DE202010017339U1

DE202010017339U1 - Entlüftungsventil

Info

Publication number: DE202010017339U1
Application number: DE202010017339U
Authority: DE
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: DE102010046949A1

Abstract

Entlüftungsventil (3), wobei ein Gehäuse (4) vorgesehen ist, dass das Volumen (4a) eines Gassammelraumes umschließt, wobei im Inneren des Gehäuses (4) im Gassammelraum ein Schwimmerkörper (5) vorgesehen ist, der auf einem Flüssigkeitspegel im Gassammelraum aufschwimmt, wobei der Schwimmerkörper (5) mit einem einseitig am Gehäuse (4) um einen Drehpunkt (8) verschwenkbar angeschlagenen Hebel (7) mechanisch verbunden ist, wobei am Hebel (7) ein Führungsstift (10) angeordnet ist, der abhängig vom Flüssigkeitspegel im Gassammelraum und damit der Stellung des Hebels (7) eine Entlüftung (15) in die Umgebung öffnet oder verschließt, wobei am Hebel (7) weiterhin ein gemeinsam mit diesem verschwenkbarer Permanentmagnet (13) angeordnet ist und wobei der Permanentmagnet (13) mit einem Gegenmagnet (14) korrespondiert, der fest am Gehäuse (4) angeordnet ist.

Description

Die Neuerung betrifft ein Entlüftungsventil für hermetisch abgeschlossene ölgefüllte Hochspannungsgeräte, insbesondere geschlossene Stufenschalter oder Hermetiktransformatoren.
Bei elektrischen Transformatoren unterscheidet man hauptsächlich nach den Konstruktionstypen in luftatmende oder hermetisch abgeschlossene Transformatoren. Die meisten luftatmenden Transformatoren besitzen in der Regel ein kesselaußenseitig angeordnetes Ausdehnungsgefäß sowie einen Lufttrockner mit Ölvorlage. Im Gegensatz dazu sind Hermetiktransformatoren vollständig geschlossen ausgeführt; die Hauptvorteile sind die Wartungsarmut, die längere Lebensdauer, der Einsatz pflanzlicher Öle sowie die Abwesenheit von Sauerstoff. Jedoch können Gase, die entstehen, nicht entweichen, da der Transformator oder auch der Stufenschalter gerade nicht frei atmend sind.
Ein solcher Hermetiktransformator ist z. B. aus der DE 10 2008 003 672 A1 bekannt.
Ein weiterer Hermetiktransformator ist aus der DE 10 2008 008 891 B3 bekannt. Er ist hermetisch abgeschlossen und mit einem Gehäuse versehen, in dem ein isolierendes Transformatoröl enthalten ist. Innerhalb des Transformators ist ein Bereich vorhanden, der mit einem kompressiblen Gas gefüllt ist.
Aus der AT 346 966 ist ein Gassammler für einen solchen Hermetiktransformator bekannt. In hermetisch geschlossenen Geräten, in denen sich eine Isolierflüssigkeit befindet, können sich beispielsweise durch Erhitzung Gase entwickeln, die nach oben steigen, da das spezifische Gewicht der Gase kleiner ist als das der Isolierflüssigkeit. Der sich dabei entwickelnde Druck kann dabei hohe Werte annehmen, die unerwünscht sind und sogar zur Beschädigung oder Zerstörung der Isolierbehälter führen können. Gerade bei hermetisch abgeschlossenen Transformatoren oder Stufenschaltern können in Folge örtlicher Überhitzung beim Auftreten elektrischer oder mechanischer Fehler oder auch wegen Undichtigkeiten Gasblasen auftreten, die nach oben steigen und sich an den höchsten Stellen des Behälters sammeln. Hierzu ist es bekannt, an der höchsten Stelle des Behälters einen Gassammeltopf anzuordnen und dort zur Erfassung des Flüssigkeitsspiegels ein Pegelmessgerät vorzusehen. Bei dieser bekannten Lösung wird demnach ein Gassammler mit einer Überwachungsmöglichkeit des Pegelstandes und damit der Menge des sich sammelnden Gases angegeben; eine eigentliche Entlüftung dieser unerwünschten Gasmenge ist hier nicht vorgesehen.
Aus der DE 102 24 186 B4 schließlich ist eine automatische Entlüftungsvorrichtung bei hermetisch ausgeführten Stufenschaltern bzw. Transformatoren bekannt, bei der ebenfalls das Niveau der Flüssigkeit im Gassammelgefäß überwacht wird. Mit zunehmender Gasbildung sinkt das Niveau der Flüssigkeit; sobald das Niveau einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet, d. h. das gesammelte Gas ein Maximum erreicht hat, wird ein automatisches Absperrmittel betätigt. Dazu ist zunächst ein Buchholz-Relais vorgesehen, das das Niveau der Flüssigkeit erfasst und, wenn ein Minimalwert unterschritten wird, das automatisch ansteuerbare Absperrmittel betätigt. Als ein solches Absperrmittel wird hier ein elektrisch betätigbares Pneumatikventil vorgeschlagen, das insbesondere piezoelektrisch oder auch elektromechanisch betätigt werden kann. Diese Lösung erfordert zur zuverlässigen Entlüftung also zwei komplexe separate Bauteile: Ein Buchholz-Relais zur Niveauerfassung und ein elektrisch betätigbares Pneumatikventil zur eigentlichen Entlüftung. Weiterhin sind bei dieser Lösung eine separate elektrische Spannungsversorgung dieser Bauteile sowie elektrische Verbindungsleitungen vom Buchholz-Relais, genauer gesagt dessen Reedkontakten, hin zum elektrischen Absperrmittel notwendig. Dies ist zum einen aufwändig, zum anderen sind solche elektrischen Verbindungsleitungen generell bei elektrischen Hochspannungsgeräten unerwünscht.
Aufgabe der Neuerung ist es, bei hermetisch ausgebildeten, ölgefüllten Transformatoren und/oder Stufenschaltern eine einfache, selbständig arbeitende Entlüftungsmöglichkeit anzugeben, die ohne separate Spannungsversorgung und ohne separate Verbindungsleitungen auskommt. Bislang ist kein geeignetes Produkt zur Entlüftung eines Ölgefäßes an den genannten Geräten bekannt. Die weitere Aufgabe der Neuerung besteht demnach darin, eine passive, automatische Entlüftungseinrichtung anzugeben, die das Eindringen von Luft verhindert und wartungsarm, möglichst wartungsfrei ist.
Diese Aufgaben werden durch ein Entlüftungsventil mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung. Die allgemeine neuerungsgemäße Idee besteht hierbei darin, einen Schwimmerkörper im an sich bekannten Gassammelgefäß mit der Funktion eines Permanentmagneten zu kombinieren. Bei der Neuerung wird damit durch den Permanentmagneten, der neuerungsgemäß mit einem Gegenmagnet korrespondiert, auf einfache Weise eine Mindestverschlusskraft erzielt. Weiterhin wird eine definierte Öffnungsdauer erreicht, da zunächst eine bestimmte Gasmenge angesammelt wird, bevor das Ventil – gegen die Magnetkraft – öffnet. Bei der Neuerung steht weiterhin das Isolieröl durch die besondere Bauweise der Abdichtung nicht an der Abdichtstelle an. Die Neuerung ist gleichermaßen geeignet für die Entlüftung an Hermetiktransformatoren sowie hermetisch ausgeführten Stufenschaltern.
Die Neuerung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein neuerungsgemäßes Entlüftungsventil im geschlossenen Zustand
2 ein solches Entlüftungsventil im geöffneten Zustand
3 das Detail der eigentlichen Entlüftung im Einzelnen.
1 zeigt ein neuerungsgemäßes Entlüftungsventil 3. Es ist an einer Rohrleitung 1, die vom nicht dargestellten Transformator oder Stufenschalter hin zum Ausdehnungsgefäß führt, über einen Anschlussflansch 2 oberhalb der Rohrleitung 1 mit dieser verbunden. Das Entlüftungsventil 3 besitzt ein Gehäuse 4, vorzugsweise ein zylindrisches Gehäuse, das ein Volumen 4a, den Gassammelraum, umschließt. Im Inneren des Gehäuses 4 ist ein Schwimmerkörper 5 vorgesehen, der über einen Bolzen 6 mit einem einseitig beweglich angeschlagenen Hebel 7 mechanisch verbunden ist. Der Bolzen 6 weist dabei an seinem unteren, aus dem Schwimmerkörper 5 herausstehenden Ende einen Anschlag 6a auf, der den Verschwenkwinkel des Hebels 7 begrenzt. Der Hebel 7 selbst ist um einen Drehpunkt 8, der seitlich am Gehäuse 4 vorgesehen ist, verschwenkbar. An einem weiteren Drehpunkt 9 ist am Hebel 7 ein Führungsstift 10 vorgesehen, der in einer Führung eines Einsatzes 11 gleitet und bei Auslenkung sich von einer Dichtung 12 löst. Weiterhin ist am Hebel 7 ein Permanentmagnet 13 angeordnet, der mit dem Hebel 7 gemeinsam verschwenkbar ist und mit einem Gegenmagneten 14 korrespondiert, der fest am Gehäuse 4 angeordnet ist. Die eigentliche Entlüftung 15, die später im Detail noch näher erläutert wird, ist oberhalb des Führungsstiftes 10 angeordnet. Dargestellt ist noch eine optionale Rohrleitung 16 oberhalb der eigentlichen Entlüftung zur definierten Abführung der Gase während der Entlüftung. Schließlich ist auch noch eine ebenfalls optionale manuelle Entlüftung 17 vorgesehen, auf die nachfolgend hier aber nicht weiter eingegangen wird. Die Funktionsweise dieses Entlüftungsventils 3 ist die Folgende: Im Inbetriebnahmezustand des Transformators bzw. Stufenschalters ist das Volumen 4a vollständig mit Isolieröl gefüllt. Im Laufe der Zeit sammeln sich zunehmend Gase; der Flüssigkeitsstand in diesem Volumen 4 sinkt zunehmend. Zunächst einmal passiert dabei gar nichts, da durch die magnetischen Kräfte zwischen dem Permanentmagneten 13 und dem Gegenmagneten 14 ein Absinken des Schwimmerkörpers 5 verhindert wird. Erst wenn der Flüssigkeitsstand ein definiertes Minimum erreicht hat, ist die Kraft des Schwimmerkörpers, dem sinkenden Flüssigkeitsstand folgend sich nach unten zu bewegen, größer als die magnetische Kraft. In der Folge lösen sich Permanentmagnet 13 und Gegenmagnet 14 schlagartig, der Schwimmerkörper fällt nach unten, dabei wird seine Bewegung durch den Anschlag 6a begrenzt, der dann auf die innere Bodenwandung des Gehäuses 4 trifft. Durch diese Bewegung des Schwimmerkörpers 5 wird der Hebel 7 um seinen Drehpunkt 8 nach unten verschwenkt, damit wird auch der Führungsstift 10 innerhalb seiner Führung 11 nach unten bewegt und gibt die Dichtung 12, die er bisher verschlossen hat, frei. Jetzt kann das gesammelte Gas durch die Entlüftung 15 nach oben entweichen. Es entwicht solange, bis der Ölpegel im Volumen 4a soweit gestiegen ist, dass der Schwimmerkörper 5 und damit der Hebel 7 sich soweit nach oben bewegt haben, dass die magnetischen Kräfte zwischen Permanentmagnet 13 und Gegenmagnet 14 überwiegen und schlagartig den Hebel 7 nach oben ziehen. Damit verschließt der Führungsstift 10 ebenso schlagartig wieder die Dichtung 12; der Entlüftungsvorgang ist abgeschlossen.
2 zeigt die Stellung der beschriebenen Bauteile zum Zeitpunkt der Entlüftung noch einmal; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hier nicht alle Bauteile mit Bezugszeichen versehen. In dieser Darstellung sind das stark abgesenkte Ölvolumen 18 und das erhöhte Gasvolumen 19 gezeigt, das zum Absenken des Schwimmerkörpers 5 geführt hat.
3 zeigt die bereits beschriebene Entlüftung 15 noch einmal im Detail. Zu sehen ist hier der Führungsstift 10 in der Führung 11. Weiter zu sehen ist die Dichtung 12, die bereits beschrieben wurde. Gezeigt ist hier eine Halterung 20, die mit dem weiteren Drehpunkt 9 am Hebel 7 drehbar in Verbindung steht und den Führungsstift 10 trägt. Weiterhin gezeigt ist eine ringförmige Entlüftungsöffnung 21, die im geschlossenen Zustand durch den an der Dichtung 12 anliegenden Führungsstift 10, der einen Verschlussstopfen 22 mit einer vorteilhaft geformten Geometrie besitzt, verschlossen wird. Die bereits beschriebene Entlüftung 15 befindet sich oberhalb der Dichtung 12. Schließlich ist noch eine Bohrung 23 gezeigt.
Es ist im Rahmen der Neuerung möglich, durch eine besondere geometrische Ausbildung von Dichtung 12 und/oder Verschlussstopfen 22 die Entlüftungscharakteristik zu beeinflussen. Auch durch entsprechenden Dimensionierung der Entlüftungsöffnung 21 selbst kann dies erfolgen; insbesondere kann damit ein langsames Entweichen des Gases erreicht werden, um zu verhindern, dass sich beim zu schnellen Entlüften unerwünschte Ölnebel bilden können. Es im Rahmen der Neuerung gleichfalls möglich, durch entsprechende Dimensionierung der Magnetkräfte des Permanentmagneten 13 und Gegenmagneten 14, sowie deren geometrische Ausbildung, ferner durch Größe, Kontur und Material des Schwimmerkörpers 5 das dynamische Entlüftungsverhalten in weiten Grenzen zu variieren.
Insgesamt gestattet das neuerungsgemäße Entlüftungsventil eine passive automatische Entlüftung, d. h. die Abführung freier Gase aus dem Transformator bzw. Stufenschalter. Gleichzeitig verhindert es das Eindringen von Luft, besitzt ein definiertes Entlüftungsverhalten mit eindeutigem, definierten Wechsel zwischen den Positionen „offen” und „geschlossen” und ist praktisch wartungsfrei. Es besitzt zudem eine definierte Öffnungsdauer und kann auf einfache Weise an die unterschiedlichsten erforderlichen Entlüftungscharakteristika angepasst werden.
Ein weiterer Vorteil des neuerungsgemäßen Entlüftungsventils besteht darin, dass die eigentlichen Dichtflächen nicht ölbenetzt sind, so dass sich Schmutzpartikel im Öl nicht dort ablagern können, was eine Gefahr der Undichtigkeit mit sich brächte. Vielmehr verbleibt innerhalb der beschriebenen Entlüftungsöffnung 21 stets ein Gasraum, d. h. ein Restvolumen, das dies verhindert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008003672 A1 [0003]
DE 102008008891 B3 [0004]
AT 346966 [0005]
DE 10224186 B4 [0006]

Claims

Entlüftungsventil (3), wobei ein Gehäuse (4) vorgesehen ist, dass das Volumen (4a) eines Gassammelraumes umschließt, wobei im Inneren des Gehäuses (4) im Gassammelraum ein Schwimmerkörper (5) vorgesehen ist, der auf einem Flüssigkeitspegel im Gassammelraum aufschwimmt, wobei der Schwimmerkörper (5) mit einem einseitig am Gehäuse (4) um einen Drehpunkt (8) verschwenkbar angeschlagenen Hebel (7) mechanisch verbunden ist, wobei am Hebel (7) ein Führungsstift (10) angeordnet ist, der abhängig vom Flüssigkeitspegel im Gassammelraum und damit der Stellung des Hebels (7) eine Entlüftung (15) in die Umgebung öffnet oder verschließt, wobei am Hebel (7) weiterhin ein gemeinsam mit diesem verschwenkbarer Permanentmagnet (13) angeordnet ist und wobei der Permanentmagnet (13) mit einem Gegenmagnet (14) korrespondiert, der fest am Gehäuse (4) angeordnet ist.
Entlüftungsventil (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (10) an einem weiteren Drehpunkt (9) am Hebel (7) verschwenkbar angelenkt ist.
Entlüftungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftung (15) eine ringförmige Entlüftungsöffnung (21) aufweist, die durch einen am Führungsstift (10) angeordneten Verschlussstopfen (22) verschließbar ist.
Entlüftungsventil nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (10) in einer Führung gleitet und bei Auslenkung sich von einer Dichtung (12) der Entlüftung (15) löst.