DE3420651A1

DE3420651A1 - Gehaeuse fuer einen transformator

Info

Publication number: DE3420651A1
Application number: DE19843420651
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Kadel
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1984-06-02
Filing date: 1984-06-02
Publication date: 1985-12-05
Also published as: BE902507A; DE3420651C2; FR2565398B1; FR2565398A1

Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 30. Mai 1984

Mp.-Nr. 590/84 ΖΡΤ/Ρ5-ΜΪ/Η1

Gehäuse für einen Transformator

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Transformator, insbesondere für Verteilungstransformatoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verteilungstransformatoren sind Transformatoren mit Leistungen bis 2500 kVA und dafür vorgesehen, eine oberspannungsseitige Mittelspannung (6 bis 30 kV) in eine zur Speisung von Versorgungsnetzen geeignete unterspan-

nungsseitige Niederspannung (z. B. 0,4 kV) umzuwandeln. 25

Bis Leistungen von etwa 630 kVA werden Verteilungstransformatoren als Trockentransformatoren, ζ. Β. mit Gießharzisolierung ausgeführt. Bei höheren Leistungen werden Isolierflüssigkeiten vorgesehen, die gleichzeitig auch _₀ als Kühlmedium dienen. Als Isolierflüssigkeiten kommen in Betracht Mineralöle, Askarele und Silikonflüssigkeiten.

Mineralöle weisen den geringsten thermisch bedingten Ausdehnungskoeffizienten auf. Allerdings haben sie einen

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sehr niedrigen Flammpunkt, weshalb ihr Einsatz insbesondere in brandgefährdeten Bereichen kaum noch erfolgt. An ihrer Stelle werden Askarele vorgesehen, eine Gruppe von schwer unbrennbaren Isolierflüssigkeiten auf Basis von Polybyphenylen (PCB), das unbrennbar ist. Neue Erkenntnisse belegen jedoch die toxischen Eigenschaften von PCB infolge thermischer Zersetzung. Demzufolge ist die weitere Verwendung von Askarelen bei Transformatoren streng reglementiert.

Als Ausweichprodukt wird Silikonflüssigkeit eingesetzt, die ebenfalls schwer entflammbar ist jedoch physiologisch indifferent. Ihr Flammpunkt liegt weitaus höher als der für Mineralöl.

Es ist bekannt (Diskussionsbeiträge ETG-Fachttagung Transformatoren 23- und 24. 3· 1977, Seite 101 bis 104), Verteilungstransformatoren in offener Bauweise, in hermetisch geschlossener Bauweise mit Gaspolster und in hermetisch geschlossener Bauweise ohne Gaspolster zu gestalten.

Die offene Bauweise, die die Verbindung der Isolierflüssigkeit mit der Atmosphäre über eine Öffnung im Deckel vorsieht, findet man heute nur gelegentlich, da der großflächige Kontakt Luft-Isolierflüssigkeit die Alterung der Isolierstoffe begünstigt und sich damit nachteilig auswirkt. Eine Variante der offenen Bauweise weist zusätzlich ein getrenntes Ausdehnungsgefäß auf, das über eine Leitung mit dem Transformatorgehäuse verbunden ist. Bei dieser Ausführung hat die Isolierflüssigkeit im Ausdehnungsgefäß eine niedrige Temperatur, was den Alterungsprozeß verlangsamt. Nachteilig bei beiden Varianten ist die erforderliche Wartung, ohne die ein störungsfreier Langzeitbetrieb nicht möglich ist. Als Alternative hierzu wurden hermetisch geschlossene

Gehäuse mit und ohne Gaspolster entwickelt. Hierbei wird die Isolierflüssigkeit den Einwirkungen der Atmosphäre entzogen und der Wartungsaufwand erheblich verringert. Dafür ergibt sich ein anderes Problem, das bei der konstruktiven Gestaltung zu berücksichtigen ist.

Die Isolierflüssigkeit von Transformatoren unterliegt im Betrieb einer thermisch bedingten aus Umgebungstemperatur und belastungsabhängiger Erwärmung resultierenden Volumenänderung. Offene Systeme lassen dieser Ölausdehnung Raum, in geschlossenen Systemen ruft sie dagegen Druckschwankungen hervor, denen durch konstruktive Maßnahmen, das heißt z. B. festigkeitsmäßige Auslegung, zu begegnen ist. Für die mögliche Volumenänderung werden die Temperaturen im bestimmungsgemäßen Betrieb (40 bis 90° Celsius) zugrundegelegt.

Infolge der insbesondere im Brandfall durch die hohen Umgebungstemperaturen (700-800° Celsius) auftretenden enormen Volumenänderungen ist bei den bekannten Gehäusekonstruktionen mit deren Leckwerden oder mit Über-

2Q laufen der Isolierflüssigkeit zu rechnen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gehäuse anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand unter weitgehender Verwendung bisheriger Bauelemente bei kompakter Gestaltung die Brandsicherheit gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Demzufolge wird in einem hermetisch geschlossenen Transformatorgehäuse, das als Isolierflüssigkeit Silikonflüssigkeit aufweist, ein Luftpolster vorgesehen, das über druckbegrenzende Ventile für Über- und Unterdruck mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist. Dabei ist das Volumen für das Luftpolster so gewählt, daß die thermisch

bedingte Ausdehnung der Silikonflüssigkeit bei Brandtemperatur (700-800° Celsius) ohne Austritt aus dem Gehäuse möglich ist. Die Druckbegrenzungsventile sind so eingestellt, daß bei Erreichen eines der festigkeitsmäßigen Auslegung des Gehäuses des zugrundegelegten Werts des Innendrucks Luft abgeblasen oder eingelassen wird. Die verwendeten Materialen müssen sowohl den thermischen als auch den mechanischen Beanspruchungen standhalten. In Abwandlung des Erfindungsgedankens kann für die Aufnähme des Luftpolsters ein hut- oder haubenförmiger Aufsatz vorgesehen sein, der mit seinem flanschähnlichen Rand an einen gleichen Flansch am eigentlichen Transformatorgehäuse bzw. an einen Deckelstutzen anschließt. Die erwähnten Druckbegrenzungsventile sind in diesem Fall an dem Aufsatz anzuschließen.

Für die Bemessung des Volumens für das Luftpolster ist es vorteilhaft, eine Reserve als Sicherheit vorzusehen, wofür mindestens 15% der Füllmenge der Isolierflüssigkeit anzusetzen sind. Durch Erhöhung dieses Wertes auf 25ί wird die geforderte Brandsicherheit erhöht. In besonderen Fällen kann eine weitere Vergrößerung zweckdienlich sein. Es ist darauf zu achten, daß der Aufstellungsort die daraus resultierenden Gehäuseabmessungen zuläßt.

Bei Verwendung eines Aufsatzes sind die üblichen Porzellanisolatoren für die Durchführungen zu kurz und daher z. B. mittels Isoliermaterial zu verlängern.

Hierbei bieten sich insbesondere Isolierrohre aus Hartpapier an.

Um zu verhindern, daß beim Abblasen der Luft Isolierflüssigkeit austritt, kann dem Überdruckventil ein Flüssigkeitsabscheider vorgeschaltet sein. Im Hinblick

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auf die geforderte Brandsicherheit ist es vorteilhaft, außenliegende Komponenten, z. B. die Druckbegrenzungsventile, mit wenig Funktionsteilen vorzusehen, die ihrerseits feuerbeständig sein müssen.

Mit den angegebenen Maßnahmen erhält man einen Verteilertransformator, der bezüglich seiner Bauabmessungen die Anforderung nach Kompaktheit gut erfüllt und andererseits vollkommen brandsicher gestaltet ist, ohne daß aufwendige Verstärkungen oder Erweiterungen erforderlich -IQ sind.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale, Verbesserungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie den in der Figurenbeschreibung erläuterten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

In den Figuren und der dazugehörenden Figurenbeschreibung sollen anhand der gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindungsgedanke sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung beschrieben und erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Transformatorgehäuse ,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Transformatorgehäuse mit Aufsatz.

In Fig. 1 ist ein hermetisch geschlossenes Gehäuse 10 gezeigt, in welchem ein eingesetzter Wicklungskern, der Aktivteil 14, vollständig von Isolierflüssigkeit 12 bedeckt ist. Zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 16 und einem Deckel 18 des Gehäuses 10 befindet sich ein Luftpolster 20, das über ein Unterdruckventil 22 bzw. über ein Überdruckventil 24 mit der Umgebungsluft verbindbar ist. Die

Unter- und Überdruckventile 22, 24 schließen an den Dekkel 18 an. Daneben sind durch den Deckel 18 Isolatoren 26 geführt.

In Fig. 2 ist ein hermetisch geschlossenes Gehäuse 10, ähnlich der Ausführung in Fig. 1, gezeigt das ebenfalls einen eingesetzten, gänzlich von Isolierflüssigkeit umgebenen Aktivteil 14 aufweist. Das Luftpolster 20 befindet sich auch hier oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 16, doch wird es nicht vom Deckel 18 des Gehäuses 10, sondern von einem domförmigen Aufsatz 28 begrenzt. Der Aufsatz 28, der an seiner Oberseite die Unter- und Überdruckventile 22, 24 aufnimmt sowie Isolatordurchführungen 27, ist abnehmbar gestaltet und mittels Befestigungsmitteln 30 und einer zwischengelegten hochtemperaturbeständigen Dichtung 32 druckdicht mit einem Stutzen 19 am Deckel 18 verbunden.

Die Größe des Luftpolsters 20 ist so gewählt, daß es wenigstens dem Volumenzuwachs der sich bei Fremderhitzung infolge Brand ausdehnenden Isolierflüssigkeit entspricht, so daß in diesem Fall das ursprünglich vom Luftpolster 20 ausgefüllte Volumen im Gehäuse 10 bzw. im Aufsatz 28 ganz oder teilweise mit Isolierflüssigkeit 12 P₅ gefüllt ist. Die Luft wird dabei von der sich ausdehnenden Isolierflüssigkeit 12 durch das Überdruckventil 24 gepreßt. Das Überdruckventil 24 ist auf einem bestimmten der festigkeitsmäßigen Auslegung des Gehäuses 10 zugrundegelegten Grenzwert des Innendrucks eingestellt, so daß stets höchstens der festeingestellte Innendruck im Gehäuse 10 herrscht. Bei Erkalten der Isolierflüssigkeit 12 und der damit einhergehenden Volumenkontraktion gelangt zur Vermeidung schädlichen Unterdrucks im Gehäuse 10 durch das Unterdruckventil 22 Umgebungsluft in das

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Gehäuse 10, so daß sich zwischen der Umgebungsatmosphäre und dem Luftpolster 20 ein Druckausgleich einstellt. Erst bei erneuter Erwärmung, z. B. infolge bestimmungsgemäßen Betriebs, wird sich aufgrund der reversiblen Ausdehnung der Isolierflüssigkeit 12 ein gewisser Überdruck einstellen, der aber dem im Überdruckventil eingestellten Grenzwert nie überschreitet.

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Claims

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Ansprüche

!Gehäuse für einen Transformator, insbesondere für einen Verteilungstransformator, der eine Isolierflüssigkeit aufnimmt, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels von einem Gaspolster beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) brandsicher ausgelegt ist und die Isolierflüssigkeit (12) nicht austreten kann, in dem für die Größe des Gehäuses (10) der thermisch bedingte Volumenzuwachs der Isolierflüssigkeit (12) im Brandfalle zugrundegelegt ist, und daß Unter- und Überdruckventile (22, 24), die mit der Umgebungsluft kommunizieren, vorgesehen sind, so daß ein Leckwerden des Gehäuses (10) infolge Überbeanspruchung durch den Innendruck ausgeschlossen ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaspolster ein Luftpolster (20) ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit (12) Silikonflüssigkeit ist.
4. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftpolster (20) von einem Aufsatz (28) begrenzt ist.
5. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (28) mittels Befestigungsmitteln (30) und hochtemperaturbeständiger Dichtung (32) druckdicht mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.
6. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (28) oberhalb des Gehäuses (10) an einen Stutzen (19) des Deckels (18) anschließt.
7. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromdurchführung Isolatoren (26, 27) aus Porzellan vorgesehen sind, welche verlängert sind.
8. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoren (26, 27) mittels Hartpapier-Isolierrohr verlängert sind.

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9. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitsabscheider dem Überdruckventil (24) vorgeschaltet sind.