DE2705111C2 - Anordnung zum Sammeln eines Gasgemisches mit brennbaren Anteilen und zum Zusetzen von oxidierendem Gas - Google Patents

Anordnung zum Sammeln eines Gasgemisches mit brennbaren Anteilen und zum Zusetzen von oxidierendem Gas

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Sammeln eines Gasgemisches mit brennbaren Anteilen und zum Zusetzen von oxidierendem Gas gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der US-PS 31 11 388.
Auf verschiedenen Gebieten der Technik besteht das Bedürfnis, den Gehalt an brennbaren Anteilen in einem Gasgemisch zu bestimmen. Bei Verbrennungsreaktionen für Heizzwecke beispielsweise ist es oft von großer Bedeutung, den Gehalt an brennbaren Anteilen in den Verbrennungsgasen zu bestimmen, um die Verbrennung auf optimale Ausnutzung der Brennstoffe einstellen zu können. Auch bei Reduktionsprozessen, wie der Reduktion von Metallverbindungen für die Metallherstellung, i. B. Eisenherstellung, unter Ausnutzung von reduzierenden Gasen, kann es für die optimale Einstellung des Reduktionsprozesses wünschenswert sein, den Gehalt an brennbaren Anteilen in entweichenden Gasen /u bestimmen.
Ein anderes Beispiel für ein Gebiet, auf dem die Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Anteilen in einem Gas vorteilhaft ausgenutzt werden kann, findet sich bei der Überwachung des Betriebs -eines Transformators. Für einen Transformator, der ein flüssiges Dielektrikum, meistens öl, und ein festes Dielektrikum, mei stens Papier und Preßspan enthält, hängen Betriebssicherheit und Lebensdauer in hohem Maße vor· der Reinheit des Öls ab. Die in erster Linie schädlichen Verunreinigungen sind Sauerstoff, Wasser und feste Parti- kel. Es hat sich gezeigt, daß der Sauerstoff auf flüssiges und festes Dielektrikum unter Bildung von brennbaren Gasen, wie H2, CO, CH4, C2H4, C2H2, C2H6 und anderen niedrigeren Kohlenwasserstoffen und nichtbrennbaren Gasen, vor allem CO2, einwirkt Auch bei der Pyrolyse von flüssigem und festem Dielektrikum, z. B. im Zusammenhang mit örtlicher Überhitzung, werden solche Gase gebildet Indem man eine Entgasung des flüssigen Dielektrikums des Transformators durchführt und die Menge an brennbaren und nichtbrennbaren Gasen in den Abgasen bestimmt, können verschiedene Fehler oder ungünstige Vorgänge im Transformator erkannt und die erforderlichen Gegenmaßnahmen ergriffen • werden. We.nn die Gasbestimmung einen unnormal hohen Gehalt an Gasen im Transformatoröl ergibt, kann die Ursache hierfür oder eine dazu beitragende Ursache darin bestehen, daß die Sauerstoffkonzentration des Öles zugenommen hat, so daß Maßnahmen zur Beseitigung der Ursache ergriffen werden müssen. Wenn die ermittelten Gase im wesentlichen aus nichtbrennbaren Gasen bestehen, so deutet dies auf ein Eindringen von Luft hin. Wenn die ermittelten Gase dagegen im wesentlichen aus brennbaren Gasen bestehen, so deutet dies auf einen thermischen oder elektrischen Fehler im Transformator hin.
Bei der aus der US-PS 31 11 388 bekannten Anordnung sind die Volumina der beiden Kammern in Reihe geschaltet und beide Kammern sind etwa zur Hälfte mit einer Salzlösung gefüllt. Das zu prüfende Gasgemisch und das oxidierende Gas werden in ein- und dieselbe Kammer eingesaugt und in dieser miteinander vermischt. Die andere Kammer dient der Erleichterung dieser Vermischung, indem das Flüssigkeitsvolumen zwischen den beiden Kammern hin- und hergepumpt wird. Sowohl zum Einsaugen der beiden Gaskomponenten
wie auch zur Übertragung des Gasgemisches in die Meßkammer sind Aspiratoren vorhanden, mit denen von einer Bedienungsperson Unterdrücke und Überdrücke erzeugt werden. Außerdem muß die Bedienungsperson bei dem Einsaugen der beiden Gaskomponenten in die eine Kammer die Dosierung durch Beob achtung einer Skala genau bemessen. Die bekannte An ordnung bedarf also einer zusätzlichen Betätigungseinrichtung und einer bedienenden Person.
Aus der US-PS 35 30 873 ist eine Anordnung zur Mischung von zwei Fluiden in einem bestimmten Verhältnis bekannt, wobei jedes Fluid zunächst in einen Zylinder eingebracht wird und durch das Zylindervolumen bemessen wird. Die Kolben der beiden Zylinder sind mechanisch miteinander gekoppelt. Zur Betätigung der Kolben der beiden Zylinder wird das eine Fluid in der Weise ausgenutzt, daß es für eine Bewegung in der einen Richtung die Seite des einen Kolbens beaufschlagt. Für die Bewegung in der anderen Richtung wird entweder ebenfalls das ebengenannte Fluid verwendet oder
b5 eine durch die erstgenannte Bewegung gespannten Feder. Bei dem Kolben, von dem eine Betätigiingskrafi ausgeht, befindet sich das betreffende Fluid ständig auf beiden Seiten des Kolbens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die bedienungsfrei arbeitet und keine Hilfsenergie benötigt
Zur Lösung dieser Aufgabe wird Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt
Die Anordnung nach der Erfindung arbeitet vollständig selbsttätig. Eine Hilfsenergie zum Entleeren der Kammern ist nicht erforderlich. Zum Einfüllen der beiden Gaskomponenten in die verschiedenen Kammern wird der Gasdruck des zu prüfenden Gases ausgenutzt Die Entleerung der beiden Kammern und die Überführung der beiden Gaskomponenten in die Meßkammer erfolgt durch die Schwerkraft, die auf die beiden beweglichen Wände der Kammern wirkt Diese Vorgänge sowie die Dosierung beim Einfüllen der Gaskomponente in die Kalmmern laufen vollständig automatisch ab. Eine Bedienungsperson ist nicht erforderlich.
Der konstante Abstand zwischen den beiden beweglichen Wänden kann durch ein Distanzelement aufrechterhalten werden, das an den Wänden anliegt und evtl. an einer oder an beiden Wänden befestigt ist
Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht das Mischen des brennbare Bestandteile enthaltenden Gases mit gesammeltem oxidierendem Gas, ohne daß hierfür besondere Mischgefäße mit beweglichen Teilen erforderlich sind. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Raum außerhalb der Kammern, in dem die gesammelten Gase zusammengeführt werden, wie eine Leitung ausgebildet ist, die sowohl an die erste wie an die zweite Kammer anschließbar ist.
Die spezielle Ausbildung der Anordnung gemäß Anspruch 2 ist außerordentlich einfach und betriebssicher und eignet sich daher besonders für die Anwendung bei der Gasbestimmung bei der Überwachung von kontinuierlichen Prozessen. Ferner ermöglicht sie die Ausnutzung der Schwerkraft des ersten und zweiten beweglichen Körpers für deren Bewegungen, indem der eine dieser Körper über dem anderen angeordnet ist und beide Körper sich vertikal bewegen. Durch die Ausnutzung der Schwerkraft auf diese Weise erreicht man auch, daß das Entleeren der Kammern mit konstanter Geschwindigkeit geschieht.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, eine oder beide der beweglichen Wände als elastische Membran auszubilden. Unter anderen ist es auch möglich, bei der genannten Ausführungsform mit biegsamen Membranen und beweglichen Körpern wenigstens einen der beweglichen Körper durch eine Feder zu ersetzen. Wenn die Schwerkraft nicht für die Bewegung der Wände ausgenutzt wird, braucht ihre Bewegung nicht vertikal zu verlaufen.
Die Erfindung hat sich insbesondere bei der Überwachung des Betriebs eines Transformators als sehr geeignet erwiesen, der flüssiges und festes Dielektrikum enthält. Aus diesem Grunde wird die Erfindung für ein solches Anwendungsbeispiel anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
Y i g. 1 schematisch eine vereinfacht dargestellte Anordnung zur Entgasung des Transformatorenöls, die an den schematisch dargestellten Transformator angeschlossen ist,
F i g. 2a ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung während d::s Sammelns von Gas,
F i g. 2b die Anordnung gemäß F i g. 2a während der Entleerung und Analyse.
In F i g. 1 ist von einem Hochspannungstransformator lediglich das als Ölkessel ausgebildete Gehäuse 3 schematisch angedeutet In dem Gehäuse befindet sich der in üblicher Weise ausgebildete Kern mit den Wicklungen. Der Transformator ist vollständig mit öl gefüllt, welches bis in das an den Transformator angeschlossene Expansionsgefäß 18 reicht und dort mit 19 bezeichnet Kt Das gesamte ölvolumen ist gegenüber der Atmo-Sphäre durch eine Membran 20 aus Gummi oder Metall, die am Deckel 21 des Expansionsgefäßes dichtend anliegt verschlossen. Oberhalb der Membran hat der Dekkel ein Kompressionsventil 22 für Luft Neben dem öl als flüssiges Isolationsmittel werden in dem Transformator feste Isolationsmittel verwendet, wie zum Beispiel Isolierzylinder, Distanzelemente und Leiter- und Wicklungsisolationen. Die hierbei vorkommenden Materialien sind zum Beispiel Preßspan und Zellulosepapier.
Die in F i g. 1 vereinfacht dargestellte Entgasungsan-Ordnung besteht aus einem Kreislaufsystem, dessen Einlauf 30 Ol vom Transformator zugeführt wird und über dessen Kreislauf 31 Öl zum Transformator zurückgeführt wird In dem Kreislauf liegt eine Entgasungskammer 35, eine ölpumpe 36 und ein Flüssigkeitsmesser 42.
Ferner ist ein Ventil 34 vorhanden, das in Abhängigkeit des Niveaus des Öls 46 in der Entgasungskammer 35 geregelt wird. Ferner enthält der vereinfacht dargestellte Entgasungskreislauf weitere nicht dargestellte Elemente wie Ventile, Erwärmungsvorrichtung, Filter und eine Feuchtigkeitsmeßanordnung.
An dem Raum 47 oberhalb des Füllkörpers 45 der Entgasungskammer ist über die Leitung 49 die Anordnung 55 zur Bestimmung der beim Entgasen freigewordenen brennbaren und nichtbrennbaren Gasen gemäß der Erfindung angeschlossen. In der Leitung 49 liegen eine Vakuumpumpe 50, ein ölkondensator 52 und ein Wasserabschneider 54. An die Leitung 49 ist ferner ein Druckmesser 56 angeschlossen. Der Zirkulationskreis ist normalerweise kontinuierlich an die in Betrieb befindliche Entgasungskammer und der Vakuumpumpe an den Transformator angeschlossen, so daß eine kontinuierliche Entgasung stattfindet Die ölmenge, die vom Transformator zur Entgasung durch den Zirkulationskreis und zurück zum Transformator geführt wird, kann beispielsweise bis zu 10 Liter pro Minute betragen. Der von der Vakuumpumpe 50 im Raum 47 der Entgasungskammer erzeugte Unterdruck kann bis zu 0,5 Torr betragen. Es ist vorteilhaft, eine Entgasung des Transformatoröls gemäß der vorliegenden Erfindung auch vor der Inbetriebnahme des Transformators vorzunehmen, beispielsweise dann, wenn er als Reserveaggregat benutzt wird, so daß die Sauerstoffkonzentration im öl bei der Inbetriebnahme niedrig ist.
Die bereits genannte Anordnung 55 zur Gasbestimmung wird detaillierter in den F i g. 2a und 2b gezeigt. Fig. 2a zeigt die Anordnung während des Sammelns von Gas, während F i g. 2b die Anordnung während der Entleerung und Analyse zeigt. Die Anordnung enthält einen Dosierungsteil und einen Analysierungsteil. Der Dosierungsteil, welcher Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, hat zwei Behälter 60 bzw. 61. Der Behälter 60 ist in zwei Räume 62 und 63 unterteilt, die durch eine Rollmembran 64 aus beispielsweise Gummi voneinander ^'-trennt sind. Der Raum 63 bildet die bereits genannte zweite Kammer. Der Raum 62 steht über die öffnung 65 mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung, während der zweite Raum 63 als einzige Verbindung nach außen die Leitung 66 hat. Auf gleiche Weise ist der
Behälter 61 in zwei Räume 67 und 68 unterteilt, die mit einer Rollmembran 69 von gleicher Art wie die Membran 64 voneinander getrennt sind. Der Raum 68 bildet die bereits genannte erste Kammer. Der Raum 67 steht über die öffnung 70 mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung, während der erste Raum 68 als einzige Verbindung nach außen die Leitung 71 hat. An die Rollmembran 64 liegt ein Körper 72 und an die Rollmembran 69 ein Körper 73 an. Diese Körper sind durch eine
der Membran 69 nach oben. Da der Körper 72 mit dem Körper 73 verbunden ist, wird der Körper 72 gleichzeitig zusammen mit der Membran 64 nach oben geschoben, wobei Luft über die Leitung 66 und durch das Ventil 80 in die Kammer 63 gesaugt wird. Das Volumen der Kammer 63 ist im Verhältnis zum Volumen der Kammer 68 so bemessen, daß die Sauerstoffmenge in der Kammer 63 einen Überschuß im Verhältnis zu der für die Verbrennung der brennbaren Gase in der Kammer
Stange 74 miteinander verbunden, die die Körper auf io 68 erforderlichen Menge enthält. Wenn der Körper 73
konstantem Abstand voneinander hält. Die Stange läuft durch eine öffnung 75 in der Trennwand 76 zwischen der zweiten Kammer 63 in dem Behälter 60 und dem Raum 67 in dem Behälter 61 und durch eine öffnung in der Membran 64. Die Stange ist in der öffnung 75 mittels eines Axiallagers 77 gelagert, wobei diese öffnung durch in ihr angebrachte Manschettenpackungen 78 bzw. 79 abgedichtet ist und die öffnung in der Membran 64 durch eine Befestigungsplatte abgedichtet ist, die die Membran am Körper 72 festklemmt.
Die Leitungen 66 und 71 sind mit einem verstellbaren Magnetventil 80 verbunden. Dieses kann in eine der beiden in Fig.2a bzw. 2b gezeigten Stellungen gebracht werden. In dem erstgenannen Fall steht die Lei-
so weit nach oben geschoben worden ist, daß er dieobere Kante des Behälters 61 oder eine andere obere Grenzlage erreicht, wobei auch der Körper 72 seine höchste Lage erreicht, wird das Ventil 80 in die in Fig. 2b gezeigte Stellung umgestellt. Diese Verstellung des Ventils 80 kann mit einem Niveauschalter vorgenommen werden, der in Abhängigkeit der Höhenlage des Körpers 72 oder des Körpers 73 gesteuert wird. Bei kleinen Gasflüssen kann es mehrere Stunden oder mehrere Tage dauern, bevor die Kammer 68 und damit die Kammer 63 gefüllt ist, und bevor die Stellung des Ventils geändert wird.
Nach Übergang des Ventils in die in F i g. 2b gezeigte Stellung wird die Kammer 68 vom gesammelten Gas tung 66 über das Ventil SO mit der äußeren Atmosphäre 25 über die Leitung 71 und die Kammer 63 von der ange- und die Leitung 71 über das Ventil 80 mit der Leitung 49 saugten Luft über die Leitung 66 entleert. Diese Gase der Entgasungskammer in Verbindung. Dabei ist das werden zusammen durch die Leitung 82 und die Anord-Rückschlagventil 81 in der Leitung 82 geschlossen. In nung 84 geleitet. Das Entleeren der Kammern 68 und 63 dem letztgenannten Fall ist die Verbindung der Leitung erfolgt durch Ausnutzung der Schwerkraft der Körper 66 mit der äußeren Atmosphäre unterbrochen, und die 30 72 und 73. Diese Körper haben daher ein solches GeVerbindung der Leitung 71 mit der Leitung 49 ist eben- wicht, daß sie während des Sammelzeitabschnitts vom falls aufgehoben, während das Rückschlagventil 81 das Gasdruck hochgehoben werden können und anschlie-Herausströmen von Gas aus den Leitungen 66 und 71 in ßend die Gase zur Analyse in der Anordnung 84 beim die äußere Atmosphäre über die Leitung 82 zuläßt. Entleeren herauszudrücken vermögen. Das Entleeren
Die Leitung 82 enthält außer dem genannten Rück- 35 der Kammer 63 und 68 und die Analyse des Gasgeschlagventil 81 ein Drosselventil 83, das eine Regelung mischs dauert normalerweise nur einige Minuten. Wenn des Flusses durch die Leitung 82 ermöglicht, sowie eine der Körper 73 beim Entleeren am Boden des Behälters Anordnung 84 zur Bestimmung des Gehaltes an brenn- 61 oder einer anderen unteren Grenzlage angekommen barem Gas in einem Gasgemisch. Die Anordnung 84 ist, wobei auch der Körper 72 seine tiefste Lage erreicht besteht aus einer Brückenschaltung 85 aus vier Wider- 40 hat, dann wird das Ventil 80 in die in Fig. 2a gezeigte ständen 86,87,88 und 89, von denen die beiden letztgc- Lage umgestellt, wobei ein neuer Samrnclzcitabschnitt nannten im Gasstrom durch die Leitung 82 und die beiden erstgenannten außerhalb des Gasstromes liegen.
Der Widerstand 89 ist von einem porösen Körper 90
umgeben, der einen Katalysator, wie z. B. Platin, zur 45
Verbrennung von brennbaren Gasen enthält, während
der Widerstand 88 von einem gleichen Körper 91 ohne
Katalysator umgeben ist. Wenn ein brennbares Gase
enthaltendes Gasgemisch an den Widerständen 88 und
89 vorbeiströmt, so verursacht die katalytische Verbren- 50 nung 84, sowie durch Feststellung der ölmenge, die nung der brennbaren Gase aufgrund der dabei eintre- während der Sammlungszeit für das Gas im Raum 68 tenden Temperaturerhöhung eine Veränderung des Re- den Flüssigkeitsmesser 42 (F i g. 1) passiert hat, kann der sistanzwerts des Widerstands 89, was eine Änderung gesamte Gasgehalt des Öls bestimmt werden, ebenso der am Voltmeter 92 liegenden Nullspannung der Brük- wie die darin enthaltenen Anteile an brennbaren Gasen ke 85 zur Folge hat Die Anordnung 84 kann mit be- 55 und nichtbrennbaren Gasen. Dadurch erhält man eine kannten Mischungen aus brennbaren und nichtbrennba- sehr wirksame Überwachung des Transformatorberen Gasen geeicht werden, die vom Raum 68 (in gefüll- triebs und gleichzeitig die Möglichkeit zu schnellen Getem Zustand) zur Anordnung 84 zusammen mit Luft genmaßnahmen bei Betriebsstörungen. Mit Hufe einer vom Raum 63 (in gefülltem Zustand) geleitet werden. geeigneten elektronischen Anordnung kann die genann-Dadurch kann man mit Hilfe des Ausschlags des Volt- 60 te Bestimmung des Gehaltes an brennbaren und nicht meters 92 für ein bestimmtes Gasgemisch direkt den brennbaren Gasen im öl automatisch durchgeführt Gehalt an brennbaren Gasen in diesem Gemisch be- werden.
stimmen. Die Anordnung arbeitet wie folgt: Während Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich auch
eines Zeitabschnitts, in dem Gas zur Analyse gesammelt bei der Überwachung des Betriebs anderer Transformawird, befindet sich das Magnetventil in der in Fig. 2a 65 toren mit anderen flüssigen Dielektrika als öl anwendgezeigten Stellung. Das Gas in der Leitung 49 wird dann bar, wie verschiedenen aliphatischen und zyklischen von der Pumpe 50 durch die Leitung 71 in die Kammer Kohlenwasserstoffen und anderen festen Dielektrika als 68 gedruckt und schiebt den Körper 73 zusammen mit solchen aus Zellulose, wie verschiedenen synthetischen
für Gas aus der Leitung 49 beginnt. Die Änderung der Stellung des Ventils 80 kann mit einem Niveauschalter derselben Art wie obenerwähnt vorgenommen werden. Angesichts der Kenntnis des Volumens des aus der Leitung 49 gesammelten Gases (also das Volumen der ersten Kammer 68 in gefülltem Zustand) und durch Bestimmung des Gehalts an brennbaren und nichtbrennbaren Gasen in dem gesammelten Gas in der Anord-
polymeren Materialien. Die Erfindung ist auch zur Bestimmung des Gehalts an brennbaren Bestandteilen in Gasen von anderen Prozessen, wie z. B. die anfangs genannten Verbrennungsreaktionen und Reduktionsprozesse, anwendbar.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
IO
30
35
40
45
50
55
60
65

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Anordnung zum Sammeln eines Gasgemisches mit brennbaren Anteilen und zum Zusetzen von oxidierendem Gas zu dem Gasgemisch zur Bestimmung des Gehaltes an brennbaren Anteilen im Gemisch durch Verbrennen der brennbaren Anteile mit dem oxidierenden Gas mit einer ersten und zweiten Kammer (68, 63), wobei die erste Kammer (68) an das zu prüfende Gasgemisch anschließbar ist und teilweise von einer ersten beweglichen Wand (69) begrenzt ist, deren Verschiebung ein Füllen und Entleeren der ersten Kammer ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bewegliche Wand (69) der ersten Kammer (68) beim Einfüllen des Gasgemisches von dem Druck dieses Gasgemisches in der einen Richtung bewegt wird, daß die zweite Kammer (63) an das oxidierende Gas anschließbar ist und teilweise von einer zweiten beweglichen Wand (64) begrenzt ist, deren Verschiebung ein Füllen und Entleeren der zweiten Kammer mit bzw. von oxidierendem Gas ermöglicht, daß die zweite bewegliche Wand und die erste bewegliche Wand sich in konstantem Abstand voneinander bewegen, daß beim Füllen der beiden Kammern die vom Gasgemisch erzwungene Bewegung der ersten beweglichen Wand durch mechanische Kopplung auf die zweite bewegliche Wand übertragen wird und daß die erste Kammer und die zweite Kammer an einen Raum (82,84) außerhalb der Kammern zum Zusammenführen von in den Kammern gesammelten Gasen anschließbar sind, wobei die Bewegung der beiden beweglichen Wände (64,68) zum Entleeren der beiden Kammern durch die auf die beweglichen Wände wirkenden Schwerkräfte erzeugt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bewegliche Wand eine erste biegsame Membran (69) ist, an deren von der ersten Kammer (68) abgewandten Seite ein beweglicher erster Körper (73) anliegt, daß die zweite bewegliche Wand eine zweite biegsame Membran (64) ist, an deren von der zweiten Kammer abgewandten Seite ein beweglicher zweiter Körper (72) anliegt.
DE2705111A 1976-02-23 1977-02-08 Anordnung zum Sammeln eines Gasgemisches mit brennbaren Anteilen und zum Zusetzen von oxidierendem Gas Expired DE2705111C2 (de)

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