DE3227631C2

DE3227631C2 - Vorrichtung zum Bestimmen des Gehalts von Gaskomponenten in Öl einer mit Öl gefüllten Einrichtung

Info

Publication number: DE3227631C2
Application number: DE3227631A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Takamatsu Gange; Etsunori Hitachi Mori; Seiichi Kita Kagawa Sakai; Shigeo Shiono; Katuo Hitachi Sugawara; Ictitaro Kitaibaraki Tani; Hideo Mito Tsukioka
Original assignee: Shikoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Shikoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1986-03-06
Also published as: GB2104654A; DE3227631A1; CA1173271A; GB2104654B; US4444040A

Abstract

Die Vorrichtung zur Feststellung der Gaskomponenten im Öl in einer mit Öl gefüllten Einrichtung hat eine Gasspeicherkammer, die an der mit Öl gefüllten, Isolieröl aufweisenden Einrichtung über ein Gas durchlassendes Material befestigt ist, das Gaskomponenten aus dem isolierenden Öl separieren kann. Weiterhin hat die Vorrichtung ein Gaskalibrierrohr, das an der Gasspeicherkammer über ein Schaltventil angeordnet ist, sowie eine Gaschromatographievorrichtung, die mit dem Gaskalibrierrohr durch ein Schaltventil verbunden ist. Dadurch wird jeglicher Einfluß von Gaskomponenten im unteratmosphärischen Druckbereich beseitigt, wodurch die Konzentrationen der Gaskomponenten exakt gemessen werden können. Dafür ist wenigstens ein Rührmischer mit wenigstens einer Drosseldurchbrechung in einem Trägergaskanal vorgesehen, um die Gaskomponenten aus dem Gaskalibrierrohr in die Gaschromatographieeinrichtung auf der Aufstromseite der Gastrennsäule der gaschromatographischen Einrichtung zuzuführen. Zu diesem Zweck kann auch ein Umwälzkanal zwischen der Gasspeicherkammer und dem Gaskalibrierrohr vorgesehen werden, wobei ein Ventil am Umwälzkanal eine Verbindung mit der Atmosphäre herstellen kann. Für die Umwälzung des Gases im Umwälzkanal ist eine Gasumwälzeinheit vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Gehalts von Gaskomponenten in Öl einer mit Öl gefüllten Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Wenn in einer mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung, beispielsweise einem Transformator, einem Gleichrichter, einem Kondensator, einem Kabel und dergleichen, eine Anomalität auftritt, wie eine lokale Überhitzung oder eine Teilentladung, wird das isolierende öl oder der isolierte Feststoff zersetzt, wobei gasförmiger Wasserstoff H2 und Kohlenwasserstoffgas wie CH₄, C2H2, C2H4. C2H6 und dergleichen sowie Gase anderer Art, nämlich CO, CO2 usw. erzeugt werden. Die meisten dieser Gase bleiben in dem isolierenden öl gelöst. Wenn deshalb die in Jem isolierenden öl in der mit Öl gefüllten elektrischen Einrichtung gelösten Gase konstant überwacht werden, ist es möglich, frühzeitig eine Anomalität in der Einrichtung festzustellen.

Um die in dem Isolieröl in seiner mit Öl gefüllten Einrichtung gelösten Gaskomponenten zu ermitteln, ist es bereits bekannt, die gelösten Gaskomponenten von dem Isolieröl in der ölgefüllten Einrichtung zu separieren und die separierten Gaskomponenten in einer Gasspeicherkammer zu speichern. Die gespeicherten Gaskomoonenten werden aus der Gasspeicherkammer zu einer Gastrennkolonne gefuhrt, um mit einem Gasdetektor die Gaskomponenten festzustellen.

Wenn die gelösten gasförmigen Bestandteile von dem Gasdetektor ermittelt werden, der mit einer Vorrichtung zum Abtrennen der Gaskomponenten aus einem Isolieröl durch ein Gas durchlassendes Material verschen ist, und wenn ein entgastes öl als isolierendes öl für eine mit Öl gefüllte Einrichtung verwendet wird, beispielsweise in einem Transformator, herrscht in der Gasspeicherkammer oder in dem Gaskalibrierrohr ein unteratmosphärischer Druck, weil die Gaskomponenten in der Gasspeicherkammer oder in dem Gaskalibrierrohr in umgekehrter Richtung durch das Gas durchlassende Material von der Gasspeicherkammer in das entgaste Isolieröl hindurchgehen und darin aufgrund des Gleichgewichtsprinzips absorbiert werden. Wenn bei der quantitativen Bestimmung der jeweiligen Gaskomponenten über Spitzenleistungswerte durch Gaschromatographie in der Gasspeicherkammer ein unteratmosphärischer Druck herrscht, sind die Spitzcnleistungswerte bei dem unteratmosphärischen Druck etwas größer als unter Normaldruck. Die Spitzenlcistungswerte können jedoch nicht genau gemessen werden, da diese Werte der jeweiligen Gaskomponenten proportional zur Höhe des unteratmosphärischen Drucks zunehmen, der in der Gasspeicherkammer oder in dem Gaikalibrierrohr herrscht. Wie in F i g. 1 gezeigt ist, ergeben sich für die Gaskomponenten H 2, CO und CH4, die in Isolieröl gelöst sind, solche Beziehungen, daß die Spitzenleistungswerte in mV proportional zur Stärke des Unterdrücke in einer Gasspeicherkammer oder in einem Gaskalibrierrohr steigen.

Insbesondere bei der Feststellung von Gaskomponenten, die eine kurze gaschromatographische Feststellzeit haben, werden die Spitzenleistungswerte stark von der Größe des unteratmosphärischen Drucks beeinflußt. Für die Feststellung der durchgegangenen Gaskomponenten werden diese mit Hilfe eines Trägergases ausgeschoben. Das ausgeschobene Gas tritt ohne wcsentliche Diffusion der durchgegangenen Gaskomponenten in das Trägergas aufgrund der sehr kurzen Zeit in die Gaschromatographieeinrichtung in Form einer Zone, die unter einem unteratmosphärischen Druck steht, ein, wodurch der unteratmosphärische Druck die Spitzenleislungswerte beeinflussen kann. Somit ist es bei der quantitativen Bestimmung der durchgegangenen Gaskomponenten erforderlich, den in der Gasspeicherkammer oder im Gaskalibrierrohr herrschenden Druck zu messen, damit die erforderliche Druckkorrektur vorgenommen werden kann. Dies kompliziert jedoch nicht nur den Meßvorgang, sondern erfordert auch zusätzliche spezieile Einrichtungen, wie Druckmesser und dergleichen.
Um das Problem des unteratmosphärischen Drucks während der gaschromatographischen Untersuchung auszuschließen, ist es aus der DE-OS 28 04 367 bereits bekannt, in ein Rohr mit einer gasdurchlässigen Wand, das in Isolieröl eingetaucht ist, am Boden ein Trägergus einzuführen, das sich in dem Rohr mit dem eingedrungcnen Gas vermischt, welches über eine Gasleitung dem Gaschromatographen zugeführt wird, wobei annähernd atmosphärischer Druck vorgesehen werden kann. In diesem Fall kann der atmosphärische Druck nur anniihernd erreicht werden, da sonst das Eindringen des G;ises aus dem öl in das Rohr nicht stattfinden würde. Außerdem ist die Vermischung des Gases mit dem Trägergas nicht gleichförmig.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-

steht nun darin, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 so auszugestalten, daß die einzelnen Gaskomponenten gleichmäßig vermischt für ihre quantitative Bestimmung dem Gaschromatographen zugeführt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkrrs.len des Patentanspruchs 1 einerseits und mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 andererseits in gleicher Weise gelöst.

Mit der Lösung nach Anspruch 1 ist es möglich, trotz des unterataiosphärischen Drucks während der gaschromatographischen Messung eine einwandfreie Durchmischung des Gases aufgrund der Kontraktion, des Aufpralls und der Expansion des Gasstroms in dem Mischer zu erreichen, da Messungen bewiesen, daß aufgrund der intensiven Mischung trotz des unteratmosphärischen Drucks die Spitzenleistungswerte mit denen gemessen bei atmosphärischem Druck übereinstimmen, so daß die gewünschte Meßgenauigkeit gegeben ist.

rohr 6 angeschlossen. Das Gaskalibrierrohr 6 kann entweder mit der Gasspeicherkammer 4 oder mit der gaschromatographischen Meßeinrichtung 9 verbunden werden.

Die gaschromatographische Meßeinrichtung 9 hat eine Lut'tzuführeinheit 12 zum Zuführen von Luft als Trägergas zur Trägergasleitung 10. Die Luft wird in der Trägergasleitung 10 aus der Luftzuführeinheit 12 über eine Trocknereinheit 14, die mit einem Trocknungsmittel 13 gefüllt ist, und einen Mengenstromregler 15 eingeführt Die gaschromatographische Meßeinrichtung 9 hat eine Gastrennsäule 16, die mit der Gasleitung 11 verbunden ist, und eine Einheit 18, welche einen Gassensor 17 enthält Der Gassensor 17 ist mit einer Gassensorenergiequelle 19 verbunden, die an ein Aufzeichnungsgerät 20 angeschlossen ist.

Im Normalzustand sind die Öffnung 5F des Schaltventils 5 mit der öffnung 5A und die öffnung 5D mit 5E verbunden, so daß die Gasspeicherkammer 4 in Verbin-

Bei den Maßnahmsn nach Anspruch 2 wird zunächst 20 dung mit dem Gaskalibrierrohr 6 steht. Die Gasspeidurch die Verbindung mit der Außenatmosphäre Atmo- cherkammer 4 und das Gaskalibrierrohr 6 bilden einen sphärendruck in dem zu untersuchenden Gasgemisch
hergestellt, wobei mit Hilfe der Gasumwälzeinrichtung

eine innige Durchmischung erreicht wird, aufgrund de-Umwälzkanal zusammen mit den Verbindungsleitungen 7 und 8, die daran angeschlossen sind.

In diesem Zustand wird das Trägergas der gaschro-

rcr bei Atmosphärendruck genaue gaschromatographi- 25 matographischen Meßeinrichtung 9 im Nebenstrom gesche Meßwerte erhalten werden können. führt da die öffnungen 5ß und 5C des Schaltventils 5

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem Diagramm die Beziehung zwischen
dem Druckverhältnis in einem Gaskalibrierrohr bezo- 30 Gastrennsäule 16 angeordnet. Der Aufbau des Mischers gen auf Normaldruck als 1 und dem Spitzenleistungs- 21 ist im einzelnen in F i g. 3 gezeigt. Der Mischer 21 hat

miteinander in Verbindung stehen.

In der gaschromatographischen Meßeinrichtung 9 ist ein Mischer 21 in eier Gasleitung 11 stromauf von der

verhältnis bezogen auf das unter Normaldruck als 1 nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 schematisch im Schnitt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Feststellen der Gaskomponenten im öl in einer mit öl gefüllten Einrichtung,

Fig.3 im Schnitt den bei der Ausführungsform von I·" i g. 2 eingesetzten Mischer,

F i g. 4 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis im Gaskalibrierrohr bezogen auf Normaldruck als 1 und dem Spitzenleistungsverhältnis bezogen auf das Verhältnis unter Normaldruck als 1 bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform und

Fig.5 schematisch im Schnitt eine zweite Ausführungsform der Feststellung von Gaskomponenten im öl einer mit Öl gefüllten Einrichtung.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist Isolieröl 2 in ein Transformatorgehäuse 1 gefüllt. An der Seitenwand des Gehäuses 1 ist in Kontakt mit dem Isolieröl 2 ein Gas durchlassendes Material 3 vorgesehen, das in der Lage ist, nur Gaskomponenten aus dem isolierenden öl 2 durchzulassen, jedoch den Durchtritt von öl zu unterbinden.

An der Außenseite des Gehäuses 1 ist ein kreisförmiges 6-Wege-Schaltventil 5 vorgesehen. Die sechs öffnungen 5Λ bis 5Fdes Schaltventils 5 sind am Umfang des Schaltventils in gleichen Winkeln angeordnet. Ein Öffnungspaar, nämlich die öffnungen 5A und 5D, die im Winkel von 180° angeordnet sind, ist durch ein Gaskalibrierrohr 6 verbunden. Ein weiteres Öffnungspaar, nämlich die öffnungen 5£und SFdes Schaltventils, sind mit Verbindungsleitungen 7 und 8 verbunden, die in eine Gasspeicherkammer 4 münden. Das letzte Paar, nämlich eine Drosselplatte 23, die einen Gaskanal 22 der Gasleitung 11 verengt. Die Drosselplatte 23 hat wenigstens eine Drosselöffnung 24 in der Mitte des Kanals 22. Die Drosselöffnung 24 hat eine Fläche, die beträchtlich kleiner ist als die Querschnittsfläche des Gaskanals 22. In der stromab gelegenen Zone gerade hinter der Drosselplatte 23 ist ein Expansionsabschnitt 25 vorgesehen, der eine Fläche hat, die größer ist als die Querschnittsfläche des Gaskanals 22. In dem Expansionsabschnitt 25 ist eine Gasprallplatte 26 angeordnet, die der Drosselplatte 23 in einem festgelegten Abstand gegenüberliegt. Die Gasprallplatte 26 ist eine Abschirmplatte bzw. Blindplatte, wobei ein kleiner Freiraum 27 zwischen ihrem Umfang und der Umfangsinnenwand des Expansionsabschnitts 25 vorgesehen ist. Das in den Gaskanal 22 eingeführte Gas wird somit durch die Drosselöffnung 24 eingeschnürt und durch die Gasprallplatte 26 radial expandiert. Das Gas strömt durch den Freiraum 27 zur Gastrennkolonne 16.

Wenn in den Transformator entgastes öl 2 eingeführt ist, herrscht in der Gasspeicherkammer 4 und in dem damit verbundenen Gaskalibrierrohr 6 ein unteratmosphärischer Druck. Wenn das 6-Wege-Ventil 5 in diese Stellung geschaltet ist, ist das Gaskalibrierrohr 6 mit den Leitungen 10 und 11 verbunden. Wenn der Trägergasleitung 10 ein Trägergas aus einer Luftzuführeinheit 12 zugeführt wird, wird das Gas im Gaskalibrierrohr 6 aus der Verbindungsleitung 6 durch das Trägergas ausgeschoben und zum Mischer 21 mit unteratmosphärischem Druck über die Gasleitung ti geführt.

In dem Mischer 21 wird das Gas durch die Drosselöffnung 24 eingeschnürt, wodurch die Gasstronigeschwindigkeit plötzlich erhöht wird. Das Gas trifft dann mit

50

eo

die öffnungen 5ß und 5C, ist mit einer Trägergasleitung 65 großer Geschwindigkeit auf die Gasprallplatte 26, die in

10 bzw. einer Gasleitung 11 verbunden. Diese Leitungen dem großen Raum des Expansionsabschnitts 25 ange-

sind an eine gaschromatographische Meßeinrichtung 9 ordnet ist. Das vorher durch die Drosselöffnung 24 ein-

zum Messen der Gaskomoonenten in dem Gaskalibrier- geschnürte Gas kann dann expandieren, wobei die Gas-

prallplatte 26 für eine Rührung bzw. Vermischung sorgt. Anschließend wird das Gas zur Gastrennkolonne 16 durch den Freiraum 27 am Umfang der Gasprallplatte 26 geführt. Die Gaskomponenten werden dann bei aufgrund der Durchmischung gut reduziertem Einfluß des subatmosphärischen Drucks bestimmt.

F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischen den Verhältnissen des Drucks im Gaskalibrierrohr 6 bezogen auf Normaldruck 1 und den Verhältnissen des Spitzenleistungswerts in mV bezogen auf Normalatmosphäre als Einheit 1 für die Gaskompcnenten H₂, CO und CH₄, die man auf dem Gaschromatogramm erhält, das F i g. 1 entspricht.

Wenn Aktivkohle als Füllmaterial für die Kolonne verwendet wird, hat das Gaskalibrierrohr 6 ein Volumen von 10 ml und die Gastrennsäule 16 eine Länge von 1 m. Der Gassensor 17 arbeitet mit katalytischer Verbrennung. Diese Bedingungen sind für F i g. 1 und F i g. 4 gleich.

Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, werden die Verhältnisse der ersten Spitzenleistungswerte für H2 von dem unteratmosphärischen Druck in dem Gaskalibrierrohr 6 weniger beeinflußt. Die Erhöhung der Spitzenleistungswerte unter dem subatmosphärischen Druck kann wirksam unterdrückt werden.

Die Änderungen in den Spitzenleistungswerten am Gaschromatogramm können so auf ein Minimum reduziert werden, auch wenn der Druck im Gaskalibrierrohr verändert wird. Dadurch ist eine Korrektur des Drucks im Gaskalibrierrohr für jede Messung nicht erforderlich. Die Gaskonzentration kann genau und wirksam bei weniger Meßoperationen bestimmt werden.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform ist in einem Umwälzkanal, bestehend aus der Gasspeicherkammer 4. dem Gaskalibrierrohr 6 und den daran angeschlossenen Verbindungsleitungen 7 und 8, eine Gasumwälzeinheit 12' vorgesehen, die eine Diaphragmapumpe in Verbindung mit dem Rohr 7 aufweist. Die Gasumwälzeinheit 12' läßt die aus dem Isolieröl durch das Gas durchlassende Material 3 hindurchgegangenen Gaskomponenten zwangsweise in dem geschlossenen Kreis mit Verbindungsleitung 7, Gaskalibrierrohr 6, Verbindungsleitung 8 und Gasspeicherkammer 4 zirkulieren.

Der geschlossene Kreis ist mit einem Ventil 13' versehen, um das Gas mit unteratmosphärischem Druck auf Normaldruck zu bringen. Das Ventil 13' ist zur Gas-Speicherkammer 4 an einem Ende und zur Atmosphäre am anderen Ende bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform offen.

Normalerweise wird das 6-Wege-Schaltventil 5 in einem solchen Zustand gehalten, daß die Öffnung 5F in Verbindung mit der Öffnung 5A, die Öffnung 5B in Verbindung mit der öffnung 5C und die öffnung SD in Verbindung mit der öffnung SE stehen, wie dies in F i g. 5 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Wenn das Isolieröl 2 im Transformator ein entgastes Isolieröl ist. herrscht in der Gasspeicherkammer 4 und in dem damit verbundenen Gaskalibrierrohr 6 ein unteratmosphärischer Druck. Deshalb wird das Ventil 13' zur Atmosphäre geöffnet, um Luft in den Umwälzkreislauf einzuführen, bevor die Gaskomponenten gemessen werden. Dadurch werden die Gasspeicherkammer 4 und das Gaskalibrierrohr 6 auf Normaldruck gebracht. Anschließend wird das Ventil 13' wieder geschlossen. Da Luft in die Gasspeicherkammer 4 eingeführt worden ist, ist die Gaskonzentration in dem Gaskalibrierrohr 6 höher als in der Gasspeicherkammer 4. Deshalb wird die Gasumwälzeinheit 12' betätigt, um Gas zwischen der GassDeicherkamrr.er 4 und dem Gaskalibrierrohr 6 zwangsweise umlaufen zu lassen, um eine gleichförmige Mischung zu erhalten. Nach dem eine festgelegte Zeil andauernden Mischvorgang wird die Gasumwälzeinheit 12' angehalten. Der Verbindungszustand der öffnungen des 6-Wege-Ventils 5 wird auf den in F i g. 5 mit gestrichelten Linien gezeigten Zustand umgeschaltet, um das Gaskalibrierrohr 6 von der Gasspeicherkammer 4 wieder zu trennen und um es mit der Trägergasleitung IO und der Gasleitung 11 zu verbinden. Durch den Schallvorgang wird das Gas in dem Gaskalibrierrohr 6 daraus durch das Trägergas ausgeschoben und zur gaschromatographischen Meßeinrichtung9 geführt.

Bei dieser Ausführungsform können Änderungen des Spitzenleistungswertes bei unteratmosphärischem Druck, der in dem Gaskalibrierrohr 6 aufgrund der Verwendung eines entgasten Isolieröls 2 herrscht, beseitigt werden. Es ist also nicht erforderlich, ein spezielles Druckmeßgerät und dergleichen am Gaskalibrierrohr 6 für die Gasdruckkorrektur zur Gaskonzentration vorzusehen. Das bedeutet, daß der Meßvorgang erheblich vereinfacht ist.

In F i g. 5 ist das Ventil 13' an der Gasspeicherkammer 4 vorgesehen. Es kann an jeder beliebigen Stelle zwischen dem 6-Wege-Ventil 5 und der Gasspeicherkammer 4 angeordnet werden. Die Positionierung des Ventils 13' ist somit nicht auf die Anordnung an der Gasspeicherkammer 4 beschränkt. Anstelle des 6-Wege-Ventils 5 kann jedes andere Ventil verwendet werden, so lange es die gleiche Funktion ausübt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Gehaltes von Gaskomponenten in öl einer mit öl gefüllten Einrichtung mit einer Gasspeicherkammer, die mit der Einrichtung über eine gasdurchlässige Wand verbunden ist, mit einer gaschromatographischen Meßeinrichtung, mit einer an die Gasspeicherkammer anschließbaren Trägergasleitung und mit einer mit der gaschromatographischen Meßeinrichtung verbundenen Gasleitung, die an die Gasspeicherkammer anschließbar ist, gekennzeichnet durch ein Gaskalibrierrohr (6), das über ein Schaltventil (5) einerseits mit der Gasspeicherkammer (4) und andererseits mit der Trägergasleitung (10) und der Gasleitung (11) verbindbar ist, und durch einen in der Gasleitung (11, 22) angeordneten Mischer (21), der eine Drosselblende (23) mit nachfolgender Gasprallplatte (27) aufweist.

2. Vorrichtung zum Bestimmen des Gehalts von Gaskomponenten in öl einer mit Öl gefüllten Einrichtung mit einer Gasspeicherkammer, die mit der Einrichtung über eine gasdurchlässige Wand verbunden ist, mit einer gaschromatographischen Meßeinrichtung, mit einer an die Gasspeicherkammer anschließbaren Trägergasleitung und mit einer mit der gaschromatographischen Meßeinrichtung verbundenen Gasleitung, die an die Gasspeicherkammer anschließbar ist, gekennzeichnet durch ein Gaskalibrierrohr (6), das über ein Schaltventil (5) einerseits mit einer Gasumwälzleitung (7, 8) der Gasspeicherkammer (4) und andererseits mit der Trägergasleitung (10) und der Gasleitung (11) verbindbar ist, durch ein in der Gasumwälzleitung (7, 8) angeordnetes, mit der Atmosphäre verbindbares Ventil (13') und durch einen Mischer in der Gasumwälzleitung (7, 8), der als Gasumwälzeinrichtung (12') ausgebildet ist.