DE3935390C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen von harz­ vergossenen Geräten, z.B. vergossenen Transformatoren.

Ein vergossener oder in eine Vergußmasse gekapselter Transformator besteht im allgemeinen aus einem Eisenkern und einer harzvergossenen Wicklungsanordnung mit einer zylindrischen inneren Niederspannungswicklung und einer zylindrischen äußeren Hochspannungswicklung. Diese Wick­ lungen sind zu Isolationszwecken gemeinsam mit einer Harz­ vergußmasse umhüllt.

Wenn ein solcher Transformator nach Ablauf seiner Betriebs­ lebensdauer, d.h. nach Betrieb während einer bestimmten Zeitdauer, zerlegt werden soll, erweist sich die Trennung der Harzschicht von den Wicklungen der vergossenen Wicklungsanordnung als besonders schwierig. Im Fall von ölgefüllten Transformatoren werden die Wicklungsleiter unter Zwischenfügung eines ölgetränkten Isolierpapiers auf den Eisenkern gewickelt und dann in einen Metallbehäl­ ter eingesetzt, der anschließend mit einem Isolieröl ge­ füllt wird. Bei dieser Konstruktion können die Wicklungen einer Wiederverwendung zugeführt werden, wenn der ölge­ füllte Transformator in der entgegengesetzten Reihenfolge seiner Montageschritte zerlegt wird. Da hierbei jedoch die die Wicklungen bedeckende bzw. umhüllende Harzschicht sehr fest an den Wicklungen haftet, kann sie nicht ohne weiteres von den Wicklungen getrennt werden, so daß deren Wiederverwertung unmöglich wird. Zudem werden die gebrauch­ ten vergossenen Wicklungen häufig auf Schuttabladeplätzen entsorgt oder im Meer versenkt, was im Hinblick auf Natur­ schutz und Umweltschutz unerwünscht ist und ernstliche soziale Probleme aufwerfen kann.

Zwar ist es denkbar, die harzvergossenen Geräte durch Brechen mechanisch zu Stücken zu zerkleinern und damit zu zerlegen, doch werden dabei nicht nur die Harzvergußmasse aufgebro­ chen, sondern auch Metallteile, wie Wicklungsleiter zer­ stört, wenn die harzvergossenen Geräte tatsächlich auf mechanischem Wege zu Stücken aufgebrochen werden. Die Wiederverwendung der Metallteile wird dadurch erschwert. Zudem entstehen beim Brechvorgang Geräusche und kleinste, in der Atmosphärenluft schwebende Teilchen, wie Harz und Metallstaub und andere Feinteilchen, was im Hinblick auf Umwelt- und Gesundheitsschutz höchst unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Ver­ fahrens zum Zerlegen bzw. zur Demontage von harzvergos­ senen Geräten, bei dem ein harzvergossener Metallkörper einfach und ohne größere äußere Krafteinwirkung auf den Metallkörper von einer Harzschicht getrennt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Zerlegen von harzvergossenen Geräten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem Grenzflächenbereich zwischen einem Metallkörper und einer um diesen herum angeordneten und ihn umhüllenden Harzschicht ein Spalt oder Zwischenraum erzeugt und der Metallkörper unter Ausnützung des Spalts bzw. Zwischenraums von der Harzschicht getrennt wird.

Eine zweite Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch Einwirkenlassen eines Mikroorganismus auf eine um einen Metallkörper herum geformte und diesen umhüllende Harzschicht zwecks Zersetzung der Harzschicht, so daß der Metallkörper (aus der Harzschicht) herausgezogen werden kann.

Bei erstgenanntem Verfahren wird die Bindungsfestigkeit zwischen dem Metallkörper und der Harzschicht durch Ausbildung des Spalts bzw. Zwischenraums im Grenzflächenbereich zwischen beiden herabgesetzt. In diesem Zustand wird der Metall­ körper von der Harzschicht getrennt. Demzufolge ist eine für das Trennen erforderliche externe bzw. von außen her einwirkende Kraft gering, wodurch die Zerlegungsarbeit er­ leichtert wird.

Vorzugsweise wird der im Grenzflächenbereich zwischen dem Metallkörper und der Harzschicht zu erzeugende Spalt oder Zwischenraum durch Einwirkenlassen eines Mikroorganismus auf diesen Grenzflächenbereich gebildet. Bei dem Mikro­ organismus handelt es sich vorzugsweise um einen Strahlen­ pilz aus der Familie Nocardia.

Der Spalt kann auch durch Ausnützung der Wärmedehnungs­ unterschiede von Metallkörper und Harzschicht erzeugt werden, indem zumindest eines der Elemente Metallkörper und Harzschicht mittels einer Heizeinrichtung erwärmt wird.

Die Heizeinrichtung kann eine elektromagnetische Induk­ tionsheizvorrichtung sein, die ein einen Induktionsstrom im Metallkörper erzeugendes Hochfrequenz-Magnetfeld liefert.

Die Heizeinrichtung kann auch eine Stromversorgung sein, welche den Metallkörper mit einem elektrischen Strom be­ schickt, so daß im Metallkörper Joulesche Wärme erzeugt wird.

Weiterhin kann die Heizeinrichtung aus einer auf der Mantelfläche der Harzschicht angeordneten Elektrode und einer Hochfrequenz-Stromversorgung zur Anlegung einer Hochfrequenzspannung über bzw. an Elektrode und Metall­ körper bestehen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene perspektivische Dar­ stellung eines Hauptteils der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur eines Prüflings und der Zerlegungs­ fähigkeit eines Strahlenpilzes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden ist ein erstes Ausführungsbeispiel, nach dem ein Transformator mit einer harzvergossenen Wicklungsan­ ordnung zerlegt wird, anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben. Hierbei wird auf noch näher zu beschreibende Weise ein Mikroorganismus, speziell ein Strahlenpilz der Familie Nocardia, für die Erzeugung eines Spalts oder Zwischen­ raums eingesetzt. Der Strahlenpilz gibt aus seinem Körper Sauerstoff ab, so daß die Kohlenstoffdoppelbindungen in den Epoxyharzmolekülen aufgebrochen werden und sich der Sauerstoff an die Kohlenstoffatome anlagert. Fig. 3 ver­ anschaulicht die Beziehung zwischen der Temperatur eines Prüflings und dem Grad (bzw. Prozentsatz) der Zersetzung des Prüflings durch einen Strahlenpilz. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Grad der Zersetzung durch den Strahlen­ pilz bei einer Umgebungstemperatur von etwa 35°C ver­ gleichsweise groß, d.h. der Strahlenpilz ist bei der Umgebungstemperatur von 35°C vergleichsweise aktiv. Wenn das Netto- oder Gesamtgewicht des bei 35°C zersetzten Materials mit 100% angesetzt wird, nimmt der Strahlenpilz- Zersetzungsgrad bei 20°C auf 90% und bei 10°C auf 77% ab. Mit einer weiteren Temperatursenkung wird der Strahlen­ pilz immer weniger aktiv. Mit einer Temperaturerhöhung auf 50°C oder höher wird der Strahlenpilz ebenfalls (zunehmend) weniger aktiv. Bei einer Erhöhung der Um­ gebungstemperatur auf 60°C oder höher stirbt der Strahlen­ pilz ab.

Die Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Gehäuse 11 auf, in dem ein mit Luft oder Sauerstoff gefüllter Be­ handlungsraum 12 festgelegt ist. Letzterer ist durch (Trennwand-) Unterteilung eines Arbeitsraums in einem Gebäude gebildet, das mit einer Klimaanlage ausgerüstet sein kann, durch welche die Innenluft gekühlt wird. Wahl­ weise kann ein Industrie- oder Haushaltskühlschrank als Behandlungsraum 12 benutzt werden. Die Umgebungstemperatur einer harzvergossenen Wicklungsanordnung 2 als harzver­ gossenes Gerät ist auf einen Bereich von 0-10°C fest­ gelegt. Die harzvergossene Wicklungsanordnung 2 umfaßt eine zylindrische Niederspannungswicklung 3, eine außen­ seitig um die Niederspannungswicklung 3 herum angeordnete zylindrische Hochspannungswicklung 4 und eine aus einem (Kunst-)Harz gegossene oder geformte, die beiden Wicklungen 3 und 4 umhüllende Harzschicht 5. Eine Stromversorgungs­ schaltung 13 mit einstellbarer Ausgangsleistung wird an Anschlüsse 6 der Wicklung 4 der harzvergossenen Wicklungs­ anordnung 2 angeschlossen. In der Harz(verguß)schicht 5 der harzvergossenen Wicklungsanordnung 2 wird im Bereich der Wicklung 4 eine Bohrung 14 ausgebildet, in die ein Temperaturmesser (Thermometer) 15 eingeführt wird. An die Anschlüsse 6 der Wicklung 4 wird eine Widerstandsmeßvor­ richtung 16 angeschlossen. Die Stromversorgungsschaltung 13 beschickt die Wicklung 4 mit elektrischem Strom, so daß die Wicklung 4 Wärme erzeugt. Die Ausgangsleistung oder -spannung der Stromversorgungsschaltung 13 wird so ge­ regelt, daß die Temperatur in einem Grenzflächenbereich zwischen der Harzschicht 5 und der Wicklung 4 etwa 35°C erreicht. Insbesondere ist dabei die Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung 13 mittels eines Temperatur(meß)­ signals, das anhand des durch die Widerstandsmeßvorrich­ tung 16 gemessenen Widerstandswerts erhalten wird, so regelbar, daß die Erwärmungstemperatur der Wicklung 4 auf etwa 35°C eingestellt wird. Der Temperaturmesser 15 mißt die Temperatur der Harzschicht 5 unter Lieferung eines Regelsignals, das der Stromversorgungsschaltung 13 oder der Klimaanlage zugespeist wird, um die Temperatur der Harz­ schicht 5 so einzustellen, daß sie normalerweise auf einer kleineren Größe als die Temperatur der Wicklung 4 bleibt. Diese Temperaturregelung an der Harzschicht 5 erfolgt, da­ mit der Strahlenpilz im Grenzflächenbereich zwischen Wicklung 4 und Harzschicht 5 konzentrisch wirken kann.

Der Strahlenpilz wird auf die Anschlüsse 6 der Wicklung 4 aufgebracht, während die Temperatur im Grenzflächenbereich zwischen der Harzschicht 5 und der Wicklung 4 auf etwa 35°C gehalten wird. Da die Umgebungstemperatur der vergossenen Wicklungsanordnung 2 im Bereich von 0-10°C liegt, während die Temperatur im Grenzflächenbereich auf etwa 35°C gehalten wird, sammelt oder konzentriert sich der Strahlenpilz im Grenzflächenbereich, wo er aktiv wird. Der Strahlenpilz breitet sich einwärts aus, während der Grenzflächenbereich oxidiert und damit zerlegt wird. Wenn die gesamte Wicklungs­ anordnung 2 auf der Temperatur von etwa 35°C gehalten wird, dauert es etwa 2 Monate, um 3-4% der harzvergossenen Wicklungsanordnung 2 von außen her zu zersetzen. Wenn jedoch die Temperatur des Abschnitts der Wicklungsanordnung 2 im Bereich der Wicklung 4 konzentrisch auf etwa 35°C einge­ stellt oder geregelt wird, kann der im Bereich der Wicklung 4 liegende Abschnitt der Wicklungsanordnung 2 durch den Strahlenpilz konzentrisch zersetzt werden, so daß die Bindung zwischen der Wicklung 4 und der Harzschicht 5 schnell aufgebrochen werden kann. Infolgedessen entsteht im Grenzflächenbereich zwischen Wicklung 4 und Harzschicht 5 ein Spalt oder Zwischenraum, welcher die Wicklung 4 voll­ ständig oder nicht vollständig von der Harzschicht 5 trennen kann. Auch wenn der so gebildete Spalt sich (nur) über den größten Teil des Grenzflächenbereichs zwischen Wicklung 4 und Harzschicht 5 erstreckt, kann die Wicklung 4 durch Ausübung einer vergleichsweise kleinen externen Zug- oder Druckkraft auf sie leicht von der Harzschicht 5 getrennt werden, weil der gebildete Spalt die Bindungs- oder Haft­ festigkeit zwischen Wicklung 4 und Harzschicht 5 herab­ setzt. Anschließend wird die Wicklung 4 herausgezogen und der Wiederverwendung (z.B. als Rohstoff) zugeführt.

Die Harzschicht 5 kann ggf. zu Stücken zerbrochen bzw. zerkleinert werden, um der Wiedergewinnung zugeführt oder als Baustoff verwendet zu werden. Wahlweise kann die Harz­ schicht 5 auch nach ihrer Abtrennung durch Aufrechterhal­ tung ihrer Temperatur auf etwa 35°C durch den Strahlen­ pilz vollständig zersetzt werden. Die Harzschicht 5 wird letztlich zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt, und diese Stoffe können zur Wiederverwendung für Pflanzenzucht in Farmen o.dgl. gesammelt werden. Da der Strahlenpilz im Temperaturbereich von -10°C bis 0°C weniger aktiv ist, kann er innerhalb dieses Temperaturbereichs in einem Glasgefäß o.dgl. aufbewahrt werden. Weiterhin kann auch die Nieder­ spannungswicklung 3 auf die gleiche Weise, wie oben be­ schrieben, von der Harzschicht 5 getrennt werden.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird im Grenzflächen­ bereich zwischen den Wicklungen 3, 4 und der Harzschicht 5 ein Spalt oder Zwischenraum erzeugt, worauf die Wicklungen 3, 4 von der Harzschicht 5 getrennt werden. Die Wicklungen 3, 4 lassen sich somit einfach von der Harzschicht 5 trennen, und sie können für Wiederverwendung (Recycling) gesammelt bzw. rückgewonnen werden. Außerdem können die organischen Substanzen der Harzschicht 5 ohne die Erzeugung von Harz­ staub beim Zerlegen zersetzt werden.

Neben dem als Mikroorganismus genannten Strahlenpilz können auch andere, die gleiche Aktivität entfaltende Mikroorganismen eingesetzt werden. Obgleich sowohl der Temperaturmesser 15 als auch die Widerstandsmeßvorrichtung 16 für die Temperatur­ regelung im Grenzflächenbereich zwischen den Wicklungen und der Harzschicht verwendet werden, kann eine oder jede dieser Einheiten für die Temperaturmessung des im Bereich der Wicklungen liegenden Abschnitts der Wicklungsanordnung be­ nutzt werden. Wenn die Außentemperatur auf unter 10°C ab­ sinkt, kann der Behandlungsraum 12 vorgesehen oder nicht vorgesehen werden. Falls der harzvergossene Transformator aufgrund eines Betriebsunfalls geplatzt ist, so daß die Wicklungen unterbrochen sind und die Wicklungsenden an der Bruchstelle freiliegen, kann der Transformator ebenfalls auf die oben beschriebene Weise von der Harzschicht getrennt werden, sofern elektrischer Strom von außen her über die durchtrennten Wicklungsenden eingeleitet werden kann.

Im folgenden ist anhand von Fig. 4 ein zweites Ausführungs­ beispiel der Erfindung beschrieben, bei dem als harzver­ gossenes Gerät eine harzvergossene oder Harzguß-Durchfüh­ rung 21 verwendet wird, die auf noch näher zu beschreibende Weise durch Ausnützung des Wärmedehnungsunterschiedes (ihrer Bauteile) zerlegt wird. Diese Harzguß-Durchführung 21 enthält einen von Harzvergußmasse umhüllten rundstabartigen Mittenleiter 22. Mit 23 ist eine Harzschicht 23 bezeichnet. Zum Erwärmen des Mittenleiters 22 wird eine elektromagne­ tische Induktionsheizvorrichtung 24 um die Harzguß-Durch­ führung 21 herum angeordnet. Die elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung 24 umfaßt in an sich bekannter Weise eine Induktionsspule 25 und eine letztere mit einem Hochfrequenzstrom speisende Hochfrequenz-Stromversorgung 26. Ein durch die Induktionsspule 25 erzeugtes elektromagne­ tisches Feld erzeugt (induziert) einen Induktionsstrom im Mittenleiter 22. Die durch den Induktionsstrom erzeugte Joulesche Wärme bewirkt eine Selbsterwärmung des Mitten­ leiters 22, dessen Temperatur mittels eines Temperatur­ messers 27 gemessen wird. Auf der Grundlage der gemessenen Temperatur regelt eine Regeleinheit 28 die Größe des von der Hochfrequenz-Stromversorgung 26 dem Mittenleiter 22 zugespeisten Hochfrequenzstroms.

Wenn sich der Mittenleiter 22 erwärmt, bewirkt der Wärme­ dehnungsunterschied zwischen dem Mittenleiter 22 in Form eines Metallkörpers und der Harzschicht 23 die Erzeugung einer Aufreiß- oder Aufbrechkraft zwischen beiden Ein­ heiten. Beispielsweise betragen der Wärmedehnungskoeffizient von Kupfer 20×10^-6/°C und derjenige von Epoxyharz 180×10^-6/°C. Infolgedessen entsteht allmählich ein Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Mittenleiter 22 und der Harzschicht 23. Nach der Bildung eines ausreichend großen Spalts trennt sich der Mittenleiter 22 von der Harzschicht 23, so daß er herausgezogen und der Wiederverwendung zu­ geführt werden kann. Die Harzschicht 23 kann ggf. zu Stücken zerkleinert und der Wiedergewinnung zugeführt oder als Baustoff verwendet werden.

Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die gleiche Wir­ kung wie mit dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt. Ins­ besondere läßt sich im ersteren Fall das Zerlegen innerhalb einer kurzen Zeit durchführen.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 der Mitten­ leiter 22 durch die Induktionsheizvorrichtung 21 induktiv erwärmt wird, kann auch ein niederfrequenter Strom oder ein Gleichstrom unmittelbar dem Mittenleiter 22 zugespeist und dieser dadurch zu einer Selbsterwärmung gebracht werden.

Fig. 5 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel. Zum Zerlegen der Harzguß-Durchführung 21 unter Ausnützung des Wärmedehnungsunterschieds kann gemäß Fig. 5 anstelle des Metallkörpers die Harzschicht mittels einer dielektri­ schen Heizvorrichtung erwärmt werden. Dabei wird eine Elektrode 29 mit weniger als einer Windung um die Harz­ schicht 23 der Durchführung 21 herum angeordnet. An die Elektrode 29 und den Mittenleiter 22 wird eine Hoch­ frequenzspannung von der Hochfrequenz-Stromversorgung 26 her angelegt. Dabei wirkt die vom dielektrischen Verlust herrührende Wärme auf die Harzschicht 23 ein. Der Wärme­ dehnungsunterschied zwischen dem Mittenleiter 22 und der Harzschicht 23 führt zur Entstehung eines Spalts oder Zwischenraums im Grenzflächenbereich zwischen diesen Teilen. Damit wird die gleiche Wirkung wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzielt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Zerlegen von harzvergossenen Geräten, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Grenzflächen­ bereich zwischen einem Metallkörper und einer um diesen herum angeordneten und ihn umhüllenden Harz­ schicht ein Spalt oder Zwischenraum erzeugt und der Metallkörper unter Ausnützung des Spalts bzw. Zwischen­ raums von der Harzschicht getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt bzw. Zwischenraum durch Einwirkenlassen eines Mikroorganismus auf den Grenzflächenbereich erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroorganismus ein Strahlenpilz aus der Familie Nocardia ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroorganismus unter gleichzeitiger konzentrischer Erwärmung des Grenzflächenbereichs mittels einer Heiz­ einrichtung auf den Grenzflächenbereich einwirken ge­ lassen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroorganismus auf den Grenzflächenbereich ein­ wirken gelassen wird, während die Umgebungstemperatur der Harzschicht auf einem Wert unterhalb der Temperatur des Grenzflächenbereichs gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroorganismus auf einen Bereich eines an der Harzschicht freiliegenden bzw. von dieser nicht bedeck­ ten Metallabschnitts aufgebracht und damit die Spalt- bzw. Zwischenraumerzeugung an diesem freiliegenden Abschnitt eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt bzw. Zwischenraum durch Ausnützung des Wärme­ dehnungsunterschieds zwischen dem Metallkörper und der Harzschicht erzeugt wird, indem der Metallkörper und/oder die Harzschicht mittels einer Heizeinrichtung erwärmt wird (werden).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Induktionsstroms als Heizeinrich­ tung eine ein Hochfrequenz-Magnetfeld um den Metall­ körper herum erzeugende elektromagnetische Induktions­ heizvorrichtung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Stromversorgung aufweist, welche den Metallkörper mit einem elektrischen Strom beschickt, so daß im Metallkörper Joulesche Wärme er­ zeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine dielektrische Heizvorrichtung mit einer am Außenumfang der Harzschicht angeordneten Elektrode und einer Hochfrequenz-Stromversorgung zur Anlegung einer Hochfrequenzspannung über bzw. an Elektrode und Metallkörper umfaßt.

11. Verfahren zum Zerlegen von harzvergossenen Geräten, gekennzeichnet durch Einwirkenlassen eines Mikroorganismus auf eine um einen Metallkörper herum geformte und diesen umhüllende Harzschicht zwecks Zersetzung der Harzschicht, so daß der Metallkörper (aus der Harzschicht) herausge­ zogen werden kann.