dielektrischen Flüssigkeit
im Behälter
bzw. Gehäuse überwacht
eingesetzt wird. Ein Schlagbolzen einer solchen Füllstands
gesteuerten Schlagbolzensicherung wirkt auf das gleiche mechanische
Auslösesystem,
auf das sämtliche
in einer Phase vorhandenen Schlagbolzensicherungen mit ihrem Schlagbolzen
wirken, falls diese Überstrom
gesteuert ausgelöst
werden.
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Fehler
die an Transformatoren auftreten können sind insbesondere interne
Fehler, die auf der elektrischen Seite der entsprechenden Geräte liegen.
Fehler, die an unterschiedlichen Orten im System auftreten, sollen
grundsätzlich
zur mechanischen Trennung sämtlicher
vorhandener Phasen führen.
Sämtliche
vorhandenen Sicherungen, die als Schlagbolzensicherungen ausgeführt sind,
oder damit verbunden sind, signalisieren im Ruhezustand insgesamt
eine fehlerfreie Funktion und somit mechanisch nicht getrennte Phasen.
Erfasst eine Fehlerdetektion einen Fehler, so wird eine Sicherung
aktiv und so wird die zugehörige
Schlagbolzensicherung bewirken, dass insgesamt eine Trennung sämtlicher
Phasen geschieht.
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In 1 ist
schematisch ein geöffneter
Behälter 4 dargestellt,
der mit einer Erdung 6 verbunden ist. Darin enthalten ist
ein Transformator 5, der mit einer dielektrischen Flüssigkeit 7 bedeckt
ist, was einer Befüllung
des Behälters 4 gleich
kommt. Die Flüssigkeit 7 dient
darüber
hinaus zur Kühlung.
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Der
in 1 schematisch dargestellte Transformator 5 ist
dreiphasig mit den Phasen 1, 2, 3 ausgelegt,
wobei jede Phase durch eine Überstrom
gesteuerte Schlagbolzensicherung 311 überwacht und abgesichert ist.
Gleichzeitig ist mindestens eine Füllstand gesteuerte Schlagbolzensicherung
zur Überwachung
des Systems auf ausrechende Befüllung mit
dielektrischer Flüssigkeit
vorgesehen. Sämtliche in 1 dargestellten
Schlagbolzensicherungen, in diesem Fall vier Stück, wirken mit einem Schlagbolzen 38 in
analoger Weise auf eine Wippe 35. Damit ist sichergestellt,
dass eine Fehlererfassung gefolgt von mindestens einer Schlagbolzenauslösung zu
einer Betätigung
der Wippe 35 führt.
Diese bedient sämtliche
drei Kontaktierstifte, die gleichzeitig durch die Kraft mindestens
eines Schlagbolzens aus ihren Halterungen geschlagen werden und
somit sämtliche drei
Phasen mechanisch trennt.
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In 2 wird
detailliert eine Überstrom
gesteuerte Schlagbolzensicherung 311 mit entsprechender
Halterung 32, gemeinsamem Holm 37 und federunterstütztem in
Ruhestellung arretierten Kontaktstift 33 dargestellt. Weiterhin
ist in geschnittener Seitenansicht die Wippe 35 mit schematischer
Positionierung relativ zum Schlagbolzen 38 und zum Kontaktstift 33 eingetragen.
Der federvorgespannte Stift 34 dient zur Arretierung des
Kontaktstiftes 33. Der Kontaktstift 33 ist in
arretierter Stellung ebenfalls federvorgespannt durch die Druckfeder 36.
Der Strompfad in jeder Phase wird durch die Führung des Elektrokabels 40 angedeutet,
wobei im zentralen Bereich die Halterung 32 und der mit
dem Elektrokabel 40 verbundene Kontaktstift 33 zwischengeschaltet
sind. Die Druckfeder 36 ist vorzugsweise nicht Strom durchflossen
und mittels eines dielektrischen Ringes 41 isoliert.
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Die
U-förmig
ausgebildete Halterung 32 nimmt einseitig eine Schlagbolzensicherung 311 auf und,
auf der anderen Seite, in einer Bohrung beispielsweise einen genuteten
Kontaktstift und bildet somit einen Teil des elektrischen Pfades.
Im Fall des Auslösens
der Schlagbolzensicherung schlägt
der Schlagbolzen gegen eine drehbar gelagerte Wippe 35,
welche wiederum den Kontaktstift 33 aus der Halterung 32 herausschlägt. Dies
wird wiederum mittels der vorgespannten Druckfeder 36 federunterstützt.
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Entsprechend
der Anzahl der Phasen werden hier drei dieser Einheiten an einem
gemeinsamen Holm 37 befestigt. Bei der Wippe handelt es
sich um eine durchgehende Einheit, so dass bei der Betätigung der
Wippe durch mindestens eine der Schlagbolzensicherungen sämtliche
drei Kontaktstifte aus ihrer jeweiligen Halterung herausgeschlagen
werden.
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Der 3 ist
zu entnehmen, dass bei sinkender Füllstandshöhe mindestens eine federvorgespannte
Schlagbolzensicherung in einem Gehäuse 39 betätigbar ist.
Der Schlagbolzen 38 ist durch einen Hebel 101 arretiert.
Der Hebel 101 wiederum ist durch einen zweiten Hebel 102 ebenfalls
arretiert. In dem Gehäuse 39 befindet
sich ein Langloch in welchem ein Draht 111 verschiebbar
angeordnet ist. Durch den Draht wird der Hebel 102 arretiert.
Der Draht 111 ist an seinem oberen Ende an einem Schwimmer 112 fixiert.
Senkt sich der Schwimmer auf Grund einer Verringerung der Füllstandshöhe der Flüssigkeit
innerhalb des Transformators bzw. dessen Gehäuses, so gibt der Draht 111 nach
einem bestimmten Schwimmerweg den Hebel 102 frei. In Folge
dessen wird auch der Hebel 101 entlastet, so dass der Schlagbolzen 38 freigegeben
wird. Dieser trifft auf die Wippe 35, wodurch die drei
Kontaktstifte 33 aus deren Halterungen 32 herausgeschlagen
werden.
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4 zeigt
nochmals in der Frontansicht die Anordnungen von 4 Schlagbolzensicherungen
entsprechend 1, wobei Details aus den 2,
bzw. 3 übernommen
sind. In 4 ist insbesondere die Bestückung der
Phasen 1, 2, 3 mit jeweils einer Überstrom
gesteuerten Schlagbolzensicherung 311 vermerkt. In den
zugehörigen
Halterungen 32, sind diese mit entsprechendem Schlagbolzen
versehenen Schlagbolzensicherungen 311 eingebaut, wobei
die Halterung 32 einen Teil des Strompfades darstellt,
einen Kontaktstift 33 aufweist, der, wie in 2 sichtbar, über die
Wippe 35 bei Auslösung
einer Schlagbolzensicherung an sämtlichen
drei Phasen 1, 2, 3 eliminiert wird.
Zusätzlich
ist in 4 die Füllstandsgesteuerte
Schlagbolzensicherung 312 schematisch positioniert. Diese
ist zusätzlich
eingebaut und muss nicht in einer geraden Kraftlinie auf einen Kontaktstift 33 wirken.
Die Schlagbolzensicherung, die über
einen Schwimmer 112 auslösbar ist, falls die dielektrische
Flüssigkeit 7 einen
zu geringen Füllstand
aufweist, ist mit einem Schlagbolzen 38 ausgestattet. Dieser
wirkt auf die Wippe 35 und drückt ebenso wie bei analogem
Betriebszustand bei einer Überstrom gesteuerten
Schlagbolzensicherung 311 auf die Wippe, dreht diese und
schlägt
die Kontaktstifte 33 sämtlicher
in den Phasen vorhandenen Sicherungen durch Elimination der entsprechenden
Kontaktstifte heraus.
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Mit
der Erfindung wird anhand einer Füllstandsüberwachung der ohnehin vorhandenen
dielektrischen Flüssigkeit 7 eine
Schutzvorrichtung realisiert. Die Vorteile ergeben sich durch eine
extrem einfach aufgebaute Mechanik, deren Funktion über einen
längeren
Zeitraum sichergestellt werden kann. Insgesamt kann ein eigensicherer
Transformator realisiert werden.
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Des
Weiteren liegt ein Vorteil in der Zusätzlichen Funktion der Sicherheitsauslösung bei
Füllstandsschwankungen.
Kommt es auf Grund von Leckagen des Transformators zu einer Verringerung der
Füllstandshöhe, so kann
bei handelsüblichen Transformatoren
die Sicherheit gegen entstehende Spannungsüberschläge zwischen Bauteilen mit unterschiedlichen
elektrischen Potentialen nicht gewährleistet sein. Durch die entsprechend
der Erfindung vorgeschlagene Mechanik wird der sichere Einsatz auch
in diesem Fall erreicht. Der Transformator wird vor Erreichen einer
kritischen Füllstandshöhe mechanisch
durch Trennung sämtlicher
Phasen stillgelegt. Da bei elektrischen Fehlern örtliche Erwärmungen zur Entstehung von
Gasförmigen
Bestandteilen aus der dielektrischen Flüssigkeit führen, sinkt der Pegel dieser
dielektrischen Flüssigkeit 7 schnell ab.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung beziehen sich auf die Absicherung von mehrphasigen Transformatoren.
Die Erfindung kann allgemein auf mehrphasig betriebene elektrische
Geräte
angewandt werden, die in dielektrischer Flüssigkeit isoliert sind. Durch
die Flüssigkeitsfüllstandsüberwachung lassen
sich beispielsweise Leckagen an einem Behälter 4 feststellen
und führen
zu einer mechanischen bzw. elektrischen Trennung.