DE19753126A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus dem Gassammelrelais eines Öltransformators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren zur Entnahme einer Gasprobe aus dem Gassammelrelais eines Öltransformators, welches insbe­ sondere zur Sicherstellung, zum Transport und zur Analysenbe­ reitstellung der Gasprobe des durch das Öl eines gestörten Transformators in das Gassammelrelais aufgestiegenen freien Gases dient. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens.

Gassammelrelais, z. B. eine der Funktionen des Buchholz-Relais, haben die Aufgabe, in Öltransformatoren aufsteigendes freies Gas zu sammeln und das Erreichen eines einstellbaren Grenzwertes zu signalisieren. Derartige Störungen des Transformatorbetriebes werden durch gezielte Analysen des angesammelten Gases ursäch­ lich diagnostiziert. Die Diagnosemöglichkeiten, z. B. nach IEC 599, sind sehr eingeschränkt dadurch, daß das Gas beim Blasen­ aufstieg im Kesselöl und während der Standzeit von der Signali­ sation bis zur Entnahme einem Gasaustausch mit dem Öl unter­ liegt. Das führt zur Veränderung des Volumens und der Zusammen­ setzung des Relaisgases. Der Blasenaufstieg des Gases im Öl ist naturgegeben, dagegen kann die sofortige Entnahme aus dem Gas­ sammelrelais technisch gelöst werden.

Das Gas wird in der Regel im freigeschalteten Zustand des Trans­ formators aus dem Gassammelrelais entnommen. Die in der DIN VDE 0730 Teil 9 beschriebenen Entnahmetechniken für Relaisgase haben folgende Nachteile:

• - Die Forderung der sofortigen Entnahme nach der Signalisation läßt sich nicht erfüllen, in der Regel vergehen Stunden.
• - Die Vorrichtungen sind mehrteilig, zerbrechlich und war­ tungsaufwendig, ihre Anwendung unter Störungsbedingungen birgt Arbeitssicherheitsrisiken in sich.
• - Die Verbindungsleitungen und -schläuche zwischen Buchholzre­ lais und Entnahmevorrichtung sowie eine nicht ständig geübte Bedienung garantieren keine hermetische Entnahme.
• - Entnahmevorrichtungen sind für längere Transportwege nicht geeignet.
• - Die Gasentnahme aus den Vorrichtungen für die Analyse ist fehlerfrei kaum möglich.

Damit besteht die größte Gefahr, daß Relaisgas verloren geht, bzw. in seiner Zusammensetzung stark verfälscht wird.

Diese Nachteile sind teilweise in Schliesing, H.: Ein neues Ver­ fahren zur schnellen Analyse von Buchholzgasen aus Transformato­ ren, Elektrizitätswirtschaft 77(19), S. 676-679 (1978) dadurch beseitigt, daß das Relaisgas unmittelbar nach der Ansammlung automatisch einem Analysator zugeführt wird. Da Gasansammlungen nur gelegentlich auftreten, ist der Investitions- und Wartungs­ aufwand einer Automatisierung sehr groß. Außerdem wird keine Relaisgasprobe für die komponentenspezifische gaschromatographi­ sche Analyse bereitgestellt.

Der im DD-WP 159814 beschriebene Gassammler für Öltransformato­ ren bewahrt das Relaisgas für eine begrenzte Zeit original auf. Da nur ein dünner Ölfilm zwischen Schwimmball und Sammlerwandung die Diffusionssperre bildet, ist die zulässige Aufbewahrungs­ dauer praktisch nicht immer ausreichend. Außerdem wird bei der Gasentnahme konstruktionsbedingt immer verfälschtes Gas aus der Rohrleitung unterhalb des Schwimmers in den Gassammler eingetra­ gen.

In Kroll, D.: Neues Gasentnahmegerät für Buchholz-Relais; Elek­ tro-Praktiker 31 (7) S 243-244 (1977) wird ein Gasentnahmegerät vorgestellt, welches es gestattet, zur Entnahme des Relaisgases nicht mehr den Transformator besteigen zu müssen, sondern mit Hilfe einer Kapillarleitung dieses vom Transformator hinunter zu befördern. Die Nachteile der DIN VDE 0370 Teil 9 werden nicht ausgeräumt.

Die in DD-WP 246167 beschriebene Vorrichtung zur Aufbewahrung und Entnahme von Relaisgasen hat folgende Nachteile:

• - Die Gasseparierung erfolgt durch zusätzlichen Ölkontakt.
• - Zum Wechseln der Vorrichtung sind mehrere Schraubverbindun­ gen zu lösen und mehrere Hähne zu bedienen.
• - Zur Entnahme für Analysen muß die Vorrichtung mit Sperrflüs­ sigkeit beaufschlagt werden.
• - Zur Montage der Vorrichtung auf das Buchholz-Relais muß dieses mit einem zusätzlichen Entnahmehahn nachgerüstet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus dem Gassammelrelais eines Öltransformators ein benötigtes Volumen an Gas durch einen Pro­ benbehälter hermetisch zu entnehmen und im selben Behälter ori­ ginal und zeitunabhängig auf zubewahren, zu transportieren sowie einem Analysator zuzuführen und/oder die unverfälschte Probenah­ me für die gas-chromatographische Analyse zu ermöglichen.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Entnah­ me einer Gasprobe aus dem Gassammelrelais eines Öltransformators gelöst, bei dem auf die mit einem Ventilelement verschlossene Entnahmestelle des Gassammelrelais ein Probenbehälter mit sei­ ner Entnahmeöffnung gasdicht aufgesetzt wird; das Ventilelement der Entnahmestelle des Gassammelrelais geöffnet wird; unmittel­ bar auf die Signalisation eines definierten Volumens des Gases im Gassammelrelais folgend im Probenbehälter ein Unterdruck er­ zeugt wird, der aus einem näherungsweise volumenlosen Zustand heraus ein Einsaugen eines definierten unverfälschten Probenvo­ lumens des Relaisgases über ein in der Entnahmeöffnung des Pro­ benbehälters befindliches Rückschlagventil in die Gaskammer des Probenbehälters bewirkt; bei Erreichen des Probenvolumens das Rückschlagventil den Probenbehälter zur Erhaltung der Unver­ fälschbarkeit der Gasprobe gasdicht verschließt; das Ventilele­ ment der Entnahmestelle des Gassammelrelais vor der zeitunab­ hängigen Entfernung des Probenbehälters geschlossen wird; und der die unverfälschte Gasprobe enthaltende Probenbehälter gela­ gert und/oder einem Analyseverfahren zugeführt wird.

Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus dem Gassammelrelais eines Öltrans­ formators gelöst, bei der die Vorrichtung aus einem Probenbehäl­ ter besteht, der eine mit einem Rückschlagventil verschlossene Entnahmeöffnung aufweist, die Entnahmeöffnung über Kupplungsele­ mente verfügt, die mit korrespondierenden Kupplungselementen des die Entnahmestelle des Gassammelrelais verschließenden Ventil­ elements gasdicht kuppelbar sind, der Probenbehälter über Mittel zur Schaffung einer Gaskammer verfügt, wobei diese Mittel zwi­ schen einer Bereitschaftsstellung, in der die Gaskammer einen näherungsweise volumenlosen Zustand aufweist und einer Entnahme­ stellung, in der die Gaskammer ein definiertes Probenvolumen aufweist, bewegbar sind, die Mittel in ihrer Bereitschaftsstel­ lung, ihrer Entnahmestellung und in mindestens einer dazwischen­ liegenden Stellung arretierbar sind.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsbeispiel in dessen Bereitschaftsposition,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in dessen Entnahmeposition.

Die Vorrichtung wird aus einem Probenbehälter 1 gebildet, der aus einem mit einem Boden 3 und einem Deckel 4 versehenen Zy­ linder 2 besteht. Der Boden 3 weist eine Entnahmeöffnung 6 auf, die mit einem justierbaren Rückschlagventil 5 verschlossen ist. Die Entnahmeöffnung 6 geht nach außen in einen mit Innengewinde 7 versehenen axialen Anschlußstutzen 8 über.

In dem Zylinder 2 ist ein gegenüber der inneren Zylinderwand abgedichteter, zwischen der Bereitschaftsstellung und der Ent­ nahmestellung verschiebbarer Kolben 9 angeordnet, dessen Ar­ beitsfläche der Entnahmeöffnung 6 im Boden 3 des Zylinders 2 zugewandt ist. Die der Arbeitsfläche gegenüberliegende Seite des Kolbens 9 ist mit einer Kolbenstange 10 versehen, die durch eine im Deckel 4 des Zylinders 2 befindliche axiale Bohrung 11 nach außen geführt ist. Am Umfang der Kolbenstange 10 sind Ringkerben A, B, C, D für den Eingriff mit einem Sperrstift 13 vorgesehen, der in einer im Deckel 4 befindlichen radialen Bohrung 12 ver­ schiebbar ist. Zur Arretierung des Kolbens 9 in definierten Positionen im Zylinder 2 wird der Sperrstift 13 in die entspre­ chende Ringkerbe A, B, C oder D gedrückt.

Zwischen der Außenseite des Deckels 4 und einem am Ende der Kolbenstange 10 befindlichen Anschlag 14 ist eine den Kolben 9 in seine Entnahmestellung zwingende Druckfeder 15 angeordnet.

Der Sperrstift 13 ist über ein Hebelgelenk 16 mit einem am Dek­ kel 4 befestigten Hubmagneten 17 verbunden, welcher eine Strom­ verbindung 18 mit dem Signalkontakt des Gassammelrelais 19 be­ sitzt.

Der Deckel 4 weist Entlüftungslöcher 20 auf. Der Boden 3 verfügt neben dem Anschlußstutzen 8 über einen Septumverschluß 21.

Zur Entnahme von Relaisgas aus dem Gassammelrelais 19 des Öl­ transformators wird der Probenbehälter 1 mit dem Innengewinde 7 des Anschlußstutzen 8 auf das mit einem Außengewinde versehene, geschlossene Entlüftungsventil 22 aufgeschraubt. Durch geeignete Dichtungselemente wird diese Verbindung gasdicht gemacht.

Der Kolben 9 befindet sich in der unteren Endlage, die der Be­ reitschaftsstellung des Probenbehälters 1 entspricht, und der Sperrstift 13 befindet sich mit der Ringkerbe A der Kolbenstange 10 in Eingriff. In dieser Stellung befindet sich die Druckfeder 15 zwischen dem Deckel 4 und dem Anschlag 14 in ihrem maximalen Spannungszustand.

Die Stromverbindung 18 zum Signalkontakt des Gassammelrelais 19 ist hergestellt. Abschließend wird das Entlüftungsventil 22 des Gassammelrelais 19 geöffnet und ein nicht dargestelltes Schutz­ gehäuse aufgesetzt. Dies ist der Betriebszustand der Vorrich­ tung. Erreicht freies Gas aus dem Trafokessel das Gassammelre­ lais 19, erfolgt mit dem Absenken des oberen Schwimmers beim Erreichen eines einstellbaren Volumens (z. B. 400 cm³ Gas) die Signalisation durch Schließen eines elektrischen Schaltkreises 18. In diesem Kreis 18 befindet sich auch der Hubmagnet 17 der Vorrichtung. Dieser zieht über das Hebelgelenk 16 den Sperrstift 13 aus der Ringkerbe A. Damit entspannt sich die um die Kolben­ stange 10 angebrachte Druckfeder 15. Der Kolben 9 wird heraus­ gezogen, die verdrängte Luft strömt durch die Deckellöcher 20 aus dem Probenbehälter 1.

Durch den Unterdruck im Gasraum öffnet das in der Entnahmeöff­ nung 6 befindliche Rückschlagventil 5 und ca. 50 cm³ Relaisgas strömen in den Gasraum des Probenbehälters 1. Im Gassammelrelais 19 steigt um dieses Volumen der Ölspiegel an. Mit erreichtem Druckausgleich schließt das Rückschlagventil 5 wieder und im Gasraum des Probenbehälters 1 befinden sich ca. 50 cm³ Relaisgas bei näherungsweise Atmosphärendruck zur hermetisch gesicherten Aufbewahrung.

Wenn alle sicherheitstechnischen Voraussetzungen zum Besteigen des gestörten Transformators gegeben, das Gehäuse abgenommen und das Entlüftungsventil 22 des Gassammelrelais 19 geschlossen sind, wird zuerst die Stromverbindung 18 zum Signalkontakt gelöst und dann die Kolbenstange 10 durch leichtes Drücken in der Stellung Ringkerbe B mit dem Sperrstift 13 gesichert. Dieses Nachspannen sichert für den Transport einen ca. 5%igen Überdruck des Re­ laisgases. Anschließend wird der Probenbehälter 1 abgeschraubt.

Für den Transport können die Bauteile 16, 17, und 18 zur elek­ trischen Betätigung des Sperrstiftes 13 vom Deckel 4 abgenommen werden. Zur Gasanalyse wird ein Dornenstift mit Rückschlagventil in den Anschlußstutzen 8 des Probenbehälters 1 geschraubt. Die­ ser öffnet näherungsweise totvolumenfrei das Rückschlagventil 5 des Probenbehälters 1. Durch kurzzeitiges Ziehen des Sperrstif­ tes 13 und Drücken der Kolbenstange 10 in Stellung Ringkerbe C kann ein Gasvolumen von ca. 15 cm³ über das öffnende Rückschlag­ ventil des Dornenstiftes in einen angeschlossenen Analysator zur Gasmessung eingespült werden. Eine Wiederholungsmessung ist analog mit der Kolbenstange 10 in Stellung Ringkerbe D möglich.

Anschließend kann im Labor über den Septumverschluß 21 mittels Kanüle die Probenahme für die gas-chromatographische Analyse bzw. diese kann ohne vorherige Gasentnahme über den Anschluß­ stutzen 8 direkt erfolgen.

Die Totvolumina im Rückschlagventil 5 und im Septumverschluß 21 sind minimiert zum Volumen vom Gasraum des Probenbehälters 1 und sind im Rahmen des Analysenfehlers vernachlässigbar. Für den Wiedereinsatz der Vorrichtung ist die Kolbenstange 10 nach Zie­ hen des Sperrstiftes 13 in die untere Endlage zu bewegen, der Sperrstift 13 in Ringkerbe A zu arretieren und der Dornenstift herauszuschrauben.

Zu den turnusmäßigen Funktionsprüfungen des Gassammelrelais 19 im abgeschalteten Zustand des Öltransformators ist die Vorrich­ tung in umgekehrter Reihenfolge der Montage abzubauen. Es emp­ fiehlt sich aber, mit der Funktionsprüfung des Gassammelrelais 19 die der Vorrichtung zu verbinden. Dazu wird beim Abbau die elektrische Verbindung 18 belassen und der Probenbehälter senk­ recht gehalten. Mit der Signalauslösung am Gassammelrelais läuft der beschriebene Füllvorgang ab, wobei Luft eingesaugt wird. Die Entleerung erfolgt durch Einschrauben des Dornenstiftes.

Wird auf die sofortige Sicherstellung des Relaisgases mit ein­ tretender Signalisation verzichtet, kann die Vorrichtung ohne die Bauteile 17, 18 und 19 zur elektrischen Betätigung des Sperrstiftes 13 benutzt werden, indem bei analoger Anwendung der Sperrstift 13 zur Übernahme der Relaisgasprobe mit der Hand gezogen wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Entnahme einer Gasprobe aus dem Gassammelre­ lais eines Öltransformators, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit einem Ventilelement (22) verschlossene Entnahmestelle des Gassammelrelais (19) ein Probenbehälter (1) mit seiner Entnahmeöffnung (6) hermetisch aufgesetzt wird,
daß das Ventilelement (22) der Entnahmestelle des Gassam­ melrelais (19) geöffnet wird,
daß unmittelbar auf die Signalisation eines definierten Gasvolumens im Gassammelrelais (19) folgend, im Probenbe­ hälter (1) ein Unterdruck erzeugt wird, der aus einem nä­ herungsweise volumenlosen Zustand heraus ein Einsaugen eines definierten unverfälschten Probenvolumens des Gases über ein in der Entnahmeöffnung (6) des Probenbehälters (1) befindli­ ches Rückschlagventil (5) in die Gaskammer des Probenbehäl­ ters (1) bewirkt,
daß bei Erreichen des Probenvolumens das Rückschlagventil (5) den Probenbehälter (1) zur Erhaltung der Unverfälschbar­ keit der Gasprobe hermetisch verschließt,
daß das Ventilelement (22) der Entnahmestelle des Gassam­ melrelais (19) vor der zeitunabhängigen Entfernung des Pro­ benbehälters (1) geschlossen wird, und
daß der die unverfälschte Gasprobe enthaltende Probenbe­ hälter (1) gelagert und/oder einem Analyseverfahren zuge­ führt wird.

2. Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus dem Gassammelre­ lais eines Öltransformators zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Probenbehälter (1) besteht,
der eine mit einem Rückschlagventil (5) verschlossene Entnahmeöffnung (6) aufweist,
die Entnahmeöffnung (6) über Kupplungselemente verfügt, die mit korrespondierenden Kupplungselementen des die Ent­ nahmestelle des Gassammelrelais (19) verschließenden Ventil­ elements (22) hermetisch kuppelbar sind,
der Probenbehälter (1) über Mittel zur Schaffung einer Gaskammer verfügt, wobei diese Mittel zwischen einer Bereit­ schaftsstellung, in der die Gaskammer einen näherungsweise volumenlosen Zustand aufweist und einer Entnahmestellung, in der die Gaskammer ein definiertes Probenvolumen aufweist, bewegbar sind,
die Mittel in ihrer Bereitschaftsstellung, ihrer Entnahme­ stellung und in mindestens einer dazwischenliegenden Stel­ lung arretierbar sind,
die Mittel zu deren Überführung von der Bereitschaftsstel­ lung in die Entnahmestellung mit Auslösemitteln in Wirkver­ bindung stehen, die unmittelbar auf die Signalisation eines definierten Gasvolumens im Gassammelbehälter reagieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (1)
aus einem mit einem Boden (3) und einem Deckel (4) ver­ sehenen Zylinder (2) besteht,
der Boden (3) eine mit einem justierbaren Rückschlagventil (5) verschlossene Entnahmeöffnung (6) aufweist, die sich nach außen in einen mit Innengewinde (7) versehenen axialen Anschlußstutzen (8) öffnet,
in dem Zylinder (2) ein gegenüber der inneren Zylinderwand abgedichteter, zwischen der Bereitschaftsstellung und der Entnahmestellung verschiebbarer Kolben (9) angeordnet ist, dessen Arbeitsfläche der Entnahmeöffnung (6) im Boden (3) des Zylinders (2) zugewandt ist,
die der Arbeitsfläche gegenüberliegende Seite des Kolbens (9) mit einer Kolbenstange (10) versehen ist, die durch eine im Deckel (4) des Zylinders (2) befindliche axiale Bohrung (11) nach außen geführt ist,
am Umfang der Kolbenstange (10) Ringkerben (A, B, C, D) für den Eingriff eines in einer im Deckel (4) befindlichen radialen Bohrung (12) verschiebbaren Sperrstiftes (13) zur Arretierung des Kolbens (9) in definierten Positionen im Zylinder (2) vorgesehen sind,
zwischen der Außenseite des Deckels (4) und einem am Ende der Kolbenstange (10) befindlichen Anschlag (14) eine den Kolben (9) in seine Entnahmestellung zwingende Druckfeder (15) angeordnet ist,
der Sperrstift (13) durch einen über ein Hebelgelenk (16) am Deckel (4) befestigten Hubmagneten (17) aus der Ringkerbe (A) entriegelbar ist, wobei der Hubmagnet (17) über eine Stromverbindung (18) mit einem Signalkontakt derart in Wirk­ verbindung steht, daß über den Signalkontakt unmittelbar nach Erreichen eines definierten Gasvolumens im Gassammel­ relais (19) der Hubmagnet (17) beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (1)
aus einem mit einem Boden (3) und einem Deckel (4) ver­ sehenen Zylinder (2) besteht,
der Boden (3) eine mit einem justierbaren Rückschlagventil (5) verschlossene Entnahmeöffnung (6) aufweist, die sich nach außen in einen mit Innengewinde (7) versehenen axialen Anschlußstutzen (8) öffnet,
in dem Zylinder (2) ein gegenüber der inneren Zylinderwand abgedichteter, zwischen der Bereitschaftsstellung und der Entnahmestellung verschiebbarer Kolben (9) angeordnet ist, dessen Arbeitsfläche der Entnahmeöffnung (6) im Boden (3) des Zylinders (2) zugewandt ist,
die der Arbeitsfläche gegenüberliegende Seite des Kolbens (9) mit einer Kolbenstange (10) versehen ist, die durch eine im Deckel (4) des Zylinders (2) befindliche axiale Bohrung (11) nach außen geführt ist,
am Umfang der Kolbenstange (10) Ringkerben (A, B, C, D) für den Eingriff eines in einer im Deckel (4) befindlichen radialen Bohrung (12) verschiebbaren Sperrstiftes (13) zur Arretierung des Kolbens (9) in definierten Positionen im Zylinder (2) vorgesehen sind,
zwischen der Außenseite des Deckels (4) und einem am Ende der Kolbenstange (10) befindlichen Anschlag (14) eine den Kolben (9) in seine Entnahmestellung zwingende Druckfeder (15) angeordnet ist,
der Sperrstift (13) zeitunabhängig manuell entriegelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (4) Entlüftungslöcher (20) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) einen Septumverschluß (21) aufweist.