DE10224186A1

DE10224186A1 - Von einer Flüssigkeit zu Isolations- und/oder Kühlzwecken umgebener Schalter und elektrischer Transformator mit einem solchen Schalter

Info

Publication number: DE10224186A1
Application number: DE2002124186
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Bork; Frank Hofmann
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: DE10224186B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen von einer Flüssigkeit (7) zu Isolations- und/oder Kühlzwecken umgebenen Schalter (1). Der Schalter (1) ist in einem mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Schaltergehäuse (6) angeordnet, das mit einem zumindest teilweise mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Ausgleichsgefäß (9) in Verbindung steht. Der Schalter (1) ist vorzugsweise als ein Stufenschalter eines elektrischen Transformators (30) zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen des Transformators (30) im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators (30) ausgebildet. Um einen möglichst wartungsarmen Schalter (1) zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Schaltergehäuse (6) und das Ausgleichsgefäß (9) eine zur Umgebungsluft hin hermetisch abgedichtete Einheit (6, 8, 9) bilden, in der Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) und in einem hohen Punkt der Einheit (6, 8, 9) angeordnete Absperrmittel (18) vorgesehen sind, welche die Einheit (6, 8, 9) vorübergehend zur Umgebungsluft hin öffnen, falls das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Die Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus sind vorzugsweise als ein Buchholz-Relais und die Absperrmittel (18) vorzugsweise als ein Pneumatikventil ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen von einer Flüssigkeit zu Isolations- und/oder Kühlzwecken umgebenen Schalter. Der Schalter ist in einem mit der Flüssigkeit gefüllten Schaltergehäuse angeordnet. Das Schaltergehäuse steht mit einem zumindest teilweise mit der Flüssigkeit gefüllten Ausgleichsgefäß in Verbindung.

Die Erfindung betrifft außerdem einen elektrischen Transformator mit einem zu Isolations- und/oder Kühlzwecken von einer Flüssigkeit umgebenen Stufenschalter zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen des Transformators im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators. Der Stufenschalter ist in einem mit der Flüssigkeit gefüllten Schaltergehäuse angeordnet. Der Transformator umfasst des weiteren ein zumindest teilweise mit der Flüssigkeit gefülltes Ausgleichsgefäß. Der Stufenschalter steht mit dem Ausgleichsgefäß in Verbindung.

Elektrische Schalter, die relativ hohe Ströme schalten, müssen zu Isolationszwecken von einem isolierenden Medium umgeben sein. Denkbar ist bspw. der Einsatz von Isolationsgasen (Schwefelhexafluorit; SF6) oder Festkörperisolatoren (z. B. Keramik). Bei elektrischen Transformatoren ist es bekannt, zur Isolation von Stufenschaltern eine Isolationsflüssigkeit, insbesondere Öl, einzusetzen.

Durch das Schalten von relativ hohen Strömen entstehen zwischen den Schaltkontakten des Schalters Lichtbögen, die zu einer Erwärmung der Isolationsflüssigkeit führen können. Um die Größe der Lichtbögen zu reduzieren, ist es bei sog. Vakuumschaltern bekannt, die Schaltkontakte und das Schaltelement des Schalters in einem hermetisch abgeschlossenen Vakuumgehäuse anzuordnen, in dem ein Unterdruck, vorzugsweise ein Vakuum, herrscht. Das Schalten hoher Ströme kann jedoch auch zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Schaltkontakte und damit zu geringen Standzeiten des Schalters führen. Um die Standzeiten des Schalters zu erhöhen ist es bekannt, parallel zu dem Schaltelement des Schalters einen Umschaltwiderstand anzuordnen, über den während eines Umschaltvorgangs zumindest ein Teil des zu schaltenden Stroms fließt. Der über den Umschaltwiderstand fließende Strom wird in dem Umschaltwiderstand zum überwiegenden Teil in Wärme umgesetzt und an die Isolationsflüssigkeit abgegeben. Die Wärme des Lichtbogens und insbesondere die Wärme des Umschaltwiderstands wird von der Isolationsflüssigkeit weg von dem Schalter geleitet und vorzugsweise an die Umgebungsluft abgegeben. Insofern dient die Isolationsflüssigkeit - wenn auch nur in einem geringen Maße - also durchaus auch der Kühlung des Schalters.

Insgesamt ergibt sich jedoch während des Betriebs des Schalters trotz der Kühlung eine Erwärmung und damit verbunden eine Volumenvergrößerung der Flüssigkeit. Aus diesem Grund steht das Schaltergehäuse eines Schalters mit einem Ausgleichsgefäß in Verbindung. Das Ausgleichsgefäß ist derart ausgebildet, dass es Volumenänderungen der Flüssigkeit insbesondere aufgrund von Temperaturschwankungen aufnehmen kann.

Die relativ hohen Temperaturen im Bereich des Lichtbogens und des Umschaltwiderstands führen zu einer langsamen aber stetigen chemischen Umwandlung der Isolationsflüssigkeit, in deren Verlauf u. a. auch verschiedene Gase entstehen (sog. Cracken der Flüssigkeit). Die entstehenden Gase sammeln sich im oberen Teil des Schaltergehäuses und/oder im oberen Teil des Ausgleichsgefäßes. Durch die Gase können die Isolationseigenschaften der Flüssigkeit deutlich beeinträchtigt werden, und es kann zu einem Überspringen von Strom kommen. Bei elektrischen Transformatoren ist es bekannt, das Schaltergehäuse und das Ausgleichsgefäß derart miteinander zu verbinden, dass sich die Gase in dem Ausgleichsgefäß sammeln und dort nach oben steigen. Um die Gase abzulassen, sind die Ausgleichsgefäße nach dem Stand der Technik zur Umgebungsluft hin offen. Dazu steht das Ausgleichsgefäß über eine Abluftleitung, die in einem hohen Punkt des Ausgleichsgefäßes angeordnet ist, mit der Umgebungsluft in Verbindung.

Das wiederum hat jedoch den Nachteil, dass die Isolationsflüssigkeit in dem Schaltergehäuse und dem Ausgleichsgefäß mittels in der Umgebungsluft enthaltenem Sauerstoff oxidiert und/oder in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit aufnimmt. Oxidation und Feuchtigkeitsaufnahme führen zu einem relativ schnellen Altern der Flüssigkeit, die infolgedessen im Rahmen einer Wartung ausgetauscht werden muss. Die relativ kurzen Wartungsintervalle sind aufwendig und teuer. Um die Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft, die mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, zu reduzieren, ist es bekannt, in der Abluftleitung Luftentfeuchter anzuordnen. Die Trocknungsvorlage der Luftentfeuchter muss ebenfalls von Zeit zu Zeit gewartet und ausgetauscht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen von einer Flüssigkeit umgebenen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass er möglichst wartungsarm ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem von einer Flüssigkeit umgebenen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art vor, dass das Schaltergehäuse und das Ausgleichsgefäß eine zur Umgebungsluft hin hermetisch abgedichtete Einheit bilden, in der Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und in einem hohen Punkt der Einheit angeordnete Absperrmittel vorgesehen sind, welche die Einheit vorübergehend zur Umgebungsluft hin öffnen, falls das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet.

Während des Betriebs des Schalters ergeben sich erhöhte Temperaturen im Bereich eines Lichtbogens zwischen Schaltkontakten des Schalters und/oder im Bereich eines zu einem Schaltelement des Schalters parallel geschalteten Umschaltwiderstands. Die Temperaturerhöhung führt zu einer Volumenvergrößerung der Flüssigkeit, die sich in das Ausgleichsgefäß hinein ausdehnen kann. Durch die erhöhten Temperaturen im Bereich des Lichtbogens und/oder des Umschaltwiderstands wird außerdem ein Teil der Flüssigkeit in Gase umgewandelt. Diese Gase haben ein größeres Volumen als die Flüssigkeit, aus der sie entstanden sind. Die Volumenvergrößerung aufgrund des Temperaturanstiegs in der Flüssigkeit und aufgrund des sich bildenden Gases führt in der hermetisch abgedichteten Einheit zu einem Druckanstieg. Durch die zunehmende Menge an Gas in der Einheit steigt die Gefahr einer unzureichenden Isolation des Schalters durch die Flüssigkeit. Mit zunehmender Gasbildung sinkt auch das Niveau der Flüssigkeit in der Einheit langsam. Dieses Absinken des Niveaus wird durch geeignete Mittel zum Erfassen des Niveaus in der Einheit detektiert. Sobald das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet, werden Absperrmittel geöffnet, und die Einheit wird vorübergehend mit der Umgebungsluft in Verbindung gebracht. Die Absperrmittel sind in einem hohen Punkt der Einheit angeordnet, wo sich auch das Gas sammelt. Aufgrund des Überdrucks im Inneren der Einheit wird das Gas durch die geöffneten Absperrmittel an die Umgebungsluft abgegeben. Dabei kann keine Umgebungsluft in das Innere der Einheit gelangen. Nach einer vorgebbaren Zeitdauer oder nachdem eine vorgebbare Menge an Gas oder das gesamte Gas aus der Einheit abgelassen wurde, werden die Absperrmittel wieder geschlossen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines von einer Flüssigkeit umgebenen Schalters kann ein besonders wartungsarmer Schalter realisiert werden. Die Wartungsarmut ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Flüssigkeit nicht mit der Umgebungsluft in Verbindung kommt. Eine Alterung der Flüssigkeit aufgrund von Oxidation oder Feuchtigkeitsaufnahme ist somit auf ein Minimum reduziert bzw. sogar ganz unterbunden. Die Wartungsintervalle des erfindungsgemäßen Schalters können auf ein Vielfaches von herkömmlichen flüssigkeitsumgebenen Schaltern erhöht werden. Dadurch können Material und Kosten für die Wartung eingespart werden. Zudem muss eine Anlage, in welcher der Schalter angeordnet ist, seltener zu Wartungszwecken abgeschaltet werden und hat somit längere Betriebszeiten. Dadurch ergeben sich weitere Kosteneinsparungen.

Der Kern der vorliegenden Erfindung ist in zwei Aspekten zu sehen. Zum einen in der hermetischen Abdichtung der Einheit bestehend aus Schaltergehäuse uns Ausgleichsgefäß. Dadurch wird verhindert, dass die Flüssigkeit mit der Umgebungsluft in Kontakt treten kann. Die Alterung der Flüssigkeit wird entscheidend verlangsamt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass während des Betriebs des Schalters entstehendes Gas aus der Einheit abgelassen werden kann, ohne dass dabei die Flüssigkeit mit der Umgebungsluft in Kontakt treten kann. Dazu sind einerseits Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und andererseits Absperrmittel vorgesehen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass in der Einheit ein Überdruck herrscht, der größer als der Umgebungsdruck an der Umgebungsluft ist. Wenn der Schalter einen Betriebstemperaturbereich von bspw. -25°C bis +125°C hat, wird gemäß dieser Weiterbildung sichergestellt, dass in der Einheit selbst bei einer sehr niedrigen Betriebstemperatur und ohne dass sich Gas gebildet hat ein Druck herrscht, der größer als der Umgebungsdruck ist. Durch einen Anstieg der Betriebstemperatur und damit auch der Temperatur der Flüssigkeit und durch Gasbildung steigt der Druck in der Einheit weiter an. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das in der Einheit entstehende Gas sicher und zuverlässig bei allen Betriebsbedingungen an die Umgebungsluft abgegeben werden kann.

Die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit in der Einheit können beliebig ausgebildet sein. Es können einfache mechanische Sensoren, die bspw. mittels eines Schwimmers arbeiten, oder aber aufwendigere elektrische Sensoren sein, die das Niveau bspw. kapazitiv, induktiv oder auf andere Weise erfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit als ein Buchholz-Relais ausgebildet sind. Das Buchholz-Relais ist ein integratives Messsystem, das als Schutzvorrichtung für flüssigkeitsisolierte elektrische Transformatoren oder Drosselspulen dient. Es reagiert auf Gasansammlungen sowie auf Strömungen. Nennleistung und Bauart einer zu schützenden Anlage bestimmen den Typ des zu verwendenden Buchholz-Relais. Denkbar ist auch der Einsatz eines elektrischen Buchholz- Relais, das es ermöglicht, den zeitlichen Verlauf der Gasentwicklung zu ermitteln.

Die Absperrmittel können ebenfalls beliebig ausgebildet sein. Voraussetzung ist, dass sie durch die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit zumindest indirekt, d. h. bspw. über eine Steuerung oder unmittelbar, ansteuerbar sind. Außerdem sollten sie im geschlossenen Zustand die Einheit sicher und zuverlässig gegenüber der Umgebungsluft abdichten. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Absperrmittel als ein elektrisch betätigbares Pneumatikventil ausgebildet sind. Insbesondere kann das Pneumatikventil piezoelektrisch oder elektromagnetisch betätigt werden.

Vorteilhafterweise sind die Absperrmittel an dem höchsten Punkt der Einheit angeordnet. Die Einheit, insbesondere das Schaltergehäuse, das Ausgleichsgefäß und eine Verbindungsleitung zwischen den beiden, sollte derart ausgebildet sein, dass sich die entstehenden Gase ebenfalls in dem höchsten Punkt der Einheit ansammeln. Durch Betätigen der Absperrmittel kann dann das gesamte in der Einheit befindliche Gas an die Umgebungsluft abgelassen werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass von dem hohen Punkt des Schaltergehäuses eine Verbindungsleitung zu dem Ausgleichsgefäß abzweigt, von der Verbindungsleitung die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und von diesen wiederum die Absperrmittel abzweigen. Die Verbindungsleitung kann bspw. über eine Öffnung in einem Deckel des Schaltergehäuses in das Schaltergehäuse münden. Die Verbindungsleitung steigt vorzugsweise von dem Schaltergehäuse zu einem höchsten Punkt der Einheit an und fällt von diesem zu dem Ausgleichsgefäß hin wieder ab.

Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass von einem Punkt des Schaltergehäuses unterhalb des hohen Punkts eine Verbindungsleitung zu dem Ausgleichsgefäß abzweigt, von dem hohen Punkt des Schaltergehäuses die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und von diesen wiederum die Absperrmittel abzweigen. Es ist bspw. denkbar, dass die Verbindungsleitung über eine Öffnung in einem Deckel des Schaltergehäuses und über ein in dem Schaltergehäuse nach unten führendes Saugrohr in das Schaltergehäuse mündet. Die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und die Absperrmittel münden bspw. über eine weitere Öffnung in dem Deckel des Schaltergehäuses in das Schaltergehäuse.

Der Schalter kann als ein Vakuumschalter ausgebildet sein, wobei ein Schaltelement des Schalters in einem Vakuumgehäuse angeordnet ist, in dem ein Unterdruck, der kleiner als der Umgebungsdruck an der Umgebungsluft ist, vorzugsweise ein Vakuum herrscht. Dadurch kann die Größe eines Lichtbogens, der beim Betätigen des Schalters entsteht verringert werden. Ein Temperaturanstieg der Flüssigkeit und eine teilweise Umwandlung der Flüssigkeit in verschiedene Gase ist bei einem Vakuumschalter jedoch nach wie vor gegeben.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ausgleichsgefäß als ein Dehnradiator ausgebildet ist, der zwei mit einer Mehrzahl von Sicken versehene Bleche aufweist, die durch Schweißungen in den Sicken miteinander verbunden sind und die zwischen den Schweißungen Hohlräume bilden, deren Volumen durch eine Mehrzahl von Ausbauchungen vergrößerbar ist. Ein solcher Dehnradiator ist bspw. aus der DE 100 10 737 A1 bekannt. Auf diese Druckschrift wird zum Zwecke der Beschreibung des Aufbaus und der Funktion eines Dehnradiators ausdrücklich Bezug genommen.

Es wird des weiteren vorgeschlagen, dass der Schalter als ein Stufenschalter eines elektrischen Transformators, zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen des Transformators im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators ausgebildet ist. Mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter ergibt sich ein besonders wartungsarmer Transformator.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem elektrischen Transformator der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Schaltergehäuse und das Ausgleichsgefäß eine zur Umgebungsluft hin hermetisch abgedichtete Einheit bilden, in der Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit und in einem hohen Punkt der Einheit angeordnete Absperrmittel vorgesehen sind, welche die Einheit vorübergehend zur Umgebungsluft hin öffnen, falls das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Stufenschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 10 ausgebildet ist.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. . Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Schalters gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Schalters gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen elektrischen Transformator mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter gemäß der zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer Draufsicht auf einen elektrischen Transformator mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter gemäß der ersten Ausführungsform; und
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht einer Draufsicht auf den elektrischen Transformator gemäß Fig. 3 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter gemäß der ersten Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Schalter 1 umfasst ein Schaltelement 2, das in seiner geschlossenen Position zwei Schaltkontakte 3 des Schalters 1 miteinander verbindet und in seiner geöffneten Position die Verbindung zwischen den Schaltkontakten 3 unterbricht. Der Schalter 1 ist als ein. Vakuumschalter ausgebildet. Dazu ist Schaltelement 2 in einem Vakuumgehäuse 4 angeordnet. Die vorliegende Erfindung hat die angegebenen Vorteile jedoch auch bei herkömmlichen Schaltern 1, die kein Vakuumgehäuse 4 umfassen. Parallel zu dem Schaltelement 2 ist ein Umschaltwiderstand 5 geschaltet, über den während eines Umschaltvorgangs des Schalters 1 zumindest ein Teil des zu schaltenden Stromes fließt. Das Schaltelement 2, das Vakuumgehäuse 4 und der Umschaltwiderstand 5 sind in einem Schaltergehäuse 6 angeordnet, das zu Isolations- und/oder Kühlzwecken mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt ist. Als Flüssigkeit 7 wird vorzugsweise Öl verwendet.
In einem Deckel 6a des Schaltergehäuses 6 ist eine Öffnung 7 vorgesehen, über welche eine Verbindungsleitung 8 zu einem Ausgleichsgefäß 9 in das Schaltergehäuse 6 mündet. Das Schaltergehäuse 6, die Verbindungsleitung 8 und das Ausgleichsgefäß 9 bilden zusammen eine Einheit 6, 8, 9. Das Ausgleichsgefäß 9 ist als ein Dehnradiator ausgebildet, wie er bspw. aus der DE 100 10 737 A1 bekannt ist. Auf diese Druckschrift wird zur näheren Erläuterung des Aufbaus und der Funktion des Dehnradiators 9 ausdrücklich verwiesen. Der Dehnradiator 9 weist zwei mit einer Mehrzahl von Sicken 10 versehene Bleche 11 auf, die durch Schweißungen 12 (nur angedeutet) entlang des Randes und durch Schweißungen 13 in den Sicken 10 miteinander verbunden sind und die Hohlräume mit einem daraus resultierenden Volumen bilden. Die Schweißungen 13 sind vorzugsweise als Punktschweißungen ausgebildet. Die beiden Bleche 11 sind in ihren Sicken 10 nicht durchgehend, sondern nur teilweise miteinander verbunden, so dass Bereiche vorhanden sind, in denen die Sicken 10 zu Ausbauchungen für eine Vergrößerung des Volumens des Dehnradiators 9 gedehnt werden können. Bei dem dargestellten Dehnradiator 9 sind die beiden Bleche 11 nur versetzt zueinander bei jeder zweiten der Mehrzahl der Sicken 10 miteinander verbunden. Dadurch sind die Bleche 11 einerseits sicher und zuverlässig miteinander verbunden und erlauben andererseits die Bildung ausreichend großer Ausbauchungen.
Von dem höchsten Punkt der Verbindungsleitung 8 zweigt eine Zweigleitung 14 zu Mitteln 15 zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit 7 in der Einheit 6, 8, 9 ab. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Mittel 15 als ein Buchholz-Relais ausgebildet. Es sind jedoch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten bekannt, wie die Mittel zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit 7 ausgebildet sein könnten. Das Buchholz- Relais 15 umfasst eine zumindest teilweise mit der Flüssigkeit 7 gefüllte Messkammer 16 mit einem Schwimmer 17, der auf der Oberfläche der Flüssigkeit 7 schwimmt. An dem höchsten Punkt der Messkammer 16 des Buchholz-Relais 15 zweigen Absperrmittel 18 ab, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein elektromagnetisch betätigbares 2-Wege-Pneumatikventil ausgebildet sind. Es sind jedoch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten bekannt, wie die Absperrmittel 18 ausgebildet sein könnten. Wenn das Niveau der Flüssigkeit 7 unter einen vorgebbaren Wert absinkt, steuert das Buchholz-Relais 15 das Pneumatikventil 18 an und öffnet es vorübergehend.
Während des Betriebs des elektrischen Schalters 1 entstehen an einem Lichtbogen zwischen den Schalterkontakten 3 und an dem Umschaltwiderstand 5 relativ hohe Temperaturen, die zu einer Erwärmung und damit zu einer Volumenvergrößerung der Flüssigkeit 7 führen. Die Volumenvergrößerung wird durch den Dehnradiator 9 aufgenommen. Durch die hohen Temperaturen wird außerdem ein Teil der Flüssigkeit 7 in Gas 19 umgewandelt. Diese Umwandlung der Flüssigkeit 7 in Gas 19 wird auch als Cracken der Flüssigkeit 7 bezeichnet. Das Gas 19 steigt in der Flüssigkeit 7 nach oben in Richtung des Deckels 6a des Schaltergehäuses 6. Von dort gelangt es über die Verbindungsleitung 8 und die Zweigleitung 14 in die Messkammer 16 des Buchholz-Relais 15. Je mehr Gas 19 erzeugt wird desto weiter sinkt das Niveau der Flüssigkeit 7 ab. Das Absinken des Niveaus wird von dem Buchholz-Relais 15 detektiert. Sobald das Niveau der Flüssigkeit 7 einen vorgebbaren ersten Wert unterschreitet, d. h. sobald die Menge des sich in der Einheit 6, 8, 9 gebildeten Gases 19 einen vorgebbaren Wert übersteigt, steuert das Buchholz-Relais 15 das Pneumatikventil 18 an und öffnet es vorübergehend. Das Gas 19 kann über das Pneumatikventil 18 und einen Gasablass 20 in die Umgebungsluft entweichen. Das Pneumatikventil 18 kann für eine vorgebbare Zeitdauer oder so lange geöffnet werden, bis eine vorgebbare Menge an Gas 19 oder das gesamte Gas 19 aus der Messkammer 16 bzw. aus der Einheit 6, 8, 9 entwichen ist.
Der erfindungsgemäße Schalter 1 hat den Vorteil, dass er besonders wartungsarm ist. Die Wartungsarmut ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Flüssigkeit 7 nicht mit der Umgebungsluft in Verbindung kommt. Die Alterung der Flüssigkeit 7 durch Oxidation oder Feuchtigkeitsaufnahme ist somit auf ein Minimum reduziert bzw. sogar ganz unterbunden. Die Wartungsintervalle des erfindungsgemäßen Schalters 1 können auf ein Vielfaches von herkömmlichen flüssigkeitsumgebenen Schaltern erhöht werden. Dadurch können Material und Kosten für die Wartung eingespart werden. Zudem muss eine Anlage (z. B. ein elektrischer Transformator), in welcher der Schalter 1 angeordnet ist, seltener zu Wartungszwecken abgeschaltet werden und hat somit längere Betriebszeiten. Dadurch ergeben sich weitere Kosteneinsparungen.
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist in zwei Aspekten zu sehen. Zum einen in der hermetischen Abdichtung der Einheit 6, 8, 9. Dadurch wird verhindert, dass die Flüssigkeit 7 mit der Umgebungsluft in Kontakt treten kann. Die Alterung der Flüssigkeit 7 wird entscheidend verlangsamt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass während des Betriebs des Schalters 1 entstehendes Gas 19 aus der Einheit 6, 8, 9 abgelassen werden kann, ohne dass dabei die Flüssigkeit 7 mit der Umgebungsluft in Kontakt tritt. Dazu sind einerseits die Mittel 15 zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit 7 und andererseits die Absperrmittel 18 vorgesehen.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Schalter 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten insbesondere dadurch, dass sich von der Öffnung 7 in dem Deckel 6a des Schaltergehäuses 6 ein Saugrohr 21 im Inneren des Schaltgehäuses 6 nach unten erstreckt. Die Flüssigkeit 7 kann somit bei einer Volumenausdehnung von dem Schaltergehäuse 6 über das Saugrohr 21, das Verbindungsrohr 8 in den Dehnradiator 9 gelangen. Allerdings bedeutet dies auch, dass Gas 19, das sich unterhalb des Deckels 6a ansammelt, nicht über das Verbindungsrohr 8 aus dem Schaltergehäuse 6 entweichen kann. Aus diesem Grund ist in dem Deckel 6a eine weitere Öffnung 7a vorgesehen, über welche die Zweigleitung 14 in das Innere des Schaltergehäuses 6 mündet. Das sich unter dem Deckel 6a ansammelnde Gas 19 kann somit über die Zweigleitung 14 zu dem Buchholz-Relais 15 gelangen.
Ein weiterer Unterschied der Ausführungsform aus Fig. 2 zu der aus Fig. 1 ist in der Anordnung der Schweißungen 13 in den Sicken 10 des Dehnradiators 9 zu sehen. Von der Funktionsweise des Dehnradiators 9 her ergeben sich dadurch jedoch keine Unterschiede zu der Ausführungsform aus Fig. 1.
In Fig. 3 ist die Draufsicht auf einen elektrischen Transformator 30 dargestellt, der über einen erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter 1 verfügt. Der Stufenschalter 1 dient zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen (nicht dargestellt) des Transformators 30 im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators 30. Der Dehnradiator 9 des erfindungsgemäßen Schalters 1 ist außen an dem Transformator 30 angeordnet. Für identische Bauteile wurden in der Fig. 3 die gleichen Bezugszeichen wie in den vorangegangen Figuren verwendet. Zusätzlich wurden neue Bezugszeichen für einen Kugelhahn 31 zwischen dem Schalter 1 und dem Ausgleichsgefäß 9, für einen Kugelhahn 32 zum Befüllen und Entleeren des Schalters 1, für einen Kugelhahn 33 zum Befüllen des Schalters, für eine Drucküberwachung 34 des Schalters 1 und für ein Druckentlastungsventil 35 eingeführt.
In Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht einer Draufsicht auf einen elektrischen Transformator 30 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter 1 gemäß der ersten Ausführungsform (vgl. Fig. 1) dargestellt. Die Zweigleitung 14 zweigt von der Verbindungsleitung 8 ab, die ihrerseits über eine Öffnung 7 in dem Deckel 6a in das Schaltergehäuse 6mündet.
In Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Draufsicht auf den elektrischen Transformator 30 aus Fig. 3 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stufenschalter 1 gemäß der zweiten Ausführungsform (vgl. Fig. 2) dargestellt. Die Verbindungsleitung 8 ist über ein Saugrohr 21 in das Innere des Schaltergehäuses 6 geführt. Die Zweigleitung 14 zweigt nicht von der Verbindungsleitung 8 ab, sondern mündet über eine weitere Öffnung 7a in dem Deckel 6a in das Schaltergehäuse 6.

Claims

1. Von einer Flüssigkeit (7) zu Isolations- und/oder Kühlzwecken umgebener Schalter (1), der in einem mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Schaltergehäuse (6) angeordnet ist, das mit einem zumindest teilweise mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Ausgleichsgefäß (9) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltergehäuse (6) und das Ausgleichsgefäß (9) eine zur Umgebungsluft hin hermetisch abgedichtete Einheit (6, 8, 9) bilden, in der Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) und in einem hohen Punkt der Einheit (6, 8, 9) angeordnete Absperrmittel (18) vorgesehen sind, welche die Einheit (6, 8, 9) vorübergehend zur Umgebungsluft hin öffnen, falls das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet.

2. Schalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einheit (6, 8, 9) ein Überdruck herrscht, der größer als der Umgebungsdruck an der Umgebungsluft ist.

3. Schalter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) als ein Buchholz-Relais ausgebildet sind.

4. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrmittel (18) als ein elektrisch betätigbares Pneumatikventil ausgebildet sind.

5. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrmittel (18) an dem höchsten Punkt der Einheit (6, 8, 9) angeordnet sind.

6. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von dem hohen Punkt des Schaltergehäuses (6) eine Verbindungsleitung (8) zu dem Ausgleichsgefäß (9) abzweigt, von der Verbindungsleitung (8) die Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) und von diesen wiederum die Absperrmittel (18) abzweigen.

7. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Punkt des Schaltergehäuses (6) unterhalb des hohen Punkts eine Verbindungsleitung (8) zu dem Ausgleichsgefäß (9) abzweigt, von dem hohen Punkt des Schaltergehäuses (6) die Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) und von diesen wiederum die Absperrmittel (18) abzweigen.

8. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (2) des Schalters (1) in einem Vakuumgehäuse (4) angeordnet ist, in dem ein Unterdruck, der kleiner als der Umgebungsdruck an der Umgebungsluft ist, vorzugsweise ein Vakuum, herrscht.

9. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgefäß (9) als ein Dehnradiator ausgebildet ist, der zwei mit einer Mehrzahl von Sicken (10) versehene Bleche (11) aufweist, die durch Schweißungen (13) in den Sicken (10) miteinander verbunden sind und die zwischen den Schweißungen (13) Hohlräume bilden, deren Volumen durch eine Mehrzahl von Ausbauchungen vergrößerbar ist.

10. Schalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (1) als ein Stufenschalter eines elektrischen Transformators (30), zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen des Transformators (30) im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators (30) ausgebildet ist.

11. Elektrischer Transformator (30) mit einem zu Isolations- und/oder Kühlzwecken von einer Flüssigkeit (7) umgebenen Stufenschalter (1) zum Zuschalten und Abschalten von Wicklungen des Transformators (30) im Rahmen einer Regelung einer Ausgangsspannung des Transformators (30), wobei der Stufenschalter (1) in einem mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Schaltergehäuse (6) angeordnet ist, und mit einem zumindest teilweise mit der Flüssigkeit (7) gefüllten Ausgleichsgefäß (9), wobei der Stufenschalter (1) mit dem Ausgleichsgefäß (9) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltergehäuse (6) und das Ausgleichsgefäß (9) eine zur Umgebungsluft hin hermetisch abgedichtete Einheit (6, 8, 9) bilden, in der Mittel (15) zum Erfassen des Niveaus der Flüssigkeit (7) und in einem hohen Punkt der Einheit (6, 8, 9) angeordnete Absperrmittel (18) vorgesehen sind, welche die Einheit (6, 8, 9) vorübergehend zur Umgebungsluft hin öffnen, falls das Niveau einen vorgebbaren Wert unterschreitet.

12. Transformator (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenschalter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10 ausgebildet ist.