-
Vorrichtung zur Erhaltung der elektrischen Festigkeit und Regenerierung
des Öls in mit einem Ausdehnungsgefäß versehenen elektrischen Apparaten, z. B. Transformatoren
In einem mit Isolieröl gefüllten und mit einem an sich bekannten Ausdehnungsgefäß
versehenen elektrischen Apparat steht ein Teil des Öls mit der Luft unter Atmosphärendruck
in Berührung und erfährt hierdurch eine gewisse Zerstörung. Diese durch Oxydation
und Ansammlung von Feuchtigkeit bewirkte Zerstörung beeinflußt schnell die elektrische
Festigkeit der Isolierflüssigkeit. Dies kann insbesondere in den modernen Hochleistungs-
und Hochspannungsapparaten schwere Folgen haben, wenn nicht das verunreinigte Öl
durch Filterung, Erwärmung und Entgasung im Vakuum regeneriert wird, was jedoch
eine kostspielige Apparatur und in der Regel die Abschaltung des elektrischen Apparats
erfordert.
-
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, durch welche die Zerstörung
des Öls dadurch verzögert wird, daß entweder die mit dem Öl des Ausdehnungsgefäßes
in Berührung kommende und sich durch die Atmung des Apparats erneuernde Luft getrocknet
wird oder daß jede Verbindung zwischen dieser Luft und der Außenluft durch eine
verformbare Membran unterbrochen wird, welche den von den Temperaturschwankungen
des Öls herrührenden Volumveränderungen des Öls des Apparats folgen kann; diese
Vorrichtungen erzeugen jedoch keine dauernde Entgasung und Entwässerung des Öls
in dem arbeitenden Apparat.
-
Es sind ferner Vorrichtungen bekannt, welche bei einem Fehler die
Entleerung des Ausdehnungsgefäßes in das Hauptgefäß des Apparats verhindern.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche die Vorteile
der bekannten Vorrichtungen in sich vereinigt und außerdem die Möglichkeit der kontinuierlichen
Regenerierung des Öls bietet.
-
Es wäre einfach, ein Vakuum an der Oberfläche des Öls in dem Ausdehnungsgefäß
zu erzeugen und dieses luftdicht abzuschließen, was die Aufwärts-und Abwärtsbewegung
des Öls in dem Ausdehnungsgefäß entsprechend den Volumschwankungen des Öls des Apparats
ohne merkliche Änderung des an der Oberfläche des Öls herrschenden Absolutdrucks
ermöglichen würde, wenn diese Anordnung nicht die Herstellung eines großen Unterdrucks
in dem Gefäß des Apparats erfordern würde, welcher das Eintreten von Luft und Feuchtigkeit
durch die zahlreichen unvermeidlichen Dichtungen derartiger Gefäße begünstigen würde.
Ferner ist es bekanntlich für die Durchschlagsfestigkeit des Öls ungünstig, das
den aktiven Teil des elektrischen Apparats umspülende Öl einem großen Unterdruck
auszusetzen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Aufrechterhaltung eines
hohen Vakuums an der Oberfläche des Öls in dem Ausdehnungsgefäß und gleichzeitig
die sichere Aufrechterhaltung des Atmosphärendrucks oder eines etwas höheren Drucks
im Gefäß des elektrischen Apparats.
-
Bei dieser Ausbildung kann der Ölspiegel frei in dem Ausdehnungsgefäß
ansteigen. Das an seiner Oberfläche herrschende Vakuum gestattet im Betrieb die
Ausscheidung der letzten Spuren von Feuchtigkeit oder der im Öl gelösten Gase. Infolge
des gleichzeitig in dem Gefäß des elektrischen Apparats herrschenden Drucks ist
keine Bildung von die Durchschlagsfestigkeit des Öls herabsetzenden Bläschen zu
befürchten. Schließlich kann sich bei einem Bruch des Hauptgefäßes oder einer dieses
mit den normalen Zubehörteilen verbindenden Leitung das Öl des Ausdehnungsgefäßes
nicht nach außen verbreiten.
-
Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Erhaltung der elektrischen
Festigkeit und Regenerierung des Öls für elektrische Apparate, welche mit einem
Ausdehnungsgefäß versehen sind, welches mit der Außenluft durch eine gegebenenfalls
einen Trockner enthaltende Leitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine
auf die Schwankungen des Ölvolumens
im Apparat ansprechende Anordnung,
daß eine das Öl vom Ausdehnungsgefäß, in welchem der niedrige Durck herrscht, zum
Gefäß des Apparats, in welchem Atmosphärendruck oder ein etwas höherer Druck herrscht,
fördernde Pumpe und das öffnen eines den ölrückfluß in das Ausdehnungsgefäß gestattendes
Rückflußventils steuert.
-
Die auf die Schwankungen des Ölvolumens in dem Gefäß des elektrischen
Apparats ansprechende Anordnung ist vorzugsweise ein Kolben, welcher in einem unmittelbar
an das Gefäß angeschlossenen Zylinder verschieblich ist und einen Teil zur Steuerung
der Pumpe sowie einen Teil zur Steuerung des Rückflußventils aufweist.
-
Der obere Abschnitt des Ausdehnungsgefäßes kann mit der Außenluft
nur durch ein Ventil, welches den Austritt der Gase oder der über dem Ölniveau befindlichen
Luft gestattet, und über einen Lufttrockner in Verbindung treten, dessen durch die
Bewegungen des Kolbens gesteuerte Öffnung im normalen Betrieb geschlossen bleibt.
-
Beim Ansteigen des Ölspiegels in dem Ausdehnungsgefäß wird ein gewisses
Gasvolumen nach außen durch das hierfür vorgesehene Ventil ausgetrieben, und beim
Fallen des Ölspiegels bildet sich ein Vakuum über dem Öl des Ausdehnungsgefäßes.
Es kann zweckmäßig sein, dieses Vakuum mittels einer besonderen Vakuumpumpe zu vergrößern.
-
Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung bildet der Kolben den
Teil zur Steuerung und eine zylindrische Fläche dieses Kolbens unmittelbar den Verschlußteil
des Rückflußventils.
-
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise
erläutert, deren Fig. 1 und 3 zwei Ausführungsformen der Erfindung darstellen, wobei
Fig. 2 die Abänderung einer Einzelheit zeigt.
-
In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Erhaltung der elektrischen Festigkeit
und Regenerierung des Öls mit dem Gefäß eines elektrischen Apparats, z. B. eines
Transformators, mittels einer Anschlußleitung 6 verbunden und enthält ein Ausdehnungsgefäß
1, eine Pumpe 2, ein Rückflußventil 4 und eine auf die Schwankungen
des in dem geschlossenen Transformatorgefäß enthaltenen Ölvolumens ansprechende
Anordnung. Die auf die Schwankungen des Ölvolumens ansprechende Anordnung wird durch
einen Zylinder 3, in welchen die Leitung 6 mündet, und durch einen Kolben 13 gebildet.
-
Der Kolben 13 besitzt einen Teil, im vorliegenden Fall einen
mit einem Nocken 15' versehenen Fortsatz 15, zur Ein- und Ausschaltung der Pumpe
2 entsprechend den Schwankungen des Ölvolumens in dem geschlossenen Transformatorgefäß,
sowie einen anderen Teil, im vorliegenden Fall eine Schulter 20, zur Steuerung der
Öffnung des Ventils 4 mittels eines Stabes 9 bei einer Zunahme des Ölvolumens.
Die über den von dem Nocken 15' gesteuerten Schalter 5 betätigte Pumpe 2
fördert Öl aus dem Ausdehnungsgefäß in das Gefäß des elektrischen Apparats. Die
Leitung der Pumpe 2 liegt im Nebenschluß zu einer direkten Leitung 18. Diese
beiden Leitungen enthalten ein sich in Richtung auf das Transformatorgefäß öffnendes
Ventil 8 bzw. 7.
-
Wenn sich das Öl des Transformatorgefäßes ausdehnt, kommt es durch
die Rohrleitung 6 an und findet keinen Auslaß, da die Ventile 7 und 8 auf
ihren Sitz gedrückt werden. Das Öl tritt dann durch Öffnungen einer Stützplatte
für eine Feder 14 und drückt den Kolben 13 nach unten. Bei dieser
Bewegung wird die mit dem Ventil 4 fest verbundene Stange 9 mitgenommen,
so daß sich das Ventil öffnet und den Eintritt des Öls in das Ausdehnungsgefäß durch
die Leitung 10 ermöglicht. Dieses Öffnen des Ventils erfolgt entgegen dem
durch die Feder 14 ausgeübten Druck sowie entgegen der Mitnahmewirkung des
zu dem Ausdehnungsgefäß strömenden Öls. Bei dieser Stellung der Stange 9 und des
Kolbens 13 ist der Schalter 5 offen und die Pumpe 2 ist abgestellt.
-
Die Zunahme des Öls im Ausdehnungsgefäß erhöht den Luftdruck in diesem.
Da im Ausdehnungsgefäß ein gewisses Vakuum besteht, kann der Luftdruck mit der Zunahme
der vom Transformator in das Ausdehnungsgefäß kommenden Ölmenge entweder unter dem
Atmosphärendruck bleiben, wobei dann nichts erfolgt, oder größer als dieser werden.
In diesem Fall gleicht sich der Drucküberschuß durch einen Luftaustritt über ein
Rohr 11 und ein Ventil 25 aus, wenn keine Vakuumpumpe vorgesehen ist.
-
Wenn sich das Öl des Transformatorgefäßes zusammenzieht, hebt der
Ölabzug durch die Leitung 6 den Druck auf, welcher den Kolben 13 in seiner tiefsten
Lage hält, und die Feder 14 bringt den Kolben in die dargestellte Stellung zurück,
wodurch das Ventil 4 geschlossen wird. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens
13 schließt der untere Ansatz 15 mittels des Nockens 15' den Schalter 5, welcher
die Pumpe 2 in Betrieb setzt. Das Öl wird dem Ausdehnungsgefäß durch die Leitung
16 entnommen, strömt durch die Pumpe 2 und das Ventil 8 und tritt durch die
Leitung 6 in das Gefäß des elektrischen Apparats. Da die Förderleistung der Pumpe
2 größer als der größte mögliche Abzug durch das Gefäß des elektrischen Apparats
durch die Leitung 6 ist, nimmt der Kolben 13 wieder seine unterste Stellung
ein. Der Schalter 5 öffnet sich, und die Pumpe 2 bleibt stehen, bis infolge der
Abnahme des Ölvolumens im Apparat der Kolben 13 wieder aufwärts geht und sie von
neuem einschaltet.
-
Das Verhältnis zwischen der Förderleistung der Pumpe und dem größten
Ölabzug zu dem Transformatorgefäß, welcher bei kaltem Wetter und vollständiger Abschaltung
der Last auftritt, ist so berechnet, daß die Arbeitsspiele in einer genügend langsamen
Folge aufeinanderfolgen.
-
Der Ölabzug aus dem Ausdehnungsgefäß erzeugt in der über dem Ölspiegel
liegenden Luftkammer des Ausdehnungsgefäßes ein Vakuum, welches für die Entgasung
des durch die Leitung 10 zugeführten Öls günstig ist. Im normalen Betrieb besteht
selbst bei Fehlen einer besonderen Vakuumpumpe in dem Ausdehnungsgefäß theoretisch
stets ein Unterdruck, welcher von der Differenz zwischen dem größten Ölvolumen,
welches es enthalten hat, und dem in dem betreffenden Zeitpunkt vorhandenen Volumen
abhängt.
-
Wenn sich das Öl des Transformatorgefäßes zusammenzieht, aber die
Pumpe 2 außer Betrieb ist, z. B. infolge einer Störung der Stromzufuhr, des Motors
oder der Pumpe, bewirkt der Ölabzug durch die Leitung 6 die allmähliche Aufwärtsbewegung
des Kolbens 13. Dieser legt zu einem gegebenen Zeitpunkt die Öffnung 23 frei, wodurch
das Vakuum in dem Ausdehnungsgefäß aufgehoben wird, so daß die Außenluft in dieses
durch die Öffnung 23, den Trockner 12 und das Rohr 11 eintreten kann. Der Hub des
Kolbens
13 zwischen seiner normalen Stellung und der Stellung, in welcher er die Öffnung
23 freilegt, bestimmt ein Reservevolumen an Öl. welches die Aufhebung des
Vakuums in dem Ausdehnungsgefäß bei einer Störung der Ölpumpe verzögert. Da auf
beiden Seiten der Ventile 7 und 8 der gleiche Druck herrscht, können sich diese
öffnen und Öl von dem Ausdehnungsgefäß zu dem Transformatorgefäß strömen lassen.
Das Ausdehnungsgefäß arbeitet dann wie ein gewöhnliches mit einem Lufttrockner versehenes
Ausdehnungsgefäß. Die Ölströmung erfolgt zu dem Transformatorgefäß über die Leitung
16, das Ventil 7 und die Leitung 6 sowie auch über die Lecks der Pumpe 2 und das
Ventil 8. Diese Ölzufuhr führt den Kolben 13 in die in der Fig. 1 dargestellte
Stellung zurück, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem. Das Verhältnis zwischen
dem Ölabzug zu dem Transformatorgefäß und dem Volumen des Zylinders ist so berechnet,
daß die Öffnung 23 erst freigelegt wird, wenn die Störung der Stromzufuhr, des Motors
oder der Pumpe eine gewisse Zeit gedauert hat.
-
Es ist zu bemerken, daß der Lufttrockner mit der Außenluft nur bei
einer Störung der Ölpumpe in Verbindung gesetzt wird, so daß seine Trockeneigenschaften
aufrechterhalten bleiben.
-
Da in dem Ausdehnungsgefäß fast ständig ein Unterdruck besteht, und
da, falls dies nicht der Fall ist, der geringe Ölausfluß über 16-7-18-17-6
und 16-2-8-18 diesen Unterdruck erzeugt, fließt das Öl aus dem Ausdehnungsgefäß
bei der Öffnung des Transformatorgefäßes, beim Bruch einer Klemme usw. nicht aus,
da dann die Ventile 7 und 8 auf ihren Sitz gedrückt werden. Die durch die
Öffnung des Transformatorgefäßes einströmende Luft ersetzt das Öl in dem oberen
Teil 17 des Zylinders 3 und dem Teil 18 der zu dem Ausdehnungsgefäß gehenden
Leitung. Auf den Kolben 13 wirkt dann weder ein Druck noch ein Unterdruck,
sondern nur die Kraft, welche von dem Gewicht des in dem Zylinder 3 bis zu dem unteren
Niveau der Leitung 6 enthaltenen Öls herrührt. Er bleibt daher in der in der Fig.
1 dargestellten Stellung, da dieses Ölgewicht nicht ausreicht, um die Kraft der
Feder 14 zu überwinden. Das Ventil 4 bleibt daher geschlossen, und
das Öl des Ausdehnungsgefäßes kann nicht in das Transformatorgefäß fließen.
-
Bei Benutzung einer Vakuumpumpe kann der Druck in dem Ausdehnungsgefäß
stets unter einem bestimmten Wert gehalten werden, wodurch die Entgasung und die
Entwässerung in dem Ausdehnungsgefäß erheblich verbessert wird.
-
Eine derartige Vakuumpumpe 24 wird vorzugsweise durch die Stange
15 mittels eines Nockens 15"
gesteuert, welcher einen Schalter
21 schließt, wenn sich das Rückflußventil4 öffnet. Um zu vermeiden, daß die
Vakuumpumpe im Betrieb bleibt, wenn der Druck in dem Ausdehnungsgefäß genügend niedrig
ist, kann mit dem Schalter 21 ein durch einen Druckmesser gesteuerter Schalter
22 in Reihe geschaltet werden.
-
Um den Einfluß einer mangelhaften Dichtigkeit des Kolbens
13 zu vermeiden, kann ein Kolben benutzt werden, welcher durch eine verformbare
elastische Membran 19 bekannter Art gebildet wird, wie in Fig. 2 dargestellt
ist.
-
Der Verschluß der Öffnung 23 des Trockners 12
kann dann durch
die Anlage der verformbaren Membran an der Öffnung 23 erzielt werden. Da diese Anordnung
ebenfalls ein Ventil bildet, kann das Ventil 25 fortfallen. Die aus dem Ausdehnungsgefäß
durch die Ausdehnung des Öls ausgetriebene Luft muß dann zunächst durch den Trockner
strömen, bevor sie nach außen gelangt, was keinen großen Nachteil darstellt.
-
Bei dem Beispiel der Fig. 3 ist die Vorrichtung zur Erhaltung der
elektrischen Festigkeit und Regenerierung des Öls mit dem Gefäß eines Transformators
mittels der Verbindungsleitung 6 verbunden und enthält ein Ausdehnungsgefäß 1, eine
Pumpe 2, eine auf die Schwankungen des in dem geschlossenen Transformatorgefäß enthaltenen
Ölvolumens ansprechende Anordnung und ein Druckventil, welches durch eine Öffnung
30 der Leitung 10 und einen Verschlußkolben 31 gebildet wird.
-
Die auf die Schwankungen des Ölvolumens ansprechende Anordnung besteht
aus einem Zylinder 3, in welchen die Leitung 6 mündet, und aus dem bereits erwähnten
Kolben 31.
-
Der Kolben 31 besitzt einen Teil, im vorliegenden Fall einen mit einem
Nocken 15' versehenen Ansatz 15, zur Steuerung der Ein- und Ausschaltung
der Pumpe 2 entsprechend den durch die Stellung des Kolbens 31 gemessenen Schwankungen
des Ölvolumens in dem geschlossenen Transformatorgefäß.
-
Der Teil zur Steuerung des Rückflußventils wird durch den Kolben 31
selbst gebildet, da die zylindrische Fläche desselben ein Verschlußglied für die
Öffnung 30 bildet. Die durch den Schalter 5 gesteuerte Pumpe 2 sowie die Teile 7,
8 und 16 üben hier die gleichen wie bei der Fig.l beschriebenen Funktionen aus.
-
Wenn sich das Öl des Transformatorgefäßes ausdehnt, strömt
es durch die Rohrleitung 6 und drückt den Kolben 31 nach oben, bis er die
Öffnung 30 freilegt, was die Strömung des Öls durch die Leitung
10
entgegen dem von dem Gewicht des Kolbens 31 und seines Ansatzes
15 ausgeübten Druck ermöglicht.
-
In der oberen Stellung des Kolbens 31 ist der Schalter 5 offen,
und die Pumpe 2 ist abgestellt.
-
Wenn sich das Öl des Transformatorgefäßes zusammenzieht, geht der
Kolben 31 infolge seines Gewichts und des seines Ansatzes 15 abwärts
und verschließt die Öffnung 30. Der Nocken 15' schließt den Schalter 5 und setzt
die Pumpe 2 in Betrieb. Da die Förderleistung der Pumpe 2 größer als der
größtmögliche Abzug durch das Transformatorgefäß ist, nimmt der Kolben 31 wieder
seine obere Stellung ein und unterbricht die Speisung der Pumpe, bis der Kolben
31 infolge der Ölabnahme wieder abwärts geht und die Pumpe einschaltet.
-
Bei einem Ausfall der die Pumpe 2 und die Vakuumpumpe 24 speisenden
Hilfsspannung schaltet der Kolben 31 die Pumpe 2 nicht mehr ein. Infolgedessen
geht er so weit abwärts, bis die Öffnung 30
mit dem Raum 32 in Verbindung
kommt, welcher mit der Außenluft über einen Trockner 36 verbunden ist. Kurz
vor der Herstellung der Verbindung zwischen dem Ausdehnungsgefäß 1 und der
Außenluft wird der Kontakt 21 unterbrochen, so daß das Arbeiten der Vakuumpumpe
24 bei einer Rückkehr der Spannung in diesem Augenblick verhindert wird.
-
Die Zeit, welche der Kolben 31 braucht, um bis in seine unterste Stellung
zu gehen, reicht aus, um den Atmosphärendruck vollständig in dem Ausdehnungsgefäß
herzustellen, so daß dieses dann wie ein gewöhnliches mit einem Trockner versehenes
Ausdehnungsgefäß arbeitet.
Der in dem Transformator herrschende
Druck ist offenbar stets gleich dem über dem Kolben herrschenden Atmosphärendruck
zuzüglich des Gewichts des Kolbens und der in der Rohrleitung 6 und in dem Raum
17 in dem Zylinder 3 enthaltenen Ölsäule.
-
Zur Verhinderung des Eintritts von Außenluft in den leeren Raum des
Ausdehnungsgefäßes durch Undichtigkeiten des Kolbens steht eine oben an dem Kolben
31 angebrachte Nut 34 durch eine dünne Leitung 33 mit dem unter dem Kolben
befindlichen Öl in Verbindung. Diese Nut 34 befindet sich daher stets unter
01, und bei einer fehlerhaften Dichtigkeit des Kolbens ist es dieses 01,
welches von dem Ausdehnungsgefäß angesaugt wird, und nicht die Außenluft.
-
Das in dieser Nut 34 befindliche Öl steht mit der Außenluft
in dem schmalen zwischen dem Kolben und dem Zylinder liegenden Raum in Berührung.
Diese Berührungsfläche ist so klein, daß sie nicht das 01 merklich verunreinigen
kann. Trotzdem kann gemäß einer Abwandlung der Raum 32 über dem Kolben mit einem
Behälter 38 in Verbindung gesetzt werden, welcher unten mit einem zweiten
Behälter 39
in Verbindung steht, dessen oberer Teil durch eine Leitung
35 und einen Trockner 12 mit der Außenluft in Verbindung steht.
-
Ein gewisses in den Behältern 38 und 39 enthaltenes
Ölvolumen trennt die über dem Kolben 31 befindliche Luft vollständig von
der Außenluft.
-
Gemäß einer Abwandlung kann diese Luft durch ein indifferentes Gas
ersetzt werden.
-
Die Abmessungen der Behälter 38 und 39 sowie die in
ihnen enthaltene Ölmenge sind so bemessen, daß, wenn der Atmosphärendruck in dem
Ausdehnungsgefäß hergestellt wird, die durch 12 getrocknete Außenluft aus
dem Behälter 39 in den Behälter 38
durch das 01 perlt, ohne Öl in die
Leitung 37 mitzureißen.
-
Schließlich sind das Gewicht des Kolbens 31 und das Spiel zwischen
dem Zylinder und dem Kolben so bestimmt, daß sich der von dem Öl zwischen dem Kolben
und dem Zylinder erreichte Ölspiegel oberhalb der Nut 34 einstellt, ohne
jedoch über den oberen Teil des Kolbens hinauszugehen.