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Schutzvorrichtung für einen Transformator
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Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Transformator
mit Ölauffangwanne und Leckölwächter, wobei die Schutzvorrichtung insbesondere für
solche Fälle vorteilhaft ist, wo Wasser in die Ölauffangwanne eindringen kann, also
z.B. bei Aufstellung des Transformators im Freien.
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Handelsübliche Transformatoren besitzen meist eine geschlossene olauffangwanne,
die in der Lage ist, bei einem Leck des Transformators das gesamte im Transformator
enthaltene Öl aufzunehmen.
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Wenn aber ein Transformator im Freien aufgestellt wird, kann auch
Regenwasser in diese Ölauffangwanne dringen. Es kann daher vorkommen, daß bei einem
Leck des Transformators die Ölauffangwanne mit Regenwasser gefüllt ist und das Öl
in die Umgebung abläuft. Bei Transformatoren, die im Freien aufgestellt werden,
muß man daher in der Ölauffangwanne Ölabscheider vorsehen, die aber sehr aufwendig
sind. Nicht zuletzt um diesen Schwierigkeiten auszuweichen, bringt man Transformatoren
z.B. bei Netzstationen meist in regensicheren Gehäusen unter, nimmt aber dabei eine
Belastungsreduzierung wegen der schlechteren Belüftung in Kauf. Bei solchen Gehäusen
muß man Lüftungsschlitze vorsehen, durch die aber unter Umständen Tnibschnee in
das Gehäuseinnere gelangen kann, das wiederum als Wasser in die olauffangwanne dringen
kann. Auch bei Unterbringung des Transformators in einem Gehäuse mit Lüftungsschlitzen
ist also nicht sichergestellt, daß die Ölauffangwanne wasserfrei ist und damit mit
ihrem vollen
Volumen zum Auffangen des ausgetretenen Öls zur Verfügung
steht.
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Sowohl bei Aufstellung im Freien als auch bei Aufstellung in Gehäusen
mit Lüftungsschlitzen besteht also die Gefahr, daß aus dem Transformator ausgetretenes
Öl aus der Ölauffangwanne nach außen dringt und dort Grundwasserschäden hervorruft.
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Wenn durch ein Leck Öl aus dem Transformator austritt und dadurch
spannungsführende Teile nicht mehr von Öl bedeckt sind, so kann sich in der Luftstrecke
zwischen zwei spannungsführenden Teilen ein Lichtbogen ausbilden. Dieser Lichtbogen
kann eine Explosion des Transformators verursachen. Das im Transformator enthaltene
Öl kann dabei große Grundwasserschäden hervorrufen und Personen, die sich in der
Umgebung aufhalten, sind gefährdet. Wenn man den Transformator in einem Gehäuse
aufstellt, so kann man das Gehäuse zwar explosionssicher machen, wenn aber der Transformator
explodiert, kann aber das auslaufende Öl in Brand geraten und ebenfalls die Umgebung
gefährden. Bei vielen handelsüblichen Transformatoren ist daher ein Leckölwächter
vorgesehen, der anspricht, bevor ein Lichtbogen im Transformator entstehen kann
und der über eine Steuerleitung einen Ausschaltbefehl auf die Einspeiseschalter
gibt und damit für eine Unterbrechung der Energiezufuhr sorgt.
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Diese Maßnahme ist aber z.B. ei Netzstationen sehr aufwendig, da hierbei
die Einspeiseschalter meist in einer großen Entfernung zum Transformator stehen,
und daher lange und entsprechend störanfällige Steuerleitungen nötig sind. Besonders
aufwendig wird diese Maßnahme, wenn z.B. bei Netzstationen auch eine Rückspeisung
von der Unterspannungsseite her möglich ist, da dann sowohl auf der Unter- als auch
auf der Oberspannungsseite eine Unterbrechung erfolgen muß.
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Neuerdings werden Transformatoren mit Erdungsschaltern bestückt, die
entweder direkt am Transformator angebaut sind oder z.B. in einer Netzstation in
der Nähe des Transformators montiert sind.
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Diese Erdungsschalter dienen lediglich dazu, bei Wartungs- und Inspektionsarbeiten
die Spannungsfreiheit der Anlage sicherzustellen. Sie ersetzen das bisher übliche
und wegen Verwechslungsgefahr gefährliche Erden in einer unter Umständen entfernt
liegenden Schaltanlage bzw. das ebenfalls gebräuchliche Erden mit
einer
sogenannten Erdungsspinne am Transformator.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Leckage des Transformators
die Umwelt bzw. Umgebung einfacher und wirkungsvoller vor den möglichen Folgen der
Leckage zu sichern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ö1-auffangwanne
eine Wasserauslaßklappe besitzt und daß der Leckölwächter beim Ansprechen diese
Wasserauslaßklappe schließt. Damit wird erreicht, daß in die Ölauffangwanne eindringendes
Wasser durch die normalerweise offene Wasserauslaßklappe abfließen kann, so daß
stets das gesamte Volumen der Olauffangwanne für das bei einer eventuellen Leckage
austretende Öl zur Verfügung steht. Bei Leckage des Transformators wird die Wasserauslaßklappe
geschlossen und das Öl wird in der Ölauffangwanne zurtokgehalten.
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Der Leckölwächter der erfindungsgemäßen Einrichtung kann einen Schalter
betätigen, der in einem Betätigungsstromkreis für die Wasserauslaßklappe liegt.
Das stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Wasserauslaßklappe elektrisch anzusteuern.
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Der Leckölwächter der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kann über
eine mechanische Verbindung einen die Wasserauslaßklappe betätigenden Kraftspeicher
auslösen. Bei dieser rein mechanischen Betätigung der Wasserauslaßklappe ist eine
elektrische Hilfsspannung nicht erforderlich.
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Der Leckölwächter der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung für einen
Transformator mit einem Erdungsschalter kann beim Ansprechen den Erdungsschalter
schließen. Durch den dann fließenden Kurzschlußstrom werden auf der einspeisenden
Seite Sicherungen oder durch einen Kurzschlußschutz angesteuerte Leistungsschalter
ausgelöst und damit wird die Spannung am Transformator abgeschaltet. Wenn der Transformator
sowohl von der Primär- als auch von der Sekundärseite gespeist wird, wird die Einspeisung
beidseitig unterbrochen. Gesonderte Steuerleitungen sind dabei nicht nötig.
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Der Leckölwächter kann dazu einen Schalter betätigen, der in
einem
Betätigungsstromkreis für den Erdungsschalter liegt. Das ist eine einfache Möglichkeit
zur elektrischen Auslösung des Erdungsschalters, wobei allerdings eine elektrische
Hilfsspannung erforderlich ist.
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Der Leckölwächter der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kann über
eine mechanische Verbindung einen den Erdungsschalter betätigenden Kraftspeicher
auslösen. Das hat den Vorteil, daß keine elektrische Hilfsspannung nötig ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, bei der die Anschlüsse
des Transformators als Stecker ausgeführt sind, kann der Erdungsschalter mit einer
Verriegelung für die Stecker gekoppelt sein, wobei die Verriegelung eingreift, wenn
der Erdungsschalter geöffnet ist. Damit wird erreicht, daß ein Stecker erst dann
gezogen werden kann, wenn der Erdungsschalter eingelegt und damit die Spannungsfreiheit
des Transformators gesichert ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, bei der die Anschlüsse
des Transformators als Stecker ausgeführt sind, können die Stecker mit einer Betätigungssperre
für den Erdungsschalter gekoppelt sein, wobei die Betätigungssperre eingreift, wenn
wenigstens ein Stecker gezogen ist. Damit wird erreicht, daß der Erdungschalter
nicht betätigt werden kann, solange ein Stecker gezogen ist. Es wird also sichergestellt,
daß der Erdungsschalter geschlossen bleibt, solange ein Stecker gezogen ist.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung für Transformatoren
beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Dabei sind in den beiden Figuren
gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erftndungsgemaßen
Schutzvorrichtung für einen Transformator 1, wobei die WasserauslatJklappe 2a und
der Erdungsschalter 8 elektrisch angesteuert werden. Unter dem Tr;lnsformltor 1
ist zum Auffangen des Öls bei einer Leckage eine Ölauffangwanne 2 angeordnet. Die
Ölauffangwanne
2 besitzt eine Wasserauslaßklappe 2a, die im Normalfall durch eine Feder 2b offen
gehalten wird. In den Transformator 1 ist ein Leckölwächter 3 eingebaut, der einen
Schalter 3a besitzt. Dabei wird zweckmäßigerweise ein Schwimmerschalter verwendet.
Die Wasserauslaßklappe 2a ist mit einer magnetischen Betätigungsvorrichtung 5, im
Beispiel einer Spule 5 mit Anker 5a gekoppelt. Die Spule 5 ist über den Schalter
3a des Leckölwächters 3 mit einer Hilfsspannungsquelle 6, im Beispiel schematisch
als Batterie dargestellt, verbunden.
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An den Oberspannungsanschlüssen 1a des Transformators 1 ist ein Erdungsschalter
8 angebaut, der die Oberspannungsanschlüsse 1a mit einer Erdungsschiene 7 verbinden
kann. Der Erdungsschalter 8 ist einschaltfest, d.h. er kann beim versehentlichen
Erden des spannungsführenden Netzes den vollen Kurzschlußstrom schalten.
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Er wird von einer magnetischen Betätigungsvorrichtung 9, im Beispiel
schematisch als Spule 9 mit Anker 9a dargestellt, über ein Gestänge 10 betätigt.
Die Spule 9 ist über den Schalter 3a des Leckölwächters 3 mit der Hilfsspannungsquelle
6 verbunden. Zur Hand-Betätigung des Erdungsschalters bei Wartungsarbeiten ist parallel
zum Schalter 3a ein Hand-Taster 14 vorgesehen. Aus Sicherheitsgründen wird dabei
der Erdungsschalter 8 zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß er im geschlossenen Zustand
einrastet, d.h.
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nicht selbsttätig öffnet, wenn die Spule 9 spannungsfrei wird.
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Der Erdungsschalter 8 kann alternativ auch ein in Figur 1 nicht dargestelltes
Schaltfederwerk besitzen. Die magnetische Betätigungsvorrichtung 9 muß dann nur
eine Sperrklinke im Schaltfederwerk auslösen. Dabei ist sichergestellt, daß der
Erdungsschalter 8 nicht selbsttätig öffnen kann, wenn der Leckölwächter 3 nicht
mehr angesprochen hat. U.U. kann die Sperrklinke von einem mit einem kräftigen Schwimmer
ausgerüsteten Leckölwächter 3 direkt betätigt werden, die magnetische Betätigungsvorrichtung
9 kann dann entfallen.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird im folgenden anhand von
Figur 1 erläutert. Wenn der Transformator 1 Öl verliert, so müssen vor allem zwei
Maßnahmen vorgesehen werden: Es muß dafür gesorgt werden, daß das austretende Öl
aufgefangen wird und nicht
in den Boden eindringt und der Transformator
1 muß abgeschaltet werden. Wenn man den Transformator 1 nicht abschaltet, kann sich
in der Luftstrecke zwischen spannungsführenden Teilen, die nicht mehr von Öl bedeckt
sind, ein Lichtbogen ausbilden. Da das zu einer Explosion des Transformators 1 und
zu einer Entzündung des ausgetretenen Öls führen kann, ist damit auch die Umgebung
des Transformators gefährdet.
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Sobald der Leckölwächter 3 anspricht, wird der Schalter 3a des Leckölwächters
3 geschlossen. Dadurch wird über die magnetische Betätigungseinrichtung 5 die Wasserauslaßklappe
2a geschlossen, so daß das austretende Öl vollständig von der Ölauffangwanne 2 aufgefangen
wird. Im ungestörten Betrieb ist die Wasserauslaßklappe 2a geöffnet, so daß eindringendes
Regenwasser abfließen kann. Mit dem Ansprechen des Leckölwächters 3 und dem Schließen
des Schalters 3a wird außerdem über die magnetische Betätigungseinrichtung 9 der
Erdungsschalter 8 geschlossen. Durch den so entstehenden Kurzschluß werden Sicherungen
oder ein von einer Kurzschlußüberwachungseinrichtung gesteuerbr Leistungsschalter
auf der einspeisenden Seite ausgelöst. Wenn die Einspeisung sowohl ober- als auch
unterspannungsseitig erfolgt, wirkt der Kurzschluß auf beiden Seiten und die Einspeisung
wird beidseitig unterbrochen. Der Transformsltor 1 wird daher sofort spannungsfrei.
Da der Leckölwächter 3 so ausgelegt ist, daß er anspricht, bevor spannungsführende
Teile nicht mehr von Öl bedeckt sind, kann ein Lichtbogen in der Luftstrecke im
Transformator nicht entstehen. Der Erdungsschalter 8 wird bei Wartungsarbeiten nach
Abschalten der Einspeisespannung mit dem Hand-Taster 14 von Hand betätigt, um die
Spannungsfreiheit der Anlage sicherzustellen.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 kann man die Ansteuerung
der Wasserauslaßklappe 2a auch in Ruhestrom-Schaltung ausführen. Die Feder 2b ist
dann so angeordnet, daß sie die Wasserauslaßklappe 2a geschlossen hält, wenn sie
nicht von der magnetischen Betätigungsvorrichtung 5 geöffnet wird. Als Schalter
3a wird anstelle des in Figur 1 gezeigten Schließers ein Öffner vorgesehen. Damit
wird erreicht, daß die Wasserauslaßklappe 2a durch die Feder 2b geschlossen wird,
sobald der Leckölwächter 3 anspricht oder die Hilfsspannung 6 ausfällt.
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Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung mit rein mechansicher
Ansteuerung der Wasserauslaßklappe 2a und des Erdungsschalters 8. Die Schutzvorrichtung
ist der Übersichtlichkeit wegen rein schematisch dargestellt. Der Erdungsschalter
8 ist über ein drehbares Gelenk mit einer Betätigungsstange 10 verbunden. An der
Betätigungsstange 10 greift eine Feder 11 an, die an einem Festpunkt 11a befestigt
ist. Die Feder 11 ist gespannt, wenn der Erdungsschalter 8 geöffnet ist. Der Erdungsschalter
8 wird mit der Betätigungsstange 10 gegen die Spannung der Feder 11 durch eine Sperrklinke
3b des Leckölwächters 3 im offenen Zustand gehalten. Die Betätigungsstange 10 ist
über ein Gelenk 10a mit der Stange 12 verbunden. Die Stange 12 ist an einem Festpunkt
12a drehbar gelagert und über ein drehbares Gelenk 12b mit der Betätigungsstange
13 verbunden. Die Betätigungsstange 13 greift an der Wasserauslaßklappe 2a an und
hält diese geöffnet, solange die Sperrklinke 3b des Leckölwächters 3 an der Betätigungsstange
10 im Eingriff ist.
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Sinkt nun der Ölstand im Transformator 1 ab, so bewegt sich die Sperrklinke
3b des Leckölwächters 3 nach unten und gibt die Betätigungsstange 10 frei. Durch
die Kraft der gespannten Feder 11 wird die Betätigungsstange 10 nach rechts gezogen,
damit wird der Erdungsschalter 8 und über die Stange 12 und die Betätigungsstange
13 auch die Wasserauslaßklappe 2a geschlossen. Nach Beseitigung des Fehlers wird
die Betätigungsstange 10 von Hand, gegebenenfalls über eine hier nicht dargestellte
Einrichtung gegen die Kraft der Feder 11 weder nach links bezogen, bis die Sperrklinke
3b einrastet. Der Erdungsschalter 8 und die Wasserauslaßklappe 2a sind damit wieder
geöffnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß keine Hilfsspannung nötig ist. Wenn
der Leckölwächter 3 nicht in der Lage ist, über die Sperrklinke 3b die Auslösekraft
für die relativ starke Feder 11 aufzubringen, so könnte man u.U. einen Hilfsfederspeicher
vorsehen, dessen Sperrklinke mit geringsten Kräften gelöst werden kann und der dann
seinerseits die Sperrklinke 3b auslöst. Um die Spannungsfreiheit der Anlage sicherzustellen,
wird l)si Ni<rtrngsarboi Len nach Abschnlten der Einspeisespannung die Sperrkl:
le 3b iiber eine hier nicht dargestellte Einrichtung von Hand ausgelöst und damit
der Erdungsschalter 8 geschlossen.
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Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung läßt sich vorteilhaft anwenden
für Transformatoren, deren Anschlüsse steckbar sind.
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Der Erdungsschalter 8 wird dabei zweckmäßigerweise im Trafokessel
selbst untergebracht. Ltm zu verhindern, daß die Stecker unter Spannung gezogen
werden, werden sie über eine mechanische Einrichtung verriegelt, wenn der Erdungsschalter
8 geöffnet ist.
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Die Stecker können also nur dann gezogen werden, wenn der Erdungsschalter
8 geschlossen ist und damit die Spannungsfreiheit gesichert ist. Durch eine weitere
mechanische Einrichtung kann das Öffnen des Erdungsschalters 8 gesperrt werden,
wenn ein Stecker gezogen ist. Der Erdungsschalter 8 kann dann nicht geöffnet werden,
solange nicht alle Stecker wieder angesteckt sind.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die erfindungsgemäße
Schutzvorrichtung die Umgebung des Transformators wirkungsvoll vor den möglichen
Folgen einer Leckage geschützt wird. Die beiden notwendigen Maßnahmen, nämlich Auffangen
des ausgelaufenen Öls und Abschalten des Transformators werden einfach und betriebssicher
ausgeführt. Der Aufwand ist sehr gering, da der Erdungsschalter zugleich auch zum
Personenschutz bei Wartungsarbeiten verwendet wird. Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung
kann selbstverständlich in derselben Weise für Transformatoren, die anstelle des
Öls ein beliebiges anderes flüssiges Isoliermedium enthalten, eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft läßt sich die Schutzvorrichtung für Netzstationen verwenden,
bei denen der Transformator im Freien aufgestellt wird.
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2 Figuren 8 Patentansprüche