DE4140322C1

DE4140322C1 - Gas bubble detection system for transformer oil-cooling circuit - responds to electrical discharge between spaced transformers inserted in transformer cooling oil circulation path

Info

Publication number: DE4140322C1
Application number: DE19914140322
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.-Ing. 8500 Nuernberg De Reiplinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2011-12-07
Also published as: BR9204853A

Abstract

The gas bubble detection system uses a number of electrodes (9) lying at different potentials incorporated in a circulation pipe for the transformer cooling oil, coupled to a discharge detection circuit (13) providing a signal indicating the presence of gas bubbles. The electrodes (9) can be coupled to a DC or AC source (25) and can be provided as 2 or more sets of spaced parallel plates between which the cooling oil is passed, or as a series of coaxial cylinders. The electrodes (9) are pref. inserted in the oil circuit on the suction side of a circulation pump. USE - For detection of gas bubbles in transformer cooling oil for prevention of damage.

Description

Bei Hochspannungstransformatoren mit forcierter Ölumlauf kühlung kann es dazu kommen, daß örtlich im Öl als Folge eines Schadens, z. B. durch eine Überhitzung, Gasblasen entstehen. Durch die forcierte Ölumwälzung können die entstehenden Gasblasen vom Ölstrom in die Nähe hochspan nungsführender Teile, insbesondere der Wicklung, gebracht werden, die dann dort zu Überschlägen oder zu größeren Folgeschäden führen können.For high-voltage transformers with forced oil circulation Cooling can occur locally in the oil as a result damage, e.g. B. by overheating, gas bubbles arise. Due to the forced oil circulation, the Highly generated gas bubbles from the oil flow nearby Leading parts, especially the winding which then turn into flaps or larger ones Can cause consequential damage.

Derartige Fehler können bereits entstehen, bevor eine Gas meldung vom sogenannten Buchholz-Relais erfolgt. Dieses kann nämlich nur größere Gasansammlungen im oberen Teil des Ölkühlkreislaufes erfassen. Bisherige Versuche, im Öl vorhandenes Gas durch Gasfallen aus dem Öl zu entfernen, verliefen ohne befriedigende Ergebnisse.Such errors can arise before a gas message from the so-called Buchholz relay. This can only large gas accumulations in the upper part of the oil cooling circuit. Previous attempts in oil remove existing gas from the oil by gas traps, passed without satisfactory results.

Aus der DE 30 41 889 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der die Konzentration elektrizitätsleitender Festteilchen in einer Flüssigkeit kontrolliert werden kann. Dabei wird ein mit einer Überwachungseinrichtung verbundenes Elektro denpaar in der Flüssigkeit angeordnet. Die Vorrichtung wird speziell zum Erfassen von Metallteilchen in der Ar beitsflüssigkeit einer Funkenerosionsmaschine eingesetzt.From DE 30 41 889 A1 a device is known with the concentration of solid particles that conduct electricity can be controlled in a liquid. Doing so an electrical connected to a monitoring device the pair arranged in the liquid. The device is specially designed for the detection of metal particles in the ar used in a spark erosion machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erfassung von Gasblasen in einem flüssigen Medium zu verbessern, so daß insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Transformatoren Schäden aufgrund von Gasblasen verhindert werden können.The invention has for its object the detection to improve gas bubbles in a liquid medium, so that especially in liquid-cooled transformers Damage due to gas bubbles can be prevented.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung der aus DE 30 41 889 A1 bekannten Anordnung zum Erfassen von Gasblasen gelöst. This object is achieved through the use of DE 30 41 889 A1 Known arrangement for detecting gas bubbles solved.

Der Erfinder hat erkannt, daß die bisherigen Schutzgeräte viel zu spät eine Gasmeldung abgeben. Es sollte bereits beim Auftreten von Gasblasen eine Meldung erfolgen. Die bekannten Methoden hierzu, beispielsweise wie beim Buch holz-Relais mittels eines Schwimmers, sind jedoch hierfür ungeeignet, da nur große Ansammlungen von Gas erfaßt wer den können.The inventor has recognized that the previous protective devices Submit a gas report far too late. It should already a message is issued if gas bubbles occur. The known methods of doing this, for example as in the book wood relays using a float, however, are for this unsuitable because only large accumulations of gas are detected that can.

Der Erfinder beschritt demgegenüber einen anderen, jedoch wesentlich direkteren Weg. Er führte nämlich die bekannte Vorrichtung aus der DE 30 41 889 A1 einer neuen Verwendung gemäß Anspruch 1 zu. Die Gasblasen wirken im Medium näm lich wie eine verringerte Isolierfähigkeit, durch die Überschläge und damit der resultierende Schaden im Trans formator entstehen. Mit der vorgeschlagenen Lösung können bereits geringste Gasblasen im Medium, insbesondere im Transformatoröl, erfaßt werden, so daß eine frühzeitige Signalisierung und Abschaltung möglich ist.The inventor took a different approach, however much more direct way. He led the well-known Device from DE 30 41 889 A1 of a new use according to claim 1. The gas bubbles act näm in the medium Lich like a reduced insulation ability, through which Rollovers and thus the resulting damage in the trans formator arise. With the proposed solution you can even the smallest gas bubbles in the medium, especially in the Transformer oil, can be detected so that an early Signaling and shutdown is possible.

Es ist dabei günstig, wenn der Zwischenraum zwischen den Elektroden vom Medium durchströmt ist, insbesondere wenn die Elektrodenanordnung derart ausgebildet ist, daß das Medium deren Zwischenraum zwangsdurchströmt. Auf diese Weise werden im Medium befindliche Gasblasen auf jeden Fall durch die Elektrodenanordnung geführt, wodurch sie wiederum vom Entladungswächter erfaßt werden. Die Elek troden der Anordnung können dabei bevorzugt als koaxial angeordnete Zylinder oder als parallele Platten ausge bildet sein.It is advantageous if the space between the Medium flows through electrodes, especially if the electrode arrangement is designed such that the Medium the space between which flows positively. To this Wise gas bubbles are in the medium on everyone Case passed through the electrode assembly, causing them again be detected by the discharge guard. The elec Trodes of the arrangement can preferably be coaxial arranged cylinders or out as parallel plates be educated.

Der Entladungswächter kann dabei als Teilentladungsmeßge rät ausgebildet sein. Auf diese Weise können auch kleinste Gasblasen erfaßt werden. Bevorzugt wird die Anordnung bei einem Ölkühlkreislauf eines Transformators angewendet. Die Elektroden können dabei saugseitig vor einer Pumpe des Kühlkreislaufes angeordnet werden. Dadurch werden die Gas blasen bereits erfaßt, bevor eine Verwirbelung oder eine Verkleinerung der Blasen in der Pumpe erfolgt.The discharge monitor can be used as a partial discharge measurement advises to be trained. This way even the smallest Gas bubbles can be detected. The arrangement is preferred for an oil cooling circuit of a transformer. The Electrodes can be on the suction side in front of a pump Cooling circuit can be arranged. This will make the gas blow already captured before a swirl or a The bubbles in the pump are reduced in size.

Bei Anwendung im Ölkühlkreislauf eines Transformators kann die Anordnung in einer Rohrleitung, z. B. in eine Zufluß rohrleitung vor der Pumpe, eingebaut werden. Die Anordnung kann dabei auch mehrere Elektrodenpaare umfassen, die von einer Spannungsquelle versorgt sind. Die Spannung kann dabei je nach Anwendungsfall Wechsel- oder Gleichspannung sein.When used in the oil cooling circuit of a transformer the arrangement in a pipeline, e.g. B. in an inflow pipeline in front of the pump. The order can also comprise a plurality of pairs of electrodes, which of are supplied by a voltage source. The tension can AC or DC voltage depending on the application be.

Der Abstand der Elektroden und die angelegte Spannung wer den je nach Größe der noch er faßbaren Gasblasen vorgege ben. Die Spannung muß so gewählt sein, daß bei gasblasen freiem Öl und Berücksichtigung eines Streuungszuschlages gerade kein Ansprechen erfolgt. Dieser Grenzwert kann dem jeweiligen Zustand des Öles angepaßt werden. Der Abstand zwischen den Elektroden der Elektrodenanordnung ist bevor zugt kleiner als 25 mm, insbesondere kleiner als 5 mm, insbesondere kleiner als 2 mm, gewählt.The distance between the electrodes and the voltage applied which, depending on the size of the gas bubbles still detectable ben. The voltage must be selected so that with gas bubbles free oil and consideration of a spread surcharge no response has just taken place. This limit can be adapted to the respective condition of the oil. The distance between the electrodes of the electrode arrangement is coming less than 25 mm, in particular less than 5 mm, in particular smaller than 2 mm.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the other claims specified.

Die Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention and further advantages are as follows explained in more detail using the drawing as an example. It demonstrate:

Fig. 1 eine Anordnung zum Erfassen von Gasblasen bei einem Kühlkreislauf, Fig. 1 shows an arrangement for detecting gas bubbles in a cooling circuit,

Fig. 2 eine Elektrodenanordnung im Querschnitt, Fig. 2 is an electrode arrangement in cross-section,

Fig. 3 eine Elektrodenanordnung im Längsschnitt und Fig. 3 shows an electrode arrangement in longitudinal section and

Fig. 4 eine weitere Elektrodenanordnung im Querschnitt. Fig. 4 shows a further electrode arrangement in cross section.

In Fig. 1 ist ein Kreislauf 1 mit einer Pumpe 3 für ein flüssiges Medium gezeigt. Es kann sich dabei um einen Kühl kreislauf, insbesondere einen Ölkühlkreislauf eines Trans formators, handeln. Das Medium strömt in die Richtung 5.In Fig. 1, a circuit 1 is shown with a pump 3 for a liquid medium. It can be a cooling circuit, in particular an oil cooling circuit of a transformer. The medium flows in direction 5 .

Um Gasblasen in dem flüssigem Medium zu erfassen, sind in einer Rohrleitung 7 des Kreislaufs 1 Elektroden 9 im Me dium angeordnet. Die Elektroden 9 sind über Leitungen 11 mit einem Entladungswächter 13 elektrisch verbunden. Durch die gezeigte Polarisierung der Elektroden 9 wird darge stellt, daß diese auf unterschiedlichem Potential liegen.In order to detect gas bubbles in the liquid medium, 1 electrodes 9 are arranged in the medium in a pipe 7 of the circuit. The electrodes 9 are electrically connected to a discharge monitor 13 via lines 11 . The polarization of the electrodes 9 shown represents that these are at different potentials.

Tritt nun aufgrund einer Gasblase 15, die mit dem flüs sigen Medium zwischen die Elektroden 11 strömt, eine Ent ladung zwischen den Elektroden 9 auf, so wird diese vom Entladungswächter 13 erfaßt. Mittels einer Anzeige 17 wird ein Fehlersignal abgegeben. Dieses kann auch alternativ über einen Ausgang 19 als elektrisches Signal abgegeben werden. Auf diese Weise kann also auch ein Abschaltsignal erzeugt werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Anordnung bei einem Ölkühlkreislauf eines Transformators angewendet wird. Auf diese Weise kann bereits vor einer wesentlichen Reduzierung der Isolierfähigkeit des Mediums aufgrund von Gasblasen eine Abschaltung des Transformators erfolgen und somit weiteren Schaden verhindern.Now occurs due to a gas bubble 15 , which flows with the liquid medium between the electrodes 11 , a discharge between the electrodes 9 , this is detected by the discharge monitor 13 . An error signal is emitted by means of a display 17 . This can alternatively be emitted as an electrical signal via an output 19 . In this way, a switch-off signal can also be generated. This is particularly important when the arrangement is applied to an oil cooling circuit of a transformer. In this way, the transformer can be switched off before the insulation capacity of the medium is significantly reduced due to gas bubbles and thus prevent further damage.

Die Elektroden 9 sind bevorzugt an der Saugseite der Pumpe 3 angeordnet. Auf diese Weise ist verhindert, daß durch eine Verwirbelung in der Pumpe 3 die Gasblasen 15 verklei nert werden und so eine Erfassung durch die Elektroden 9 erschwert ist.The electrodes 9 are preferably arranged on the suction side of the pump 3 . This prevents the gas bubbles 15 from being reduced by swirling in the pump 3 and thus making detection by the electrodes 9 more difficult.

In Fig. 2 ist eine Anordnung der Elektroden 9 im Quer schnitt gezeigt. Die Elektroden 9 sind dabei als koaxial angeordnete Zylinder ausgebildet, wobei jeweils zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden 9 unterschied liche Potentiale anliegen. Dadurch sind Elektrodenpaare gebildet. Da die Elektroden 9 nicht beliebig klein ausge bildet werden können, ist im Zentrum der Anordnung 8 ein Strömungskörper 21 angeordnet. Gegebenenfalls kann dieser Strömungskörper 21 auch als Elektrode dienen.In Fig. 2 an arrangement of the electrodes 9 is shown in cross section. The electrodes 9 are designed as coaxially arranged cylinders, each with different potentials between two opposing electrodes 9 . This creates pairs of electrodes. Since the electrodes 9 cannot be formed as small as desired, a flow body 21 is arranged in the center of the arrangement 8 . If necessary, this flow body 21 can also serve as an electrode.

Die gezeigten Elektroden 9 werden über einen Transformator 23 von einer Wechselspannungsquelle 25 mit Energie ver sorgt. Zur Überwachung auf Entladungen ist dabei in einer Leitung der Energieversorgung ein Reihenwiderstand 27 an geordnet, zu dem parallel der Entladungswächter 13 ge schaltet ist. Fließt nun aufgrund einer Entladung zwischen den Elektroden 9 ein Strom durch den Reihenwiderstand 27, so erfaßt der Entladungswächter 13 den dadurch erzeugten Spannungsabfall. Der Entladungswächter 13 gibt daraufhin, wie bereits oben beschrieben, ein Fehlersignal ab.The electrodes 9 shown are provided with energy via a transformer 23 from an AC voltage source 25 . To monitor for discharges, a series resistor 27 is arranged in a line of the energy supply, to which the discharge monitor 13 is connected in parallel. If a current now flows through the series resistor 27 due to a discharge between the electrodes 9 , the discharge monitor 13 detects the voltage drop generated thereby. The discharge monitor 13 then emits an error signal, as already described above.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Elektroden 9 aus Fig. 2 in einem Längsschnitt. Dabei ist der Strömungskörper 21 gut zu erkennen. Die Rohrleitung 7 dient dabei als Behälter, in dem die Elektroden 9 vom Medium durchströmt sind. Be vorzugt sind die Elektroden 9 derart in der Rohrleitung 7 angeordnet, daß das Medium die Elektrodenzwischenräume zwangsdurchströmt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß auftretende Gasblasen auf jeden Fall durch die Anordnung 8 hindurchströmen. FIG. 3 shows the arrangement of the electrodes 9 from FIG. 2 in a longitudinal section. The flow body 21 is clearly visible. The pipe 7 serves as a container in which the electrodes 9 are flowed through by the medium. Be preferably the electrodes 9 are arranged in the pipeline 7 that the medium flows through the electrode gaps. In this way it is ensured that gas bubbles occurring in any case flow through the arrangement 8 .

In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausbildung der Elek troden 9 gezeigt. Diese sind dabei als parallele Platten ausgestaltet. Es sind auch weitere günstige Ausbildungen der Elektroden 9, z. B. auch als Spiralen, denkbar. In Fig. 4 another possible embodiment of the electrodes 9 is shown. These are designed as parallel plates. There are also other cheap designs of the electrodes 9 , z. B. also possible as spirals.

Durch die in die Zwischenräume der Elektroden 9 einströ menden Gasblasen wird die Isolierfähigkeit des Mediums reduziert. Aufgrund der anliegenden Spannung kommt es dabei zu Entladungen, welche wiederum vom Entladungs wächter 13 signalisiert werden. Der Potentialunterschied und der Abstand der Elektroden 9 hängt von der Größe der zu erfassenden Gasblasen ab. Es hat sich gezeigt, daß der Plattenabstand kleiner als 5 mm, insbesondere jedoch kleiner als 2 mm, sein sollte. Die angelegte Spannung ist dabei so gewählt, daß bei gasblasenfreiem Medium keine Entladungen stattfinden. Dabei sollten noch gewisse Streuungszuschläge berücksichtigt werden. Die Spannung ist auch weiterhin vom jeweiligen Medium bzw. vom Öl, sowie von dessen Alter und Zustand abhängig. Die Festlegung er folgt nach dem Fachmann allgemein bekannten Durchschlags kennlinien und Erfahrungswerten. Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, daß bei einer Alterung des Öles die Spannung nachträglich angepaßt werden muß.The insulating capacity of the medium is reduced by the gas bubbles flowing into the spaces between the electrodes 9 . Due to the voltage present, discharges occur, which in turn are signaled by the discharge monitor 13 . The potential difference and the distance between the electrodes 9 depend on the size of the gas bubbles to be detected. It has been shown that the plate spacing should be less than 5 mm, but in particular less than 2 mm. The applied voltage is selected so that no discharges take place with a gas bubble-free medium. Certain scatter surcharges should also be taken into account. The voltage is still dependent on the respective medium or oil, as well as its age and condition. The definition follows the breakdown characteristics and empirical values generally known to the person skilled in the art. If necessary, it may be necessary to adjust the voltage after the oil has aged.

Claims

1. Use of an arrangement with electrodes at different potentials ( 9 ) which are connected to a discharge monitor ( 13 ) which emits an error signal when a discharge occurs between the electrodes ( 9 ) for detecting gas bubbles ( 15 ) in one liquid medium, especially for oil transformers.

2. Use according to claim 1, wherein the electrodes ( 9 ) are connected to a direct or alternating voltage source ( 25 ).

3. Use according to claim 1 or 2, wherein the electrodes can be arranged in a flowing medium.

4. Use according to claim 3, with a container for the electrodes ( 9 ) through which the medium can flow.

5. Use according to claim 4, wherein the electrodes ( 9 ) are arranged in the container such that the medium forcibly flows through the electrode interspace.

6. Use according to one of claims 4 or 5, wherein the container is a pipe section ( 7 ).

7. Use according to claim 6, wherein the pipe section ( 7 ) Be part of a cooling circuit ( 1 ) of a transformer.

8. Use according to one of claims 1 to 7, wherein the electrodes ( 9 ) are ausgebil det as a coaxially arranged cylinder.

9. Use according to one of claims 1 to 7, wherein the electrodes ( 9 ) are designed as parallel plates.

10. Use according to one of claims 1 to 9, wherein the discharge monitor ( 13 ) is formed as a partial discharge measuring device.

11. Use according to one of claims 1 to 10, wherein the electrodes ( 9 ) in a cooling circuit ( 1 ) of a transformer can be arranged.

12. Use according to claim 11, wherein the cooling circuit ( 1 ) has a pump ( 3 ), on the suction side of which the electrodes ( 9 ) can be arranged.

13. Use according to one of the preceding claims, using oil as the medium.