DE1099072B

DE1099072B - Overload and fault protection for liquid-cooled devices with expansion vessels, especially transformers

Info

Publication number: DE1099072B
Application number: DEM43660A
Authority: DE
Inventors: Fritz Maus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-12-11
Filing date: 1959-12-11
Publication date: 1961-02-09

Description

Überlast- und Fehlerschutz für flüssigkeitsgekühlte Geräte mit Ausdehnungsgefäß, insbesondere Transformatoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlast- und Fehlerschutz-Einrichtung für flüssigkeitsgekühlte Apparate und :Maschinen, insbesondere Transformatoren, Drosselspulen und andere, die mit einem Ausdehnungsgefäß verbunden sind. Als Meßgröße wird die Wärmeausdehnung des Kühlmittels (meist Trafoöl) verwendet, wobei gleichzeitig eine Verbesserung der Selbstkühlung solcher Geräte erreicht wird.Overload and fault protection for liquid-cooled devices with expansion vessel, transformers in particular. The invention relates to an overload and fault protection device for liquid-cooled equipment and: machines, especially transformers, Choke coils and others connected to an expansion tank. As a measured variable the thermal expansion of the coolant (mostly transformer oil) is used, whereby at the same time an improvement in the self-cooling of such devices is achieved.

Es wurden verschieden wirkende Schutz- und Kühleinrichtungen für Öltransformatoren bekannt, um die Wicklungsisolationen vor unzulässiger Erwärmung zu schützen und so die Betriebsfähigkeit solcher Geräte zu erhalten. Da aus isoliertechnischen Gründen die jeweilige Temperatur der Wicklungen nicht direkt gemessen werden kann, bedient man sich der indirekten Meßmöglichkeiten mittels Thermoelementen, Widerstandsthermometern und Meßeinrichtungen, die die Ölausdehnung infolge Erwärmung des Transformators erfassen und daraus auf die Wicklungstemperatur schließen lassen. Die Messung der Ülaus-dehnung gestattet außerdem noch die Feststellung und Signalisierung anderer unerwünschter Vorgänge im Transformator, die meist durch örtliche Überhitzung oderLichtbogeneinwirkunghervorgerufen werden, oder durch mechanische und isoliertechnische Mängel bedingt sind.There were different protective and cooling devices for oil transformers known to protect the winding insulation from excessive heating and so to maintain the operability of such devices. Because for insulation reasons the respective temperature of the windings cannot be measured directly one is aware of the indirect measuring possibilities by means of thermocouples, resistance thermometers and measuring devices that determine the oil expansion as a result of heating of the transformer and allow conclusions to be drawn about the winding temperature. The measurement of the Over-expansion also allows the detection and signaling of others unwanted processes in the transformer, mostly caused by local overheating or arcing or are caused by mechanical and insulation defects.

Ein bekanntes Schutzgerät, welches in das Überströmrohr zwischen dem Trafokessel und dem Ausdehnungsgefäß eingebaut wird, spricht auf Grund seiner Ausrüstung mit Schwimmern, Strömungsklappen und Öl-, bzw. Gasstandsmeßräumen grundsätzlich nur auf bereits vorhandene Mängel und Fehler an und signalisiert .diese oder schaltet bei schweren Fehlern die Anlage ab. Wie die Praxis zeigt, sind dann die Schäden meist so schwer, daß die betroffene Anlage zumindest fürsorglich überholt werden muß, wenn nicht schon urreparable Schäden vorlagen.A well-known protective device, which is in the overflow pipe between the Transformer boiler and the expansion tank is installed, speaks due to its equipment with floats, flow flaps and oil or gas level measuring rooms only to already existing defects and errors and signals .this or switches in the event of serious errors, shut down the system. As practice shows, then the damage is usually so difficult that the affected system is at least carefully overhauled must, if not already repairable damage.

Die Leistungsreserve oder die noch mögliche Überlastbarkeit der Anlage läßt ein solches Schutzgerät nicht erkennen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch wichtig zu wissen, ob ,eine solche wertvolle Anlage zu jedem beliebigen Zeitpunkt und in jeder möglichen Betriebssituation noch ohne die Gefahr einer Beschädigung weiter belastet werden kann.The power reserve or the possible overload capacity of the system does not reveal such a protective device. For economic reasons it is However, it is important to know whether or not to have such a valuable asset at any given time and in every possible operating situation without the risk of damage can be further burdened.

Eine andere bekannte Schutzeinrichtung, bei welcher die Ölausdehnung als Bezugswert für die Wicklungstemperatur meßtechnisch verwendet wird, spricht ebenfalls auf verschiedene Betriebsfehler an und ist für die Anzeige der Leistungsreserve des Transformators ausgelegt. Durch ein in der Rohrleitung zwischen Trafokessel und Ausdehnungsgefäß eingebautes Drossel- bzw. Stauorgan wird diedurch die Wärmedehnung verursachte Ölströmung erfaßt und meßtechnisch ausgewertet. Der Staudruck vor dem Stauorgan läßt zusammen mit dem Säulendruck des im Ausdehnungsgefäß stehenden Kühlöles Rückschlüsse auf die Wicklungstemperaturen und damit auf die Leistungsreserve des Transformators zu, sofern gleichmäßig verlaufende Last- und Kühlbedingungen vorliegen.Another known protection device in which the oil expansion is used as a reference value for the winding temperature for measurement purposes, speaks also indicates various operating errors and is used to display the power reserve of the transformer. Through one in the pipeline between the transformer tank and expansion tank built-in throttle or storage device is caused by the thermal expansion The oil flow caused is recorded and evaluated using measurement technology. The back pressure before The damming element leaves together with the column pressure of the cooling oil in the expansion tank Conclusions about the winding temperatures and thus about the power reserve of the Transformer, provided that the load and cooling conditions are uniform.

Wie allgemein bekannt, wäre die Ölstandshöhe im Ausdehnungsgefäß mit genügender Genauigkeit als Maß für Wicklungstemperatur, Belastungszustand und damit Leistungsreserve eines Transformators dann verwendbar, wenn wenig schwankende und für Stunden vorausbestimmbare Betriebslast und annähernd gleichbleibende Wärmeabführung aus der Anlage vorläge. Durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kühlöles bedingt, kann die Wärmeabführung von der Entstehungsstelle über die Kesselwand an die Außenluft oder weitere Kühleinrichtungen nur durch Konvektion erfolgen, woraus sich die hohe Zeitkonstante für den Wärmeausgleich innerhalb der Anlage ergibt. Daraus ergibt sich bei der üblichen Bauweise der Transformatoren der Nachteil, daß obenliegende Wicklungsteile wesentlich heißer werden als unterliegende. Man kann sich nun an die mittlere Öltemperatur halten und die obere Temperaturspitze einbeziehen. Bei dem verhältnismäßig großen Ölvolumen in der Anlage ist aber dann eine durch örtliche Übererwärmung oder sonstige Fehler verursachte Volumenzunahme relativ klein und kann aus der geringen Ülstandsänderung nicht mehr erkannt oder für Meßzwecke genutzt werden. Deshalb soll beim vorerwähnten Schutzgerät vermittels der Staudrossel auch eine geringe, aber spontane Volumenzunahme erfaßt und erkennbar zum Gewichtsdruck der Ölsäule im Ausdehnungsgefäß addiert werden. Die Vorteile einer solchen Anordnung werden jedoch zum Teil wieder hinfällig, weil das Kühlöl seine Viskosität mit der Temperatur erheblich ändert, so daß sich stetig ändernde Strömungsverhältnisse im Drosselorgan ergeben und damit der Staudruck vor der Drossel unerfaßbar gefälscht wird und die Messung den Genauigkeitsanforderungen nicht mehr genügt. Weiter wirkt jede Drosselstelle zwischen Trafokessel und Ausdehnungsgefäß umlaufhindernd für :das Kühlöl und schließt das Ausdehnungsgefäß vom Kühlvorgang aus.As is well known, the oil level in the expansion tank would be with Sufficient accuracy as a measure for winding temperature, load condition and thus The power reserve of a transformer can be used when there is little fluctuation and Operating load predictable for hours and almost constant heat dissipation from the system. Due to the poor thermal conductivity of the cooling oil, can remove heat from the point of origin via the boiler wall to the outside air or further cooling devices only take place by convection, which gives rise to the high Time constant for heat equalization within the system results. From this it follows in the usual design of the transformers the disadvantage that overhead Winding parts get significantly hotter than underlying parts. You can now look at Maintain the mean oil temperature and include the upper temperature peak. at the relatively large volume of oil in the system is then due to local Overheating or other errors caused volume increase relatively small and can no longer be recognized from the slight change in oil level or used for measuring purposes will. Therefore, in the case of the protective device mentioned above, the flow restrictor should also be used a slight but spontaneous increase in volume recorded and recognizable from the weight pressure of the oil column in the expansion vessel. The advantages of a such However, the arrangement is partly obsolete because the cooling oil has its viscosity changes significantly with temperature, so that constantly changing flow conditions result in the throttle body and thus the back pressure in front of the throttle is undetectably falsified and the measurement no longer meets the accuracy requirements. Continue to work every throttling point between the transformer tank and the expansion tank prevents the circulation : the cooling oil and excludes the expansion vessel from the cooling process.

Schließlich ist die Anordnung von Schutzeinrichtungen zwischen Trafokessel und Ausdehnungsgefäß deshalb nachteilig, weil erforderliche Überprüfungen nicht während des Betriebes der Anlage und meist nur nach vorherigem Ablassen des Kühlöles vorgenommen werden können.Finally, there is the arrangement of protective devices between the transformer boilers and expansion tank disadvantageous because the necessary checks are not during operation of the system and usually only after the cooling oil has been drained off can be made.

Durch die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung werden nicht nur ,die Nachteile der genannten Schutzarten vermieden, sondern noch eine vorbeugend wirksam werdende bessere Selbstkühlung erreicht. Von Vorteil ist weiter, daß auch bei Ausfall der elektrischen Signale noch optische und akustische Warn-und gegebenenfalls Schaltsignale gegeben werden. Schließlich stellt die Möglichkeit, die Schutzeinrichtung auch während des Betriebes der Anlage jederzeit überprüfen oder für andere Betriebsverhältnisse umstellen zu können, einen technischen Fortschritt dar.By the protection device according to the invention not only that Disadvantages of the protection classes mentioned are avoided, but one more preventive better self-cooling is achieved. Another advantage is that even in the event of failure the electrical signals also include optical and acoustic warning signals and, if necessary, switching signals are given. Finally, there is the option of using the protective device during check the operation of the system at any time or for other operating conditions to be able to convert represents a technical advance.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist .darin zu sehen, daß das Luftpolster über dem Kühlöl im Ausdehnungsgefäß nur nach Maßgabe eines oben angeordneten einstellbaren Drosselorgans ins Freie entweichen kann, so daß neben dem Gewichtsdruck der Kühlölsäule noch der Druck des Luftpolsters meßtechnisch wirksam wird.A main feature of the invention can be seen in that the air cushion above the cooling oil in the expansion vessel only according to an adjustable setting above Throttle body can escape into the open, so that in addition to the weight pressure of the cooling oil column the pressure of the air cushion is still effective in terms of measurement.

Eine vorteilhafte Doppelwirkung wird bei .der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausrüstung des Ausdehnungsgefäßes insofern erreicht, als das beträchtliche Kühlvermögen des Ausdehnungsgefäßes wirksam in den gesamten Kühlölumlauf einbezogen ist, wodurch eine intensive Mischung des Kühlöles der Gesamtanlage erzwungen wird und demzufolge örtliche Übererwärmungen an jeder Stelle der Aniage schnellstens entweder durch die Ölumwälzung abgeführt oder die ihr zukommende und erfaßbare Ölausdehnung bewirken. Damit wird die der Hauptmessung zugrunde gelegte mittlere Öltemperatur, bzw. die von ihr abhängige Kühlölsäule im Ausdehnungsgefäß, von meßtechnisch latent werdenden oberen und unteren Spitzenwerten so weitgehend befreit, daß sie mit genügender Genauigkeit und für jeden Betriebsfall als Bezugswert für die Beurteilung der Leistungsreserve dienlich ist.An advantageous double effect is achieved in the case of the arrangement according to the invention and equipment of the expansion tank in so far as the considerable cooling capacity of the expansion tank is effectively included in the entire cooling oil circulation, whereby an intensive mixing of the cooling oil of the entire system is forced and consequently local overheating at any point in the plant either as quickly as possible the oil circulation is carried away or the oil expansion that is attributable to it and which can be detected is caused. The mean oil temperature on which the main measurement is based, or the cooling oil column in the expansion vessel that is dependent on it, of those that are becoming latent in terms of measurement technology upper and lower peaks so largely freed that they are accurate enough and for each operating case as a reference value for assessing the power reserve is useful.

Weitere Vorteile der erfindungsmäßigen Schutz-und Kühleinrichtung werden in der folgenden Beschreibung kenntlich gemacht und hervorgehoben.Further advantages of the protective and cooling device according to the invention are identified and highlighted in the following description.

Durch die Schemazeichnung ist eine Ausführungsmöglichkeit der Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.The schematic drawing is an embodiment of the protective device shown according to the invention.

Ein zur Erreichung einer möglichst hohen Ölsäule vorzugsweise hochstehendes Ausdehnungsgefäß 1 von beliebiger aber in der Höhe gleichbleibender Querschnittsform wird so abseits und über die zu schützende Anlage, im Beispielsfalle ein Öltransformator, 18 angeordnet, daß ein linearer Ölanstieg und demzufolge eine lineare Meßskala erreicht wird und das Ausdehnungsgefäß zwecks besserer Luftkühlung aus dem Bereich der vom Trafo aufsteigenden Warmluft kommt. Über ein Drosselorgan 2, das als einstellbares Ventil (z. B. Nadelventil) oder als auswechselbare Düse oder Blende ausgebildet sein kann, wird der Luftdurchgang vom Behälter 1 zur Umgebungsluft reguliert. ln dem beispielsweise mit Silikagel oder Chlorcalizium ,gefüllten Filter 3 wird die durchgehende Luft in bekannter Weise von Feuchtigkeit und Staub befreit. Der Ein- und Auslaßstutzen 4 kann in bekannter Weise als Signalpfeife ausgebildet werden, die bei Ausfall aller anderen Schutzeinrichtungen ein der zu erwartenden normalen oder extremen Luftströmung angepaßtes Warnsignal abgibt. Der Stutzen 4 kann weiter vorteilhaft mit einem pneumatischen Schaltkontakt bekannter Art ausgerüstet werden, der bei anormalem Luftstrom anspricht und entsprechend genutzt werden kann. Mit dem Ausdehnungsgefäß 1 ist ein Stand- und Meßrohr 5 verbunden, das vorteilhaft aus durchsichtigem Werkstoff wie Glas, oder aus nichtmagnetisierbarem Metall wie Neusilber usw. hergestellt sein kann. Der Schwimmer 11 kann sowohl mit einer Leuchtmarkierung versehen sein, die eine optische Anzeige des Ölstandes im Ausdehnungsgefäß bei Tag und Nacht ermöglicht, als auch mit einem energiereichen Permanentmagneten 10 versehen werden, der beim Passieren der beispielsweise eingezeichneten Steuerkontakte 6, 7, 9 und 12 deren Weicheisen-Schaltzungen .bis zur Kontaktgabe bewegt. Die Steuerkontakte können in bekannter Weise und unter Anordnung von magnetischen oder mechanischen Halteeinrichtungen für jeden erforderlichen Schaltvorgang ausgebildet werden. Es kann weiter ein Feindruckmesser 14, beispielsweise ein Balgenmanometer, :als Anzeigeinstrument .dienen, das sowohl für die Fernanzeige mit einem Widerstandsgeber 13 .als auch mit entsprechenden Maximal- und Minimalkontakten ausgerüstet werden kann, so daß die vorerwähnten Steuerkontakte 6 bis 12 entfallen können oder als zusätzliche Sicherheitskontakte frei werden.One that is preferably upright to achieve the highest possible oil column Expansion vessel 1 of any cross-sectional shape that is constant in height is thus off and above the system to be protected, in the example an oil transformer, 18 arranged that a linear oil rise and consequently a linear measuring scale achieved is and the expansion vessel for the purpose of better air cooling from the area of the Transformer rising warm air comes. Via a throttle element 2, which is an adjustable Valve (e.g. needle valve) or designed as an exchangeable nozzle or diaphragm can be, the passage of air from the container 1 to the ambient air is regulated. ln the filter 3 filled for example with silica gel or calcium chloride is the passing air freed from moisture and dust in a known manner. The one and outlet 4 can be designed in a known manner as a signal whistle, one of the normal ones to be expected in the event of failure of all other protective devices or emits a warning signal adapted to extreme air currents. The nozzle 4 can continue be advantageously equipped with a pneumatic switching contact of a known type, which responds to abnormal airflow and can be used accordingly. With the expansion vessel 1 is connected to a stand and measuring tube 5, which advantageously consists of transparent material such as glass, or made of non-magnetizable metal such as nickel silver etc. can be made. The float 11 can be both with a luminous marker be provided with a visual display of the oil level in the expansion tank during the day and night enabled, as well as provided with an energy-rich permanent magnet 10 when passing the control contacts 6, shown for example, 7, 9 and 12 whose soft iron switch tongues. Moved until contact was made. The control contacts can in a known manner and with the arrangement of magnetic or mechanical Holding devices are formed for each required switching operation. It A precision pressure meter 14, for example a bellows manometer, can also be used as a display instrument . Serve that both for remote display with a resistance sensor 13 .als can be equipped with corresponding maximum and minimum contacts, so that the aforementioned control contacts 6 to 12 can be omitted or as additional safety contacts get free.

In das vom Trafokesse118 zum Ausdehnungsgefäß 1 führende Überströmrohr 17 können ohne Schaden für das Meßergebnis normal übliche Schutzund- Absperreinrichtungen 15 beispielsweise auch Wasser- und Gasabscheider, eingebaut werden. Vorteilhafter und zugänglicher empfiehlt sich ein Gasfänger und -melder 16, der auch als Überdrucksicherung für den Transformator ausgebildet werden kann.Into the overflow pipe leading from Trafokesse118 to expansion vessel 1 17 normal protective and shut-off devices can be used without damage to the measurement result 15, for example, water and gas separators can also be installed. More advantageous and more accessible, we recommend a gas trap and detector 16, which also acts as an overpressure safety device can be designed for the transformer.

Das im Zentrum des Ausdehnungsgefäßes 1 einmündende Überströmrohr 17 setzt sich als Steigrohr 23 bis zur Höhe des im Beharrungszustand des Transformators zu erwartenden Ölhöchststandes. Übereinen Verteiler 25, der entsprechend den betrieblichen Erfordernissen perforiert sein kann, wird das in Pfeilrichtung .ankommende heiße Trafoöl vorzugsweise an die Behälterwände 1 geleitet, wo es sich abkühlt und niedersinkt. Durch Anordnung von Kühlrippen, wie durch 26 angedeutet, kann der Kühlvorgang noch vorteilhaft verstärkt werden. Über eine Ringführung 22 fließt das .abgekühlte Öl über das Verbindungsrohr 20 in den Trafokessel zurück, wobei die Einmündung in den Trafokessel so gewählt und verzweigt werden kann, daß .der Kühlölstrom an die erfahrungsgemäß heißesten oberen Wicklungsstellen gelangt und nach erneuter Wärmeaufnahme durch die Thermo-Siphon-Wirkung wieder an die mitkühlenden Wände und Deckel des Trafokessels, bzw. wieder in das Ausdehnungsgefäß 1 getrieben wird. Neben einer der Fallströmung weichenden Klappe 19, die den natürlichen Strömungsgang vorteilhaft beeinflußt, kann zur weiteren Verstärkung des Ölumlaufes an geeigneter Stelle des Rücklautrohres 20 eine Förderpumpe eingeordnet werden, die im Bedarfsfalle durch einen der Kontakte 9 in Betrieb gesetzt werden kann. Etwa durch die Umwälzung mitgeführte Schmutzteile und Kondenswasser usw. können sich am Sumpfboden des Ausdehnungsgefäßes absetzen und beim Verschluß 21 entnommen und untersucht werden. Dies ist auch für die Entnahme von Ölproben von Vorteil, weil die intensive Ölumwälzung und daraus resultierende Ölmischung zutreffendere Durchschnittswerte ermöglicht.The overflow pipe 17 opening into the center of the expansion vessel 1 is set up as a riser pipe 23 up to the level of the maximum oil level to be expected in the steady state of the transformer. Via a distributor 25, which can be perforated according to the operational requirements, the hot transformer oil arriving in the direction of the arrow is preferably directed to the container walls 1, where it cools down and sinks. By arranging cooling fins, as indicated by 26, the cooling process can advantageously be intensified. The .cooled oil flows back into the transformer tank via a ring guide 22 via the connecting pipe 20, whereby the confluence into the transformer tank can be selected and branched so that the cooling oil flow reaches the hottest upper winding points, and after renewed heat absorption by the thermal Siphon effect is driven back to the cooling walls and cover of the transformer tank, or again into the expansion tank 1. In addition to a flap 19 giving way to the downward flow, which advantageously influences the natural flow path, a feed pump can be arranged at a suitable point on the return pipe 20 to further strengthen the oil circulation, which can be put into operation through one of the contacts 9 if necessary. Any dirt particles and condensation water etc. carried along by the circulation can settle on the bottom of the sump of the expansion tank and can be removed from the closure 21 and examined. This is also advantageous for taking oil samples, because the intensive oil circulation and the resulting oil mixture enable more accurate average values.

Für bestimmte Betriebsverhältnisse kann eine Anpassung der Drosselstelle 2 an die Außen- oder Innentemperatur erforderlich sein. Diese kann durch selbsttätige Ausgleicher 27, beispielsweise Bimetallglieder, erreicht werden.The throttle point can be adjusted for certain operating conditions 2 to the outside or inside temperature may be required. This can be done automatically Equalizer 27, for example bimetal members, can be achieved.

Die Einstellung, Wirkungsweise und Meßauswertung der erfindungsmäßigen Kühl- und Schutzeinrichtung ergibt sich folgend: Der Nullpunkt aller Anzeige- und Kontakteinrichtungen wird auf eine Mindestölstandshöhe im Ausclehnungsgefäß 1 und eine Öltemperatur von 0° C bezogen, wobei die Betriebslast = 0 und demgemäß die Leistungsreserve der Anlage = 100 % ist. Frosteinwirkung auf die Anlage kann in jedem Falle außer Betracht bleiben, denn bei abgeschalteter Anlage ist eine :Messung oder Überwachung im angestrebten Schutzsinne nicht erforderlich und bei Betrieb der Anlage wird die etwa gespeicherte Kälte vorteilhaft zur Wärmeabführung wirksam, bis schließlich der Nullzustand = 100% Leistungsreserve erreicht ist. Darüber hinaus wird mit zunehmender Erwärmung der Anlage die selbsttätige Olumwälzung wirksamer :.ind damit die Mischung des zunächst verschieden warmen bzw. kalten Öles intensiver, so daß weitere Frosteinwirkung auf die Außenwände von Trafokessel und Ausdehnungsgefäß die Ölkühlung beschleunigen, ohne daß unzulässige Plus- oder Minus-Temperaturspitzen die der Messung zugrunde gelegte »mittlere Öltemperatur« wesentlich fälschen können.The setting, mode of operation and measurement evaluation of the cooling and protection device according to the invention result as follows: The zero point of all display and contact devices is related to a minimum oil level in the extension vessel 1 and an oil temperature of 0 ° C, with the operating load = 0 and accordingly the power reserve of the system = 100%. The effects of frost on the system can be disregarded in any case, because when the system is switched off, measurement or monitoring in the intended sense of protection is not required and when the system is in operation, the stored cold is advantageously effective for heat dissipation until finally the zero state = 100% power reserve is reached. In addition, as the system heats up, the automatic oil circulation becomes more effective: the mixture of the initially differently warm or cold oil becomes more intensive, so that further frost effects on the outer walls of the transformer tank and expansion vessel accelerate the oil cooling without any impermissible plus or minus -Temperature peaks can significantly falsify the »mean oil temperature« on which the measurement is based.

Gehen die Meßeinrichtungen trotz längerer Zeit abgeschalteter Anlage infolge warmer Umgebungsluft nicht mehr auf Null zurück, bzw. wird eine geringere Leistungsreserve als 100 0/a angezeigt, so geht dies meßtechnisch in Ordnung, denn die Leistungsreserve von 100()/o ist ja auf eine mittlere Temperatur von 0° C bezogen, also bei höherer Öltemperatur bereits vorbelastet. Der maximale Ölstand im Ausdehnungsgefäß 1 und damit auch im Meßrohr 5 ist entweder vom Hersteller der Anlage gekennzeichnet und bezieht sich auf die zulässige Grenztemperatur der Wicklungen (meist 105° C), oder kann nachträglich und unter Zugrundelegung des Kaltölvolumens berechnet werden. Schließlich ist eine empirische Festlegung dadurch möglich, daß die Anlage mit bekannter Nennlast über die ebenfalls bekannte Zeitkonstante (etwa 4 bis 5 Stunden) ohne Fremdkühlung bis zum Beharrungszustand (Gleichgewichtszustand) hochgefahren wird und der sich nicht mehr wesentlich ändernde höchste Ölstand markiert wird. Zwischen den so festgelegten Marken 0 und Maximum wird eine lineare Skala der Leistungsreserve 100 % bis 0% reziprok aufgezeichnet.Do the measuring devices work despite the system being switched off for a long time as a result of the warm ambient air, it no longer goes back to zero or becomes lower Power reserve is displayed as 100 0 / a, this is metrologically okay, because the power reserve of 100 () / o is based on an average temperature of 0 ° C, so already preloaded at a higher oil temperature. The maximum oil level in the expansion tank 1 and thus also in the measuring tube 5 is either marked by the manufacturer of the system and refers to the permissible limit temperature of the windings (usually 105 ° C), or can be calculated retrospectively based on the cold oil volume. Finally, an empirical determination is possible in that the system with known Nominal load over the also known time constant (approx. 4 to 5 hours) without external cooling until the steady state (equilibrium) is ramped up and the itself The highest oil level, which no longer changes significantly, is marked. Between the so established Marks 0 and maximum become a linear scale of the power reserve 100% to 0% reciprocal recorded.

Die Einstellung des Drosselorgans 2 erfolgt nun so, daß bei normalem Nennlastbetrieb gerade so viel Luft ohne wesentliche Pressung des Luftpolsters aus dem Ausdehnungsgefäß 1 entweichen kann, als Kühlöl vom Trafokessel her in .das Ausdehnungsgefäß 1 eintritt, so daß der Ölspiegel in dem ,gegen die freie Atmosphäre offenen Meßrohr 5 nicht wesentlich gegen den Ölspiegel 24 voreilen kann. Der Hub des Schwimtners 11, bzw. der Ausschlag des Druckmessers 14 entspricht dann in jeder Stellung dem jeweiligen Nennlast-Belastungszustand der Anlage, bzw. deren noch vorhandener Leistungsreserve. Es können demzufolge die Kontakteinrichtungen am Meßrohr 5 oder am Anzeigeinstrument 14 so eingestellt werden, daß beispielsweise Kontakt 9 bei 50% Leistungsreserve die Fremdkühlung (Lüfter u. dgl.) in Betrieb setzt, 1iontakt 8 bei etwa 10% Leistungsreserve eine Vorwarnung gibt und Kontakt 6 schließlich Alarm auslöst oder die Anlage abschaltet.The setting of the throttle member 2 is now so that with normal At nominal load operation, just as much air is expelled without significant compression of the air cushion the expansion tank 1 can escape as cooling oil from the transformer tank in. the expansion tank 1 occurs, so that the oil level in the measuring tube, which is open to the free atmosphere 5 can not lead significantly against the oil level 24. The stroke of the swimmer 11, or the deflection of the pressure gauge 14 then corresponds to that in every position the respective nominal load load condition of the system or its still available power reserve. Accordingly, the contact devices on the measuring tube 5 or on the display instrument 14 can be set so that, for example, contact 9 at 50% power reserve the external cooling (fan, etc.) starts up, 1iontakt 8 at around 10% power reserve gives an advance warning and contact 6 finally triggers an alarm or switches off the system.

Zur Kontrolle des Kaltölstandes im Ausdehnungsgefäß 1, auf welchen die Nullmarke bezogen ist, kann man, weil der Temperaturwert Null in der Praxi kaum erreicht wird, etwa in Höhe der Nullmarke einen Warnkontakt 12 vorsehen, b-zw. auch im Druckanzeiger 14 einstellen, der bei Ölmangel anspricht.To check the cold oil level in the expansion vessel 1, on which the zero mark is related, because the temperature value is hardly zero in practice is achieved, provide a warning contact 12 approximately at the level of the zero mark, b-zw. even set in the pressure indicator 14, which responds in the event of a lack of oil.

Die für jeden Transformator zutreffende Durchlaßweite am Drosselorgan 2 kann auch rechnerisch ermittelt werden, denn die erforderlichen Bezugswerte. wie Kupfer- und Eisenverluste, Ölausdehnung bei Nennlast und Beharrungszustand usw., sind durch den Hersteller bekannt. Die zu erstellende Rechenformel kann die fixen Werte als stets gleiche Konstante enthalten, so daß nur die sich von Fall zu Fall ändernden Werte in die Rechnung einzubeziehen. sind.The passage width at the throttle device applicable to each transformer 2 can also be determined arithmetically because the required reference values. how Copper and iron losses, oil expansion at nominal load and steady state, etc., are known by the manufacturer. The calculation formula to be created can be the fixed Values are always included as the same constant, so that only varies from case to case to include changing values in the calculation. are.

Wird beispielsweise die Anlage gewollt oder ungewollt auf doppelte Nennlast gefahren, was kurzzeitig dann ohne Gefahr für die Wicklungen ist, wenn man die noch vorhandene Leistungsreserve kennt, so wird infolge der durch Versuch oder Berechnung voreingestellten Drosselwirkung 2 eine Pressung des Luftpolsters im Ausdehnungsgefäß 1 durch die progressiv einsetzende Ölausdehnung verursacht. Dieser Preßdr uck wirkt auch auf den Ölspiegel 24, so daß die Ölsäule im Meßrohr 5 im Sinne des eingezeichneten Doppelpfeiles voreilt, bzw. der zusätzliche Druck der Ölsäule auf den Feindruckmesser 14 wirksam wird und demnach eine frühere Kontaktgabe für zusätzliche Fremdkühlung, Warnung und schließlich Abschaltung der Anlage erfolgt. In gleicher Weise spricht die Schutzeinrichtung auf alle Fehler in der Anlage an, .die eine plötzliche und anormale Wärmedehnung des Kühlöles verursachen.For example, if the system is wanted or unwanted to double Nominal load driven, which is then briefly without danger to the windings, if if one knows the remaining power reserve, then as a result of the experiment or calculation of the preset throttling effect 2 a compression of the air cushion caused in the expansion tank 1 by the progressive onset of oil expansion. This pressing pressure also acts on the oil level 24, so that the oil column in the measuring tube 5 leads in the sense of the drawn double arrow, or the additional pressure the oil column is effective on the fine pressure meter 14 and therefore an earlier contact for additional external cooling, warning and finally shutdown of the system. The protective device responds in the same way to all faults in the system, .which cause sudden and abnormal thermal expansion of the cooling oil.

Die Signalpfeife 4, bzw. die an dieser Stelle angeordnete pneumatische Schalteinrichtung kann so eingestellt werden, daß sie bei normalen Betriebsverhältnissen nicht anspricht, aber bei gefährlicher Zunahme der Wärmedehnung und damit der Luftpressung signalisiert.The signal whistle 4, or the pneumatic one arranged at this point Switching device can be set so that it works under normal operating conditions does not respond, but with a dangerous increase in thermal expansion and thus air pressure signals.

Zur Registrierung sonst kaum wahrnehmbarer oder beachteter Betriebsvorgänge und kleiner Fehler, kann ein vom Feindruckmesser 14 in bekannter Weise gesteuerter Schreiber angeordnet werden. Registriert man gleichzeitig die Betriebslast und Außentemperatur, so läßt ein Vergleich der einzelnen Kurven Rückschlüsse auf die Ursachen einer Fehlermeldung zu.For the registration of otherwise barely perceptible or observed operating processes and small error can be controlled by the precision pressure meter 14 in a known manner Scribes are arranged. If you register the operating load and outside temperature at the same time, a comparison of the individual curves allows conclusions to be drawn about the causes of an error message to.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Overload and fault protection device for liquid-cooled apparatus and machines with expansion vessels, in particular transformers with choke coils, in which the thermal expansion caused by the winding heat and local overheating or arcing is used as a reference value for the indirect measurement of the respective winding temperature or the remaining power reserve of the coolant is used, characterized in that the expansion vessel (1), which is preferably upright and away from the boiler (18), has any cross-sectional shape that is constant in height, with a throttle element (2), which can be used, for example, as an adjustable needle valve or as an exchangeable Nozzle or diaphragm can be designed, is equipped so that the air displaced by the coolant (24) that is forced in can escape into the open only in accordance with the opening cross-section of the throttle element (2), whereby the pressure of the air cushion is formed in addition in addition to the column pressure of the coolant (24) on the measuring tube (5) or the pressure gauge (14).

2. Protection device according to claim 1, characterized by the arrangement of a signal whistle (4) actuated by the air flow.

3. Protective device according to claims 1 and 2, characterized in that the display and signaling the respective operating state of the system at the same time optically, by means of the float (11) provided with luminous mark or by pressure gauge (14), magnetic, by means of the permanent magnet (10) arranged in the float (11) and the with Soft iron switch tongues (8) provided control contacts (6, 7, 9 and 12), and acoustically, by means of the signal whistle (4).

4. Cooling device for a protective device according to claim 1, characterized by the arrangement of one in the center of the expansion vessel (1) opening riser pipe (23), the upper end of which is preferably perforated Manifold (25) is equipped.

5. Cooling device according to claim 4, characterized by a perforated ring arranged in the coldest zone of the coolant Pipe (22) connected to a return pipe (20), the lower opening of which is provided with a flow-controlled flap (19).

6. Cooling device after one of claims 4 or 5, characterized in that the in the cooling process included expansion vessel (1) is equipped with cooling fins (26).

7. Cooling device according to one of claims 4 to 6, characterized by a circulation pump to be arranged in the return pipe (20) which can be put into operation by one of the contacts (9) or by the pressure gauge (14). B. Protection device according to one of claims 1 to 7, characterized by the arrangement of an overpressure safety device (16) of known design, which can be designed as a gas trap and detector at the same time. Considered publications: German Patent Nos. 853 924, 962 003, 751067, 661564, 566 204, 949 355, 749 630, 944 978; German interpretative document No. 1 020 160.