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Verfahren und Vorrichtung zur Dichtheitsüberwachung für
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elektrische Anlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung
der Dichtheit gasisolierter Hochspannungs- oder Mittelspannungsanlagen in gekapselten
Metall-, Kunststoff-oder Metall-, Kunststoff-Verbund-Gehäusen, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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An die Gasdichtigkeit von gasisolierten Hochspannungs-oder Mittelspannungsanlagen
werden hohe Anforderungen gestellt, da die Veränderung der Isoliergasatmosphäre
durch Aufnahme von Fremdstoffen, Fremdgasen oder Dämpfen bzw. das Austreten von
Isoliergas infolge etwaiger Undichtigkeiten oder Diffusion sich nachteilig auf die
Funktionssicherheit der Anlage auswirkt und durch entsprechende Vorkehrungen vermieden
werden muß.
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Es sind Geräteanordnungen bekannt, bei denen die in einem Manometer
angezeigten Druckwerte zur Beurteilung herangezogen werden.
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Aus der DE-OS 24 09 847 ist eine Anordnung zur Drucküberwachung bei
gekapselten druckgasisolierten Hochspannungsanlagen bekannt, bei der ein nicht temperaturkompensiertes
Kontaktmanometer und ein Kontaktthermostat elektrisch so geschaltet sind, daß bei
einem geringen Druckabfall in der Kapselung, der durch tiefe Temperatur verursacht
wird, eine Störmeldung des Manometers von dem Thermostaten verhindert wird, und
daß bei starkem Druckabfall über einen zweiten Meldekontakt des Kontaktmanometers
unabhängig vom Zustand des Thermostaten die Störmeldung erfolgt. Diese verbesserte
Ausführung der Drucküberwachung berücksichtigt zwar eine temperaturabhängige Druckveränderung,
jedoch nicht eine Änderung der Isoliergasatmosphäre durch eindringende Luft oder
Wasserdampf.
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Die aus der DE-OS 29 00 316 bekannte Überwachungsanordnung für mittels
SF6-Gas isolierte elektrische Anlagen besteht aus einer lonisationseinrichtung zur
Ionisierung des SF6-Gases sowie aus Meßeinrichtungen zur Messung des durch das ionisierte
SF6-Gas fließenden elektrischen Stromes. Hierbei wird der Effekt ausgewertet, daß
durch Beladung mit Fremdstoffen die Leitfähigkeit des ionisierten SF6-Gases herabgesetzt
ist gegenüber dem Reinzustand.
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Eine weitere Überwachungsanordnung ist aus der DE-OS 28 19 106 bekannt,
bei der eine mit Isoliergas gefüllte hermetisch gekapselte Schaltanlage mittels
Ultraschallmessung auf vorhandenen Luftgehalt überprüft wird. Hierbei werden dichteabhängige
Laufwegunterschiede des Ultraschallsignals ausgewertet.
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Wie bereits erläutert kann bei Schaltanlagen, deren Gasfüllungen mit
Überdruck betrieben werden, ein Leck in der Kapselung durch Überwachung mittels
Manometer ent-
deckt werden. Derartige Manometer geben jedoch keinerlei
Hinweis auf eine Veränderung der Zusammensetzung der Isoliergasatmosphäre z. B.
durch Luftzutritt, insbesondere dann nicht, wenn die isoliergasgefüllte Anlage mit
annähernd Umgebungsdruck betrieben wird.
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Aus der DE-OS 28 17 434 ist eine Anzeigevorrichtung für die Gasdichte
in geschlossenen, isoliergasgefüllten Schaltanlagen bekannt, wobei das verwendete
Isoliergas ein höheres spezifisches Gewicht hat als Luft. Die hier beschriebene
Lehre löst die Aufgabe, das Vorhandensein von Luft in Isoliergas zuverlässig anzuzeigen,
mittels einer innerhalb der Schaltanlage gelagerten aufwendigen Gaswaage.
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Eine andere Möglichkeit, Dichteänderungen innerhalb einer SF6- gasisolierten
metallgekapselten Schaltanlage festzustellen, zeigt die DE-OS 29 26 260, bei der
ein im Inneren der Metallkapslung angeordnet es Bourdonrohr mit SFE-Gas gefüllt
und dicht verschlossen ist, wobei die Dichte des SF6-Gases im Inneren des Bourdonrohres
annähernd der zu überwachenden Dichte entspricht. Wesentlich bei dieser Anordnung
ist, daß nur leckagebedingte Druck- und damit Dichteänderungen angezeigt werden,
nicht aber Änderungen der Isoliergasatmosphäre durch eindringende Luft oder Wasserdampf,
die den Innendruck nicht ändern, wohl aber die Dichte.
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Aus der DE-OS 30 22 812 ist ein Mittel zur optischen Anzeige einer
Leckbildung in der Kapselung einer hermetisch gekapselten, isoliergasgefüllten elektrischen
Einrichtung, z. B. Schaltanlage, zu entnehmen. Hierbei wird ein mit einer farbigen
Substanz getränktes und in chemisch reduziertem, das heißt ungefärbtem Zustand von
außen sichtbar in das gekapselte mit Isoliergas gefüllte Innere der Anlage bzw.
des zu überwachenden Anlagentei-
les eingebrachtes Anzeigeelement
vorgesehen, wobei durch Oxydationswirkung, hervorgerufen durch eindringende Luft,
die ursprüngliche Färbung wieder sichtbar wird.
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Aus der DE-OS 30 42 071 schließlich ist eine Überwachungseinrichtung
für druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlagen bekannt, bei der die Dichteüberwachung
über die Auswertung des Druckabfalls infolge Kondensatbildung des Isoliergases erfolgt,
wobei eine Schaltungsanordnung mit Schwimmerschalter zum Einsatz kommt.
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Alle aufgeführten Lehren befassen sich mit der Beeinflussung der Isoliergasatmosphäre
durch Verunreinigung mit Fremdstoffen oder durch eindringende oder vorhandene Luft
nicht jedoch mit dem kritischen Problem des Eindringens von Wasserdampf. Eingedrungener
Wasserdampf beeinträchtigt die Funktionssicherheit isoliergasgefüllter elektrischer
Anlagen insbesondere durch Minderung der Oberflächenisolation an Stütz- und Halteelementen
im Inneren der Kapselung bei Kondensation insbesondere infolge Temperaturveränderung.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe jederzeit eine Veränderung
der Beschaffenheit der Isoliergasatmosphäre in der elektrischen Anlage infolge Undichtigkeit
von gekapselten Anlageteilen einfach und sicher feststellbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1. Hierbei erfolgt die Beurteilung der Dichtheit der Gehäuse
während des Betriebs anhand des eingedrungenen Wasserdampfgehaltes. Aufgrund seiner
geringen Molekülgröße dringt Wasserdampf voreilend vor Luft durch vorhandene Undichtigkeiten
in die Kapselung ein und verändert die
Isoliergasatmosphäre in ihren
Eigenschaften.
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Die Bestimmung des Wasserdampfgehaltes kann sowohl qualitativ als
auch quantitativ vorgenommen werden, wobei chemische wie auch elektrische Eigenschaften
zur Auswertung gelangen können. Unter Zugrundelegung des Erfindungsgedankens ist
es vorgesehen, die zur Trockenhaltung der Isoliergasatmosphäre in das Gehäuseinnere
der elektrischen Anlage eingelegten Trocknungsmittel, z. B. Silikagel mit Farbindikator
zur Überwachung heranzuziehen, bei denen die adsorbierte Wasserdampfmenge zu einer
sichtbaren Farbveränderung (Farbumschlag) führt, wobei sich der Farbumschlag abhängig
von der aufgenommenen Wasserdampfmenge ändert. Alternativ oder ergänzend können
auch wasserdampfreaktive Indikatorplättchen eingesetzt werden, die eingedrungenen
Wasserdampf anzeigen. Dabei ist es vorteilhaft, derartige Plättchen vorzusehen,
bei denen eine ggf. qualitative Veränderung des Aussehens oder z. 13. der elektrischen
Eigenschaften einen quantifizierbaren Hinweis für den Grad der Beladung der Isoliergasatmosphäre
mit Wasserdampf gibt.
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Beim Einlegen des präparierten Trocknungsmittels bzw.
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des Indikators ist darauf zu achten, daß sein Lageort durch entsprechende
Besichtigungseinrichtungen z. B.
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Schaugläser von außen einsehbar und damit jederzeit visuell kontrollierbar
ist.
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Der Einsatz derart präparierter Trocknungsmittel bietet gegenüber
den nicht präparierten Trocknungsmitteln noch weitere Vorteile. Abgesehen davon,
daß hiermit - wie bereits bekannt - eine Trocknung der Isoliergasatmosphäre erfolgt,
wodurch die Funktionssicherheit der Anlage erhöht wird, zeigt der Farbumschlag außerdem
auch den Beladungszustand der Trocknungsmittel mit Wasserdampf
an,
das heißt, anhand des Farbumschlages kann außerdem der Zeitpunkt für das Auswechseln
des Trocknungsmittels beurteilt werden.
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Neben Mitteln, die mittels Farbumschlag eine Wasserdampfbeladung der
Isoliergasatmosphäre anzeigen, können auch die veränderten elektrischen Eigenschaften
der Isoliergasatmosphäre dazu dienen, eine Wasserdampfbeladung anzuzeigen. Hierbei
können Änderungen der Leitfähigkeit oder des Dielektrikums eines Kondensators, gebildet
aus zwei im Abstand zueinander befindlichen Platten, eine entsprechende Aussage
liefern.
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Indirekt, nämlich in Form einer qualitativen Betrachtung des empirisch
bestimmten Verhältnisses von eingedrungenem Wasserdampf zu eingedrungener Luft ist
auch eine Beurteilung der relativen Dichte der Gasbefüllung möglich. Dies beruht
darauf, daß bei bekanntem Volumen, verunreinigungsfreiem Isoliergas und bekanntem
Druck des Isoliergases auch dessen Dichte bestimmbar ist. Bestehen nun örtliche
Undichtigkeiten, durch die ein Gasaustausch stattfinden kann, ändert sich zwangsläufig
auch die Dichte des Isoliermediums. Die Indikation von eingedrungenem Wasserdampf
weist ihrerseits auf das Vorhandensein einer derartigen Undichtigkeit hin. Auf diese
Weise kann eine Dichteänderung qualitativ festgestellt werden, jeweils gleiche Bezugstemperaturen
vorausgesetzt.
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Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand eines nachstehend beschriebenen konkreten Ausführungsbeispieles
sollen in der zugehörigen Zeichnung und Figurenbeschreibung wesentliche Merkmale
der Erfindung erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt den Flansch einer Mittelspannungsanlage mit aufgesetztem
Sichtdeckel und eingelegtem Trocknungsmittel a) links der Mittellinie mit Trocknungsmittel,
das auf Wasserdampfbeladung mit Farbumschlag reagiert; b) rechts der Mittellinie
mit Meßelektroden.
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Ein Metall-Kunststoff-Verbund-Gehäuse 10 für eine Mittelspannungsschaltanlage
ist von einem abnehmbaren Sichtdeckel 12 mit kreisrunder Außenkontur verschlossen.
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Der Sichtdeckel 12 besteht aus einem scheibenförmigen runden Metallträger
14 mit einem konzentrischen Kreisausschnitt 16, der von einer Scheibe 18 aus durchsichtigem
Material z. B. Acrylglas, auf der Innenseite bedeckt ist. Der Rand des Metallträgers
14 weist zur Innenseite hin einen Bord 20 auf und begrenzt eine auf der Deckelinnenseite
aufgebrachte Kunststoffbeschichtung 22. Diese verläuft in dem Bereich, der unmittelbar
bündig mit dem Bord an die Stirnfläche des Gehäuses anschließt, radial; dahach nimmt
ihre Dicke konisch zu, bis sie ein Mehrfaches der ursprünglichen Schichtdicke erreicht
hat.
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Dieser so gebildete Kegelstumpf 24 aus Kunststoff, der sich passgenau
in das Gehäuse 10 einfügen läßt, weist in gleicher Anordnung wie der Metallträger
14 eine erste konzentrische kreisförmige Ausnehmung 26 auf, so daß die zwischen
Metallträger 14 und Beschichtung 22 fixierte durchsichtige Scheibe 18 unbedeckt
ist, und einen ungestörten Blick in das Gehäuseinnere gestattet.
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Die Abdichtung gegen das Gehäuse 10 erfolgt entweder durch Dichtelemente
25, die in den Rand des Sichtdeckels 12 eingelegt oder durch kreisförmige Profilierung
als Dichtlippen angearbeitet sind, und/oder durch Anschmiegen des Kegelstumpfes
24 an die Gehäuseinnenkontur.
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In dem verbleibenden wulstartigen Ring 28 der beschich-
tung
22 ist eine zweite ringartige Ausnehmung 30 vorgesehen, die zur Aufnahme von gegebenenfalls
vorbehandeltem wasserdampfreaktivem Trocknungsmittel 31, 32, 33 dient.
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Rechts der Mittellinie ist unbehandeltes Trocknungsmittel 31 gezeigt.
Links der Mittellinie ist vorbehandeltes wasserdampfreaktives Trocknungsmittel dargestellt,
wobei unbeladenes Trocknungsmittel 32 nach erfolgter Feuchtigkeitsaufnahme mit Farbumschlag
reagiert und als beladenes Trocknungsmittel 33 zu erkennen ist.
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An wenigstens einer Stelle weist diese ringartige Vertiefung 30 eine
Bohrung 34 auf, die die Beschichtung 22 bis zur durchsichtigen Scheibe 18 durchdringt.
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An der gleichen Stelle ist auch im Metallträger 14 eine entsprechende
Ausnehmung 36 vorgesehen, so daß durch die so entstehende Besichtigungsöffnung 37
von außen durch die durchsichtige Scheibe 18 hindurch das in die ringartige Vertiefung
30 eingefüllte Trocknungsmittel 31, 32, 33 zu sehen ist. Auf der dem Gehäuseinneren
zugewandten Seite kann ein wasserdampfpermeabler Ring 38 eingelegt werden, der das
Trocknungsmittel 31, 32, 33 in seiner Lage hält wie im Ausführungsbeispiel gezeigt.
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Die Wirkungsweise dieses Dichtheitswächters ist wie folgt: Vor Inbetriebnahme
wird die Mittelspannungsanlage mit getrocknetem Isoliergas unter Umgebungsdruck
gefüllt.
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Die gasdichte Metallkapselung des Gehäuses 10 kann das Entweichen
von Isoliergas bzw. das Eintreten von Luft oder Wasserdampf verhindern, nicht jedoch
die an Trennstellen vorgesehenen Dichtelemente 25, deren Gasdichtig-
keit
erfahrungsgemäß begrenzt ist. Solche Trennstellen können z. B. Flanschverbindungen
oder Deckelverschlüsse sein.
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Aufgrund seiner geringen molekularen Größe ist Wasserdampf gegenüber
den verwendeten Isoliergasen oder auch gegenüber Luft besonders begünstigt, die
Undichtigkeit solcher Trennstellen auszunutzen und aufgrund des hohen Partialdruckunterschiedes
in die Gehäuse von Schaltanlagen einzudringen.
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Aus diesem Grunde ist es besonders vorteilhaft, wasserdampfadsorbierende
und indizierende Mittel so zu plazieren, daß eventuell eindringender Wasserdampf
sofort unschädlich gemacht und zur Anzeige gebracht wird.
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Für diesen Zweck bietet die vorliegende Erfindung eine besonders günstige
Lösung, indem herkömmliche Trocknungsmittel, die Wasserdampf adsorbieren, derart
vorbehandelt werden, daß die Beladung (Adsorption) mit Wasserdampf zu einem sichtbaren
Farbumschlag führt, wobei Art und/oder Intensität des Farbumschlags zusätzlich ein
Maß für die aufgenommene Wasserdampfmenge sein kann. Ferner bietet die vorgesehene
Plazierung am Verschlußdeckel 12 zusätzliche Sicherheit für frühzeitiges Erkennen.
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In Abwandlung dieser ersten Lösung kann die ringartige Vertiefung
30 im Sichtdeckel 12 für die Aufnahme des Trocknungsmittel 31 mit Meßelektroden
40 versehen sein, die zur Bestimmung des elektrischen Widerstands des Trocknungsmittels
31 dienen, wie in Fig. 1 rechts der Mittellinie gezeigt.
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Hierbei ist die Verwendung von herkömmlichen Trocknungsmitteln möglich,
da die Adsorption von Wasserdampf
sich in einer Widerstandsänderung
äußert, die meßtechnisch bestimmt werden kann.
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Abweichend von dieser Lösung können auch flächige Elektroden 40 als
Platten eines Kondensators vorgesehen sein, wobei das Trocknungsmittel 31 als Dielektrikum
dient. Auch hier ändert sich infolge Adsorption von Wasserdampf die Kapazität, was
meßtechnisch erfaßbar ist.
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Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Wasserdampfbeladung der
Isoliergasatmosphäre und deren dielektrische Veränderung unmittelbar zu bestimmen
ohne Zwischenschaltung eines Trocknungsmittels 31.
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