DE19503802C1

DE19503802C1 - Device for measurement of hydrogen in transformer oil

Info

Publication number: DE19503802C1
Application number: DE1995103802
Authority: DE
Inventors: Maximilian Dr Fleischer; Reinhard Dipl Ing Freitag; Hans Prof Dr Meixner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2015-02-07

Abstract

A chamber (K1) is provided for transformer oil, along with a measuring chamber (K2) contg. a H2 sensor. The two chambers are separated by a membrane (M) consisting of a first layer of polysulphone or polyethersulphone and a second layer of cellulose acetate-butyrate on a supporting woven fabric.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts in Trafoöl.The invention relates to a device for determining the Hydrogen content in transformer oil.

Bei Transformatoren, die Öl als Kühlmittel enthalten, kann bei nicht ordnungsgemäßen Betrieb, wie beispielsweise Über last oder bei einem Defekt, in der Isolation des Transforma tors Wasserstoff entstehen, der sich im Trafoöl löst. Wird der Trafo weiterbetrieben, kann dies zu einem mit hohen Ko sten verbundenen Totalausfall führen.Transformers that contain oil as a coolant can in the event of improper operation, such as over last or in the event of a defect, in the insulation of the Transforma Hydrogen is generated which dissolves in the transformer oil. Becomes the transformer continues to operate, this can lead to a high Ko most connected total failure.

Bisher wurde in regelmäßigen Abständen dem Trafo Trafoöl ent nommen und einer chemischen Analyse unterzogen. Diese Methode ist aufwendig und teuer.So far, transformer oil has been added to the transformer at regular intervals taken and subjected to a chemical analysis. This method is complex and expensive.

Die Verwendung von Brennstoffzellen zur Überwachung der Was serstoffkonzentration hat den Nachteil, daß diese nicht über einen längeren Zeitraum wartungsfrei betrieben werden können.The use of fuel cells to monitor what has the disadvantage that it does not have can be operated maintenance-free for a longer period of time.

Aus dem Stand der Technik US 38 66 460 ist eine Vorrichtung zur Wasserstoffdetektion bekannt, die in einem ersten Schritt mittels einer ersten Membran Gase aus der Flüssigkeit fil tert. In einem zweiten Schritt wird durch eine zweite Membran der in den Gasen vorhandene Wasserstoff herausgefiltert. Eine thermische Leitfähigkeitsvorrichtung mißt den Wasserstoff druck.A device is known from the prior art US 38 66 460 known for hydrogen detection in a first step by means of a first membrane gases from the liquid fil tert. The second step is through a second membrane the hydrogen present in the gases is filtered out. A thermal conductivity device measures the hydrogen print.

In den Druckschriften IEEE Trans. Electr. Insul., Vol. EI-18, Nr.4, 1983, S. 409-419, Vol. EI-16, Nr. 6, 1981, S. 502- 509 und Vol. EI-12, Nr. 5, 1977, S. 334- 340 sind Vorrich tungen zur Detektion von Wasserstoff in Trafoöl beschrieben.In the publications IEEE Trans. Electr. Insul., Vol. EI-18, No. 4, 1983, pp. 409-419, Vol. EI-16, No. 6, 1981, p. 502- 509 and Vol. EI-12, No. 5, 1977, pp. 334-340 are Vorrich described for the detection of hydrogen in transformer oil.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine kontinuierliche Überwachung möglich ist. Die Vorrichtung soll wartungsfrei arbeiten. Weiterhin soll die Messung möglichst exakt erfolgen.The object of the invention is to provide a device with which continuous monitoring is possible. The The device should work maintenance-free. Furthermore, the Measure as accurately as possible.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentan spruch 1 gelöst.The object is achieved by a device according to the patent spell 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Advantageous further developments result from the Unteran sayings.

So ist es von besonderem Vorteil, einen Metalloxidsensor ge mäß Anspruch 2 als Wasserstoffsensor zu verwenden, da dieser eine kurze Ansprechzeit und eine hohe Genauigkeit aufweist. So it is particularly advantageous to use a metal oxide sensor according to claim 2 to use as a hydrogen sensor, since this has a short response time and high accuracy.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß an der Membran keine unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Dadurch bleibt der zeitliche Verlauf des Meßsi gnals unbeeinflußt.The device according to claim 3 has the advantage that at the Membrane no different flow rates to rule. As a result, the time course of the Meßsi remains unaffected.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.The invention is illustrated by a figure.

Diese zeigt den prinzipiellen Aufbau der Meßvorrichtung.This shows the basic structure of the measuring device.

Die in der Figur gezeigte Meßvorrichtung weist eine Kammer K1 auf, in der sich Trafoöl TÖ befindet. Die Kammer K1 hat einen Ölzufluß und einen Ölabfluß. Benachbart zur Kammer K1 ist eine Meßkammer K2 angeordnet, in der ein Wasserstoffsensor S vorgesehen ist. Die Meßkammer K2 kann mit Luft L oder einem inerten Trägergas, z. B. N₂, Ar oder CO₂ gefüllt sein. Falls die Meßkammer K2 mit Luft L gefüllt ist, ist ein Druckaus gleichselement D, beispielsweise eine Kapillare oder eine kleine Öffnung, vorzusehen. Die Kammer K1 ist von der Meß kammer K2 durch eine Membran M getrennt. Die Membran M wird auf der der Meßkammer K2 zugewandten Seite von einem Gitter oder einem porösen Sintermetall gestützt, da die Membran M sonst dem Trafoöldruck, der in der Kammer K1 herrscht, nicht standhalten könnte. Eine Schicht aus Sintermetall auf der der Kammer K1 zugewandten Seite der Membran M verhindert, daß unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten an der Membran M die Diffusionsgeschwindigkeit und damit den zeitlichen Ver lauf des Meßsignals beeinflussen. Die Meßkammer K2 ist vor zugsweise aus Metall, zum Beispiel rostfreier Stahl oder aus Glas auszuführen. Kunststoffe sind ungeeignet, da in den Kunststoffen vorhandene Lösungsmittelrückstände ausdampfen und zu einer Verfälschung der Messung führen können.The measuring device shown in the figure has a chamber K1 in which transformer oil TÖ is located. Chamber K1 has one Oil inflow and an oil drain. Is adjacent to chamber K1 a measuring chamber K2 arranged in which a hydrogen sensor S is provided. The measuring chamber K2 can with air L or a inert carrier gas, e.g. B. N₂, Ar or CO₂ filled. If the measuring chamber K2 is filled with air L, is a Druckaus same element D, for example a capillary or small opening to provide. The chamber K1 is from the measuring chamber K2 separated by a membrane M. The membrane M is on the side facing the measuring chamber K2 by a grid or a porous sintered metal because the membrane M otherwise the transformer oil pressure prevailing in chamber K1 is not could withstand. A layer of sintered metal on the Chamber K1 facing side of the membrane M prevents different flow velocities on the membrane M the diffusion speed and thus the temporal Ver influence the course of the measurement signal. The measuring chamber K2 is in front preferably made of metal, for example stainless steel or Run glass. Plastics are unsuitable because in the Evaporate existing solvent residues from plastics and can lead to a falsification of the measurement.

Die Membran M ist aus zwei Schichten aufgebaut. Die erste Schicht besteht aus Polysulfon oder Polyethersulfon mit einer Schichtdicke von ca. 5 bis 200 µm. Diese erste Schicht stellt eine wasserstoffdurchlässige, ölbeständige und ölabweisende Schicht dar. Die zweite Schicht der Membran M besteht aus Celluloseacetat-Butyrat, das auf einem Trägergewebe aufge bracht ist. Diese Schicht ist wasserstoffdurchlässig. Hinge gen ist sie für Kohlenwasserstoffe undurchlässig. Die Membran M weist eine Alterungsbeständigkeit größer als 5 Jahre auf.The membrane M is made up of two layers. The first Layer consists of polysulfone or polyether sulfone with a Layer thickness from approx. 5 to 200 µm. This first layer poses a hydrogen-permeable, oil-resistant and oil-repellent Layer represents. The second layer of the membrane M consists of Cellulose acetate butyrate, which is suspended on a carrier fabric is brought. This layer is permeable to hydrogen. Hinge It is impermeable to hydrocarbons. The membrane M has an aging resistance greater than 5 years.

Die Membran M ist ölabweisend und trennt den im Trafoöl TÖ gelösten Wasserstoff von dampfförmigen Kohlenwasserstoffen, die ebenfalls im Trafoöl TÖ gelöst sind. Die Trennung ist er forderlich, weil die gasförmigen Kohlenwasserstoffmoleküle bei einer Betriebstemperatur des Wasserstoffsensors von 600 bis 700°C auseinander brechen würden. Der Wasserstoffsensor würde dann neben dem zu messenden Wasserstoff auch die Kohlenwasserstoffe detektieren, was zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen würde.The membrane M is oil-repellent and separates it from the transformer oil TÖ dissolved hydrogen from vaporous hydrocarbons, which are also solved in transformer oil TÖ. The separation is him required because of the gaseous hydrocarbon molecules at an operating temperature of the hydrogen sensor of 600 would break apart up to 700 ° C. The hydrogen sensor in addition to the hydrogen to be measured, the Detect hydrocarbons, which leads to adulteration of the Measurement result would lead.

Als Wasserstoffsensor S kann jedes zum Nachweis geringer Was serstoffkonzentrationen in Luft geeignete Bauelement verwen det werden. Beispielsweise ist ein Taguchi-Gassensor der Firma Figaro, vgl. J. Watson, R. A. Yates, Electronic Engineering May 1985, S. 47-57 geeignet. Die Verwendung eines Gassensors auf der Basis gesputterter Ga₂O₃-Dünnschichten ist besonders vorteilhaft, da dieser Sensor eine besonders hohe Änderung des elektrischen Widerstandes selbst bei geringer Wasserstoffkonzentration in Luft zeigt. Ein derartiger Sensor ist aus dem Stand der Technik EP 464 244 A1 und EP 464 243 A1 bekannt. Besonders vorteilhaft ist der in der Anmeldung angegebene Sensor, bei dem auf den separaten Temperaturfühler verzichtet und der Heizungswiderstand zur Temperaturmessung verwendet wird.As a hydrogen sensor S, anything can be used to prove little use suitable components in air concentrations be det. For example, a Taguchi gas sensor is the Figaro, cf. J. Watson, R.A. Yates, Electronic Engineering May 1985, pp. 47-57. The use of a Gas sensor is based on sputtered Ga₂O₃ thin layers particularly advantageous because this sensor is particularly high Change in electrical resistance even at low Shows hydrogen concentration in air. Such a sensor is from the prior art EP 464 244 A1 and EP 464 243 A1 known. The one in the registration is particularly advantageous specified sensor, where on the separate temperature sensor waived and the heating resistor for temperature measurement is used.

Die Vorrichtung zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts in Trafoöl ist geeignet 50 ppm Wasserstoff in Öl, bezogen auf das Volumen, nachzuweisen.The device for measuring the hydrocarbon content in Transformer oil is suitable for 50 ppm hydrogen in oil, based on the volume to demonstrate.

Ein Betrieb mehrerer unterschiedlich empfindlicher Sensoren nebeneinander, zum Beispiel mit einem sogenannten Sensor array, mit um einen breiteren Nachweisbereich zu erhalten, ist möglich.An operation of several differently sensitive sensors side by side, for example with a so-called sensor array, with to get a wider detection range, is possible.

Die Kammer K1 kann der Ölbehälter des Transformators sein. Die Vorrichtung zur Wasserstoffdetektion ist problemlos an diesen anzuflanschen.The chamber K1 can be the oil tank of the transformer. The device for hydrogen detection is on without any problems flange it.

Claims

1. Device for determining the hydrogen content in transformer oil,

- which has a chamber (K1) with transformer oil,
- Which has a measuring chamber (K2), in which there is a hydrogen sensor (S),
- In which the chamber (K1) is separated from the measuring chamber (K2) by a membrane, which

a first layer (S1) made of polysulfone or polyether sulfone, and which
has a second layer ( 52 ) of cellulose acetate butyrate, which is applied to a carrier fabric.

2. Device according to claim 1, where the hydrogen sensor (S) is a metal oxide sensor.

3. Device according to claim 1 or 2, where the membrane is stabilized with a grid (SM) made of sintered metal or a layer (SM) made of sintered metal is surrounded.

4. Device according to one of claims 1-3, in which the measuring chamber (KA2) has a pressure compensation element (D) having.