DE1147653B - Druckabhaengiges Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzvorrichtungen zur Anzeige eines besonders starken Druckanstieges in einem Flüssigkeitsbehälter und im einzelnen auf ein druckabhängiges Relais zur Anzeige unzulässiger Druckverhältnisse in elektrischen Geräten, die sich innerhalb eines abgeschlossenen Gefäßes in einer Flüssigkeit befinden. Die Erfindung wird zwar im folgenden an Hand eines druckabhängigen Relais in der Anwendung auf elektrische Geräte, wie Transformatoren, beschrieben, jedoch kann die Erfindung auch bei anderen Arten von geschlossenen Geräten, welche eine Flüssigkeit enthalten, die einem starken Druckanstieg ausgesetzt ist, verwendet werden.

Bestimmte elektrische Transformatoren enthalten Spulen und einen Kern innerhalb einer Isolierflüssigkeit in einem abgedichteten Gehäuse. Bei diesen Arten von Transformatoren wird häufig ein Gasraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgesehen, um Volumenschwankungen der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur zu berücksichtigen. Die Flüssigkeitstemperatur kann sowohl infolge von Belastungsschwankungen des Transformators als auch infolge von Schwankungen der Umgebungstemperatur Änderungen erfahren und ruft Änderungen des Gasdruckes und des Flüssigkeitsdruckes innerhalb des Gehäuses hervor. Ein elektrischer Fehler in dem Transformator, beispielsweise ein Durchschlag der Isolation oder die Bildung eines Lichtbogens, führt jedoch zur Erzeugung von zusätzlichem Gas innerhalb des Gehäuses und daher zu einem starken Anstieg des Druckes im Gehäuse.

Man hat bisher bei einem derartigen außergewöhnlichen Druckanstieg im Gehäuse nach verschiedenen Prinzipien gearbeitet, beispielsweise den Transformator vor der Entstehung größerer Schäden abgeschaltet. Eine zu diesem Zweck dienende Einrichtung sprach nur auf den absoluten Druck innerhalb des Gehäuses an. Bei dieser Art von Schutzvorrichtung ist jedoch zu berücksichtigen, daß der Druck innerhalb des Gehäuses eines Transformators auch im normalen Betrieb infolge der Ausdehnung der Füllflüssigkeit des Transformators ansteigt. Mit Rücksicht auf diesen normalen Betriebsvorgang war es nötig, den Ansprechdruck der Schutzvorrichtung so einzustellen, daß die Schutzvorrichtung nur ansprach, wenn der maximale Druck im Gehäuse den normal auftretenden Druck erheblich überstieg. Dabei konnte es jedoch vorkommen, daß ein Fehler in dem zu schützenden Gerät bereits bei einem niedrigeren als dem eben genannten Maximaldruck auftrat, so daß eine erhebliche Verzögerung im Ansprechen der Schutzvorrichtung hervorgerufen wurde.

Druckabhängiges Relais

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. März 1959 (Nr. 802 143)

Salvatore Minneci, Pittsfield, Mass.,
und Kurt William Eissmann, Dalton, Mass.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind andere Arten von Schutzvorrichtungen vorgeschlagen worden, welche auf die Geschwindigkeit des Druckanstieges innerhalb des zu schützenden Gehäuses ansprechen.

Bei einer derartigen Vorrichtung war ein zusammendrückbarer Balg zur Betätigung der Tontakte einer Schutzschaltung vorhanden. Der Balg besaß eine kleine Öffnung am einen Ende und war innerhalb des Gehäuses so montiert, daß er den Transformator oberhalb des Flüssigkeitsspiegels umhüllte. Unter normalen Betriebsbedingungen fand dabei ein laufender Druckausgleich zwischen der Innenseite des Balgs und seiner Außenseite statt. Solange der Druck außerhalb des Balgs derselbe ist wie innerhalb des Balgs, kommt auch keine Bewegung des Balgs zustande. Bei einem plötzlichen Druckanstieg dagegen wurde der Balg zusammengepreßt, so daß seine Kontakte sich berührten. Das Ansprechen dieses druckabhängigen Schalters hing also von der Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Gehäuse ab.

Um eine ausreichende Empfindlichkeit zu erzielen, muß bei Schutzvorrichtungen dieser Art die Öffnung im Balg sehr klein sein, so daß es schwierig wird, reproduzierbare Werte zu erhalten und eine genaue Eichung der Schutzvorrichtung zu erreichen.

Es ist schließlich eine auf einen schnellen Druckanstieg oder auf eine einen gewissen Druckwert über-

309 577/29+

ι 147

steigende, langsame Druckänderung ansprechende elektrische Schalt- und Schutzeinrichtung für flüssigkeitsgefüllte Behälter bekannt, bei der der als Druckglied dienende Balgkörper auf einen schwenkbar aufgehängten Schalter einwirkt, der zur Erhöhung der Trägheit beim Schwenken mit einer solchen Zusatzmasse ausgerüstet ist, daß bei plötzlichem Druckanstieg der Schalter, ohne nennenswert aus seiner Lage geschwenkt zu werden, geschlossen wird, während In der zylinderförmigen Öffnung 25 ist ein Kolben 30 angebracht, der sich in dieser öffnung in senkrechter Richtung bewegen kann. Damit dieser Kolben 30 nicht durch die Öffnung 25 hindurchfällt, kann er mit einem Bund 31 vom größeren Durchmesser als dem Durchmesser der zylinderförmigen Öffnung versehen werden, so daß dieser Bund auf der Oberseite der Bodenwand 14 ruht. Der Kolben 30 ist mit einem nach oben verlaufenden Ansatz 32 versehen, oberhalb

bei einem allmählichen Druckanstieg der Schalter zu- io dessen ein Schalter 33 angeordnet ist. Bei Bewegung

nächst geschwenkt und erst beim Erreichen einer gewissen Druckhöhe gegen einen Anschlag stößt und dann geschlossen wird. Eine solche Anordnung ist verhältnismäßig empfindlich gegen Beschleunigungen und Lageänderungen und kann daher nur in Grenzen in ortsbeweglichen Anlagen verwendet werden. Außerdem läßt sich die bekannte Einrichtung nicht so gedrängt aufbauen, wie es unter Umständen wünschenswert ist.

des Kolbens 30 kann dieser Schalter 33 von dem Ansatz 32 betätigt werden.

Der Schalter 33 ist vorzugsweise federnd oberhalb des Kolbens 30 angebracht, so daß er bei einer schnellen Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 nicht beschädigt wird. Um eine derartige Lagerung des Schalters 33 zu erreichen, kann ein Ansatzkörper 35 des Schalters vorgesehen werden und ferner eine Befestigungsplatte 36 mit Schrauben 37 an der Boden-

Die Nachteile der bekannten Anordnungen sollen 20 wand des oberen Gehäuses 12 befestigt sein. Die Platte durch ein druckabhängiges Relais, das auf die Ge- 36 ist über ein U-förmiges Verbindungsglied 39 mit schwindigkeit

dem Ansatz 35 verbunden. Der Schalter 33 mit seinem Ansatz 35 kann sich gegen die Kraft einer Feder 41 auf einem im U-förmigen Verbindungsglied' 39 angebrachten Stift 40 bewegen. Diese senkrechte Schalterbewegung wird dabei durch einen im senkrechten Schenkel des U-förmigen Verbindungsgliedes befindlichen Schlitz begrenzt. In der Platte 36 und in dem unteren horizontalen Schenkel des U-förmigen Ver-

35

40 Öffnungen kann auch Flüssigkeit ungehindert in die Kammer 15 eintreten. Die Platte 36 ist auf einem ringförmigen Rand 47 der Bodenwand des oberen Gehäuses 12 befestigt, um die Öffnungen 28 in dieser Bodenwand nicht zu verschließen.

Der Schalter 33 wird über Leitungen 51 an Klemmen 50 in der Seitenwand des oberen Gehäuses 12 angeschlossen.

Ein Metallbalg 60 ist in der unteren Kammer 11 vorgesehen. Dieser Balg ist unten geschlossen und mit seinem oberen Ende an der Unterseite der Bodenwand 14 befestigt, so daß der Raum unterhalb des Kolbens 30 und unterhalb der öffnungen 28 von dem

eines Druckanstieges anspricht, vermieden werden. Sein Balg, der mit einer Kontaktvorrichtung zusammenarbeitet, besitzt in der Wand eine feine Öffnung.

Die Erfindung besteht darm, daß der Balg mit
einer Flüssigkeit gefüllt ist und daß bei einer schnellen Änderung des zu überwachenden außerhalb des
Balgs herrschenden Druckes die im Balg befindliche
Flüssigkeit einen Kolben verschiebt, der die Kontakt- 30 bindungsgliedes sind Öffnungen 45 und 46 für den vorrichtung betätigt. Ansatz 32 des Kolbens 30 angebracht. Durch diese

Die Zeichnung veranschaulicht einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung.

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung zur
Anzeige fehlerhafter Drücke enthält ein unteres
Gehäuse 10, welches eine etwa zylindrische untere
Kammer 11 umschließt. Auf diesem unteren Gehäuse
10 ist ein oberes Gehäuse 12 angebracht. Das Gehäuse 12 kann auf dem Gehäuse 10 in beliebiger
Weise, beispielsweise mit Schraubenbolzen, befestigt
werden, und die Trennfuge zwischen dem oberen und
unteren Gehäuse ist zur Vermeidung eines Austritts
von Flüssigkeit aus dem unteren Gehäuse durch
einen Ring 13 abgedichtet. Das obere Gehäuse 12 hat
eine im ganzen mit 14 bezeichnete Bodenwand, welche 45 Balg überdeckt wird. Zur Befestigung des Balgs kann somit die untere Kammer 11 vom Innenraum 15 des man dessen oberen Rand an einen nach innen veroberen Gehäuses 12 trennt. Das obere Gehäuse 12 laufenden Flansch 61 eines ringförmigen Hilfskörpers kann zur bequemeren Zugänglichkeit oben offen sein 62 anschweißen und diesen Hilfskörper mit einem und durch einen Deckel 16 verschlossen werden. nach außen verlaufenden Flansch 63 an die Boden-Dieser Deckel 16 kann beispielsweise mit Schrauben 50 wand 14 anschrauben.

am oberen Gehäuse 12 befestigt und noch mittels Der Balg 60 und der untere Teil der Kammer 15

werden, wie im folgenden nooh näher beschrieben werden wird, mit einer Flüssigkeit gefüllt.

Von der Unterseite des Balgs 60 verläuft ein Schraubenbolzen 65 nach abwärts. Dieser durchsetzt eine Federhalteplatte 66 und unterhalb dieser Platte ist eine Mutter 67 auf den Bolzen 65 aufgeschraubt, um die Bewegung der Platte 66 nach abwärts gegenüber dem Balg zu begrenzen. Zwischen dem Hilfskörper 62 und der Platte 66 befindet sich eine Schraubenfeder 68. Diese Schraubenfeder verläuft konzentrisch zu dem Balg 60.

Das ganze in der Zeichnung dargestellte druckabhängige Relais ist an der Wand 21 unterhalb des

gestellt, kann man den Durchmesser dieser Öffnungen 65 Spiegels der im Gehäuse befindlichen Flüssigkeit so dann genauer bemessen, wenn man diese Öffnungen angebracht, daß die Flüssigkeit die untere Kammer 11 in Bolzen 27 anbringt, welche in Öffnungen 28 in der vollkommen ausfüllt. Um das in dieser unteren Kam-Bodenwand 14 eingeschraubt sind. mer 11 enthaltene Gas zu entfernen, wenn das druck-

eines Dichtungsringes 17 abgedichtet werden.

Das untere Gehäuse 10 ist mit einem horizontalen Ansatzrohr 20 versehen, das mit Schrauben oder anderweitig an einer Wand des betreffenden Gehäuses, beispielsweise eines Trankformatorgehäuses, befestigt werden kann. Über den Ansatz 20 kommuniziert die im Transformatorgehäuse enthaltene Flüssigkeit mit der in der unteren Kammer 10 enthaltenen Flüssigkeit.

Die Bodenwand 14 des oberen Gehäuses 12 besitzt in ihrer Mitte eine zylinderförmige Öffnung 25. Außerdem wird diese Bodenwand von einer oder mehreren Öffnungen 26 durchsetzt. Wie in der Zeichnung dar-

abhängige Relais erstmalig an die Wand 21 angesetzt wird, ist ein Hahn 70 vorgesehen.

Wenn die Wand 21 einen Teil eines Transformatorgehäuses bildet und sich dieser Transformator in der im Gehäuse befindlichen Flüssigkeit befindet, führen die normalen Belastungsschwankungen des Transformators und die Temperaturschwankungen in der Umgebung des Transformators auch zu Temperaturänderungen der Füllflüssigkeit dieses Transformators. Da das Gehäuse abgedichtet ist, ergeben sich aus diesen Temperaturschwankungen Druckschwankungen innerhalb des Gehäuses. Diese werden auch auf die Flüssigkeit in der unteren Kammer 11 übertragen. Wenn der Druck im Transformatorgehäuse mit einer normalen Geschwindigkeit zunimmt, ergibt sich in der unteren Kammer 11 ein äußerer Druck auf den Balg 60, der das untere Ende des Balgs anzuheben bestrebt ist. Hierdurch wird die im Balg befindliche Flüssigkeit durch die Öffnungen 26 in die obere Kammer 15 befördert. Diese Öffnungen 26 sind groß genug, um die im Balg befindliche Flüssigkeit so schnell in die obere Kammer 15 eintreten zu lassen, daß bei einer normalen Geschwindigkeit des Druckanstieges im Transformator der Druck im Balg 60 nicht schnell genug ansteigt, um eine vertikale Bewegung des Kolbens 30 herbeizuführen.

Wenn jedoch im Transformator ein Fehler auftritt, d. h. wenn beispielsweise die Isolation durchschlägt und sich infolgedessen ein Lichtbogen bildet, steigt der Druck im Transformatorgehäuse sehr schnell an, da sich unter dem Einfluß des Lichtbogens die Flüssigkeit im Transformator zersetzt und Gas gebildet wird. Dieser schnelle Druckanstieg teilt sich der unteren Kammer 11 mit und führt zu einem schnellen Anstieg der auf den Balg 60 wirkenden Kraft. Da die öffnungen 26 unter diesen Verhältnissen nicht mehr genügend Füllflüssigkeit hindurchtreten lassen, bewegt sich der Kolben 30 nunmehr nach oben. Dabei wird der Schalter 33 betätigt, und über einen an die Klemmen 50 angeschlossenen Schutzapparat kann der Ausschalter für den Transformator betätigt werden. Die Empfindlichkeit des druckabhängigen Relais kann durch Änderung der Länge der Schraubenfeder 68 mittels der Mutter 67 eingestellt werden. Dadurch wird die Kraft der Feder 68 geändert, welche der Zusammendrückung des Balgs 60 entgegenwirkt. Somit kann sehr empfindlich auf verschiedene Druckanstiegsgeschwindigkeiten eingestellt werden, unabhängig davon, wie hoch der Flüssigkeitsspiegel in dem Transformatorgehäuse steht.

Da in dem Balg 60 und in der oberen Kammer 15 eine Flüssigkeit an Stelle eines Gases verwendet wird, kommt es auf die Abmessungen der Öffnungen 26 nicht entscheidend an. Vorzugsweise soll Silikonöl, dessen Fähigkeit sich mit der Temperatur wenig ändert, verwendet werden, um die Schutzeinrichtung temperaturempfindlich zu machen. Die Flüssigkeit in der unteren Kammer 11 ist vorzugsweise dieselbe wie in dem zu schützenden Gerät, d. h., im Falle eines Transformators wird die untere Kammer 11 mit Öl gefüllt.

Durch Verwendung eines Kolbens in Kombination mit einem Balg, mit Umgehungsöffnungen für den Kolben und durch Verwendung einer Flüssigkeit innerhalb des Balgs ist somit durch die Erfindung eine Schutzeinrichtung geschaffen, welche auf die Geschwindigkeit des Druckanstieges in einem Flüssigkeitsbehälter sehr empfindlich anspricht. Da die Querschnittsfläche des Zylinders 25 viel kleiner ist als die Außenfläche des Balgs, wird auch eine vorteilhafte mechanische Übersetzung erzielt, da kleine Bewegungen des Balgs, die mit großer Geschwindigkeit vor sich gehen, eine Bewegung des Kolbens und somit eine Betätigung des Schalters 33 zur Folge haben. Als Beispiel sei erwähnt, daß bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung eine Geschwindigkeit des Druckanstieges von 0,038 at je Sekunde zu einer Betätigung des Schalters 33 führen kann.

Wenn die Erfindung auch speziell am Beispiel der Geschwindigkeit des Druckanstieges in einer Flüssigkeit erläutert wurde, so kann man sie auch zum Schutz von mit Gas gefüllten Apparaten benutzen. Im letzteren Falle ist die untere Kammer mit dem Gas des zu schützenden Apparates gefüllt. Man kann also eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung nicht nur unterhalb, sondern auch oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in einem Transformator verwenden. Vorzugsweise soll die Erfidnung jedoch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels benutzt werden, da man dort eine größere Empfindlichkeit erwarten kann, weil im Falle von Druckwellen sich diese in der Flüssigkeit ausbreiten und nicht durch die Pufferwirkung des über dem Flüssigkeitsspiegel befindlichen Gases abgeschwächt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Druckabhängiges Relais, das auf die Geschwindigkeit eines Druckanstieges anspricht, mit einem Balg, der in seiner Wand eine feine Öffnung besitzt und mit einer Kontaktvorrichtung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und daß bei einer schnellen Änderung des zu überwachenden, außerhalb des Balgs herrschenden Druckes die im Balg befindliche Flüssigkeit einen Kolben verschiebt, der die Kontaktvorrichtung betätigt.

2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Balgs größer ist als die im Balginneren liegende Fläche des Kolbens.

3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg mit seinen beiden Enden an zwei durch eine einstellbare Feder miteinander verbundenen Teilen befestigt ist.

4. Relais nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähigkeit der Füllflüssigkeit des Balgs in Abhängigkeit von der Temperatur annähernd konstant ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 052 506.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 309 577/294 4.63