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Die Erfindung betrifft den Bereich
der Explosionsverhütung
von elektrischen Transformatoren, die durch ein großes Volumen
einer brennbaren Flüssigkeit
gekühlt
werden.
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Die elektrischen Transformatoren
unterliegen, sowohl was die Bewicklung als den Eisenteil angeht,
Verlusten die die Abfuhr der erzeugten Wärme erfordern. So werden Hochleistungstransformatoren im
allgemeinen durch eine Flüssigkeit
wie Öl
abgekühlt.
Die benutzten Öle
sind dielektrisch und können oberhalb
einer Temperatur in der Größenordnung von
140°C Feuer
fangen. Da die Transformatoren sehr kostspielige Elemente sind,
erfordert ihr Schutz eine besondere Beachtung.
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Ein Isolierungsfehler erzeugt während der ersten
Stufe einen starken elektrischen Bogen, der eine Aktion der elektrischen
Schutzsysteme zur Folge hat, die die Stromzuführungszelle des Transformators
(Sicherungsautomaten) in Gang setzen. Der elektrische Bogen erzeugt
ebenfalls eine entsprechende Energiediffusion, die ein Freiwerden
von Zersetzungsgasen, insbesondere von Wasserstoff und Azethylen,
des dielektrischen Öls
zur Folge hat.
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Infolge des Freiwerdens von Gas steigt
der Druck im Innern des Transformatorkessels sehr schnell, wodurch
eine oft sehr starke Deflagration entsteht. Die Deflagration hat
ein starkes Aufbrechen der mechanischen Kesselverbindungen (Bolzen, Schweißnähte) des
Transformators zur Folge, wodurch die besagten Gase mit dem Sauerstoff
der Umgebungsluft in Kontakt gebracht werden. Da das Azethylen in
Gegenwart von Sauerstoff selbstentzündbar ist, bricht sofort ein
Brand aus und verbreitet das Feuer auf die anderen Ausrüstungen
des Standortes, die ebenfalls große Mengen brennbarer Produkte aufweisen
können.
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Die Explosionen sind auf Kurzschlüsse zurückzuführen, die
durch Überlasten, Überspannungen,
eine progressive Beschädigung
der Isolierung, ein unzureichendes Ölniveau und das Auftreten von Wasser
oder Schimmel oder den Ausfall einer Isolierungskomponente hervorgerufen
werden.
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Aus dem Stand der Technik sind durch Brand-
bzw. Feuerdetektoren ausgelöste
Brandverhütungssysteme
für elektrische
Transformatoren bekannt. Diese Systeme sind jedoch mit einer großen Trägheit versehen,
sobald das Öl
des Transformators schon in Flammen steht. Man begnügt sich
also damit, den Brand auf die betreffende Ausrüstung zu begrenzen, damit sich
das Feuer nicht auf die benachbarten Installationen ausbreitet.
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Um die auf einen elektrischen Bogen
zurückzuführende Zersetzung
der dielektrischen Flüssigkeit zu
verlangsamen, können
Silikonöle
anstatt der konventionellen Mineralöle verwendet werden. Die auf eine
interne Druckerhöhung
zurückzuführende Explosion
des Transformatorkessels wird jedoch nur für eine geringfügige Zeitdauer
in der Größenordnung von
einigen Millisekunden verzögert.
Diese kurze Zeitdauer macht es unmöglich, geeignete Maßnahmen
zur Explosionsverhütung
in die Wege zu leiten.
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Aus dem Dokument WO-A-97/12379 ist
ein Explosions- und Brandverhütungsverfahren
bei einem elektrischen Transformator durch Erfassung eines Bruchs
der elektrischen Isolierung des Transformators durch einen Druckgeber,
Dekompression der im Kessel enthaltenen Kühlflüssigkeit mit Hilfe eines Ventils,
und Abkühlung
der warmen Teile der Kühlflüssigkeit
durch Injektion eines inerten Gases in den unteren Teil des Kessels,
um die besagte Flüssigkeit durchzurühren und
zu verhindern, dass Sauerstoff in den Transformatorkessel eindringt,
bekannt, wobei der Transformator mit einem mit einer brennbaren Kühlflüssigkeit
gefüllten
Kessel ausgerüstet
ist. Dieses Verfahren ist zufriedenstellend und erlaubt es, die
Explosion des Transformatorkessels zu vermeiden.
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Es ist Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine äußerst schnelle
Dekompression des Kessels ermöglicht,
wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß der Transformator, der Stufenschalter
und die Leitungskreuzungen unversehrt bleiben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Explosionsverhütung ist
für einen
elektrischen Transformator vorgesehen, umfassend einen Kessel, der
mit einer brennbaren Kühlflussigkeit
gefüllt
ist, und ein Dekompressionsmittel des Transformatorkessels. Das
Kompressionsmittelumfasst ein Bruchelement, das einen Rückhalteabschnitt
aufweist, der erste Zonen mit einer im Vergleich zum Rest des Rückhalteabschnitts
reduzierten Dicke, die geeignet sind, bei Bruch des Elementes ohne
Fragmentierung zu bersten, und zweite Zonen mit einer im Vergleich
zum Rest des Rückhalteabschnitts
reduzierten Dicke einschließt,
die geeignet sind, sich bei Bruch des Elementes ohne Bersten zu
biegen. Das besagte Bruchelement ist geeignet zu brechen, wenn der
Druck im Innern des Kessels über
einen vorbestimmten Wert steigt.
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Das Bruchelement ist vorzugsweise
mit einem Dichtelement versehen, das auf der Seite der Flüssigkeit
angeordnet und imstande ist, Öffnungen mit
geringem Durchmesser zu verschließen, die im Rückhalteabschnitt
ausgebildet sind. Die Öffnungen können Rißansätze bilden
und an die ersten Zonen reduzierter Dicke anstoßen.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Dichtelement in Gestalt einer Verkleidung auf dem Rückhalteabschnitt
angeordnet, wobei die Verkleidung vorzugsweise auf der Basis von
Polytetrafluorethylen hergestellt ist.
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Der Rückhalteabschnitt ist vorzugsweise
auf der der Flüssigkeit
gegenüberliegenden
Seite von bauchiger Form mit nach außen verlaufender Wölbung.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist der Rückhalteabschnitt
metallisch und besteht aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung.
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Die Vorrichtung weist vorzugsweise
ein in das Bruchelement integriertes Brucherfassungsmittel auf,
das eine Druckerfassung im Kessel in Bezug auf den vorbestimmten
Grenzwert ermöglicht.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst
das Mittel zur Brucherfassung einen elektrischen Draht, der geeignet
ist, gleichzeitig mit dem Bruchelement zu brechen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der
elektrische Draht auf das Bruchelement geklebt.
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Vorteilhafterweise ist der elektrische
Draht auf der Seite des Rückhalteabschnitts,
gegenüber der
Flüssigkeit,
angeordnet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der
elektrische Draht mit einem Schutzfilm überzogen.
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Die Erfindung hat ebenfalls ein System
zur Explosionsverhütung
bei einem elektrischen Transformator, umfassend einen Kessel, der
mit brennbarer Kühlflüssigkeit
gefüllt
ist, und ein Dekompressionsmittel des Transformatorkessels zum Gegenstand.
Das System enthält mehrere
wie oben beschriebene Vorrichtungen, eine davon auf dem Hauptkessel,
der die Wicklungen enthält
und eine auf jedem Stufenschalter.
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Das System kann mindestens eine,
wie oben beschriebene, Vorrichtung auf mindestens einer Leitungskreuzung
umfassen.
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Der Bruch des Bruchelementes, wodurch
die Dekompression des Kessels hervorgerufen wird, und der Bruch
des Drahtes, wodurch ein übermäßiger und
anormaler Durck erfasst wird, finden gleichzeitig statt.
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Ausdrücke wie "auf der Seite der Flüssigkeit" und "auf der der Flüssigkeit gegenüberliegenden
Seite" gelten selbstverständlich für den Zustand
vor dem Bruch.
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Die Vorrichtung zur Explosionsverhütung ist für den Hauptkessel
eines Transformators, den Kessel des oder der Stufenschalter und
für den
Kessel der Leitungskreuzungen geeignet, wobei der letztere Kessel
auch Ölbehälter genannt
wird. Die elektrischen Leitungskreuzungen spielen die Rolle einer Isolierung
des Hauptkessels eines Transformators von Hoch- und Niederspannungsleitungen an die
die Wicklungen des Transformators über Ausgangsstäbe angeschlossen
sind. Jeder Ausgangsstab ist von einem Ölbehälter umgeben, der eine gewisse
Isolierflüssigkeitsmenge
enthält.
Die Isolierflüssigkeit
der Leitungskreuzungen und/oder der Ölbehälter ist ein von dem des Transformators
verschiedenes Öl.
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Es kann ein Stickstoffeinspritzmittel
vorgesehen werden, das an einen oberen Teil des Ölbehälters angeschlossen ist und
geeignet ist, sich bei der Erfassung eines Fehlers auszulösen. Die
Stickstoffinjektion könnte,
dem Bruchelement nachgeschaltet, die Flüssigkeitsabfuhr begünstigen.
Die Stickstoffinjektion könnte
insbesondere den Lufteintritt in den Ölbehälter vermeiden, wobei ein Lufteintritt
den Brand begünstigen
würde.
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Die Vorrichtung zur Explosionsverhütung kann
mit einem Erfassungsmittel zur Auslösung der Transformatorspeisungszelle
und einem Steuerkasten ausgerüstet
sein, der Signale empfängt,
die von Gebermitteln des Transformators abgesendet werden und der
in der Lage ist, Steuersignale auszusenden.
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Die Vorrichtung zur Explosionsverhütung kann
ein durch ein Steuersignal des Steuerkastens gesteuertes Kühlmittel
für die
warmen Teile der Flüssigkeit
durch Injektion von Gas in den unteren Teil des Hauptkessels aufweisen.
Gewisse Teile der Kühlflüssigkeit
unterliegen in der Tat einer Erwärmung
die in der Lage ist, die Flüssigkeit
zu entzünden.
Die Injektion ei nes inerten Gases am Boden des Hauptkessels erzeugt
eine Verrührung
der Kühlflüssigkeit,
wodurch die Temperatur homogenisiert und die Gasfreisetzung reduziert
wird.
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Die Erfindung wird verständlicher
beim Studium der ausführlichen
Beschreibung einiger besonderer beispielhafter, in keiner Weise
begrenzender, Ausführungsformen
und durch die im Anhang befindlichen Zeichnungen dargestellt, auf
denen
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Die 1a eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Verhütungsvorrichtung ist;
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Die 1b eine
vergrößerte Teilansicht
der 1a ist;
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Die 2 eine
der 1 entsprechende Aufsicht ist;
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Die 3 eine
allgemeine Ansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Verhütungsvorrichtung ausgerüsteten Transformators
ist;
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Die 4 eine
allgemeine Ansicht eines Transformators ist, der mit mehreren Verhütungsvorrichtungen
ausgestattet ist, die bestimmt sind, erfindungsgemäß den Kessel,
die Stufenschalter und die Leitungskreuzungen aufzuteilen,
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Die 5 eine
schematische Ansicht ist, die die Funktionslogik der auf der 4 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist,
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Die 6 eine
Querschnittsansicht einer mit einer erfindungsgemäßen Verhütungsvorrichtung ausgerüsteten Leitungskreuzung
ist.
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Wie es auf den 1a, 1b und 2 zu
sehen ist, weist das Bruchelement auf der nachgeschalteten Seite
eine konvexe kreisförmige
gebauchte Form auf und ist dazu vorgesehen, auf eine nicht dargestellte
Ausgangsöffnung
eines eine dielektrische Flüssigkeit
aufweisenden Kessels montiert zu werden. Das Bruchelement 1 weist
einen Rückhalteabschnitt 4 in
der Form eines metallischen dünnen
Netzes z. B. aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen
auf. Der Rückhalteabschnitt 4 wird
zwischen zwei scheibenförmigen
Flanschen 2, 3 geklemmt gehalten. Das Bruchelement 1 weist
außer dem
Rückhalteabschnitt 4 eine
auf der vorgeschalteten Seite angeordnete, d. h. die konkave Seite
des Rückhalteabschnitts
abdeckende Verkleidung 9 auf. Die Verkleidung 9 ist
z. B. auf der Basis von Polytetrafluorethylen hergestellt.
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Der Rückhalteabschnitt 7 ist
mit radialen Streifen 5 versehen, die ihn in sechs Teile
aufteilen. Die radialen Streifen 5 sind in einer Fraktion
der Dicke des Rückhalteabschnitts 4 ausgebildet,
so daß ein
Bruch durch Zerreißen
des Rückhalteabschnitts entlang
der besagten Streifen und das ohne Fragmentierung stattfindet, um
zu vermeiden, dass Fragmente des Rückhalteelements 1 abgerissen
und durch die Flüssigkeit,
die das Rückhalteelement 1 durchquert,
bewegt werden und eine nachgeschaltet gelegene Leitung zu beschädigen drohen.
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Der Rückhalteabschnitt 4 ist
mit Durchgangsöffnungen 6 mit
sehr kleinem Durchmesser versehen, wobei die eine Öffnung im
Zentrum des Rückhalteabschnitts 4 und
die anderen Öffnungen auf
die Streifen 5 in der Nähe
des Zentrum verteilt sind. Anders gesagt, sind 7 Öffnungen 6 sechseckförmig und
eine im Zentrum angeordnet. Die Öffnungen 6 bilden
noch schwächere
Rißansätze als
die Streifen 5 und stellen sicher, daß der Riß im Zentrum des Rückhalteabschnitts 4 beginnt
und sich nach außen
fortpflanzt. Die Bildung mindestens einer Öffnung 6 pro Streifen 5 stellt
sicher, daß die
Streifen 5 gleichzeitig zerreißen und den stärkstmöglichen Durchgangsabschnitt
bieten, wodurch die von der Zentralöffnung verschiedenen Öffnungen 6 in
gleichen Abständen
vom Zentrum angeordnet sind. Als Variante könnte man eine von sechs verschiedene Anzahl
von Streifen 5 und/oder mehrere Öffnungen 6 pro Streifen
vorsehen. Die Abdichtungsverkleidung 9 ist in der Lage,
die Öffnungen 6 zu
verschließen.
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Der Berstdruck des Rückhalteelementes 1 wird
insbesondere durch den Durchmesser und die Position der Öffnungen 6,
die Tiefe der Streifen 5, die Dicke und die Zusammensetzung
des den Rückhalteabschnitt 4 bildenden
Materials bestimmt.
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Wie es auf der 2 zu sehen ist, ist der Rückhalteabschnitt 4 mit
Rillen 7 versehen, wobei jede Rille 7 auf einem
den Schnittpunkt zwischen einem Streifen 6 und dem kreisförmigen Rand
des Rückhalteabschnitts 4 verbindenden
geraden Segment ausgebildet ist. Auf alle Fälle ist die 2 eine Aufsicht und der Rückhalteabschnitt 4 bauchig
ausgeformt. Es ist also verständlich,
daß die
Rillen 7 der Krümmung
des Rückhalteabschnitts 4 folgen
und in Seitenansicht Ellipsenbögen
bilden. Eine Rille 7 und zwei angrenzende Streifen 6 bilden
ein Dreieck 8, das sich beim Bruch von benachbarten Dreiecken durch
Zerreißen
des Materials in den Streifen 6 trennen und sich in nachgeschalteter
Richtung durch Biegen entlang der Rille 7 verformen wird.
Die Rillen 7 garantieren das Biegen der Dreiecke 8 ohne
Zerreißen,
damit das Abreißen
der besagten Dreiecke 8 vermieden wird, wodurch eine nachgeschaltet
gelegene Leitung beschädigt
werden könnte
und das Abfließen
in der Leitung behindert würde,
wodurch der Lastverlust erhöht
und die Druckentlastung auf der vorgeschalfeten Seite verlangsamt
werden würde. Der
durch das Rückhaltelement 1 nach
dem Bruch erzeugte Lastverlust wird reduziert, sobald die Anzahl
der Streifen 5 und der Rillen 7 zunimmt. Die Anzahl
der Streifen 5 und der Rillen 7 hängt ebenfalls vom
Durchmesser des Rückhalteelements 1 ab.
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Der dem Flansch 2 nachgeschaltete
Flansch 3 wird von einem Radialloch durchquert, in dem
ein Schutzrohr 10 angebracht ist. Der Bruchdetektor weist
einen elektrischen Draht 11 auf, der auf dem Rückhalteabschnitt 4 auf
der nachgeschalteten Seite befestigt und schleifenförmig angeordnet
ist. Der elektrische Draht 11 verlängert sich in das Schutzrohr 10 bis
zum Abzweigkasten 12. Der elektrische Draht 11 erstreckt
sich fast über
den ganzen Durchmesser des Rückhalteelements 1,
wobei ein Teil 11a des Drahtes auf einer Seite des Streifens 5 parallel
zum besagten Streifen 5 angeordnet ist und der andere Teil 11b des
Drahtes radial auf der anderen Seite des gleichen Streifens 5 parallel
zum besagten Streifen 5 angeordnet ist. Die Entfernung
zwischen den besagten Drahtteilen 11a,b ist klein. Diese
Entfernung kann unter der Maximalentfernung zwischen zwei Öffnungen 6 liegen,
so dass der Draht 11 zwischen den Öffnungen 6 hindurchgeht.
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Der elektrische Draht 11 wird
von einem Schutzfilm abgedeckt der gleichzeitig dazu dient, seine
Korrosion zu vermeiden und ihn auf die nachgeschaltete Seite des
Rückhalteabschnitts 4 zu
kleben. Die Zusammensetzung dieses Films 12 wird so ausgewählt, dass
vermieden wird, den Druck beim Bruch des Bruchelements 1 zu
vermeiden. Der Film 12 kann aus brüchigem Polyamid hergestellt
werden. Das Bersten des Bruchelements zieht notwendigerweise den
Bruch des elektrischen Drahts 11 nach sich. Dieser Bruch
kann auf sehr einfache und zuverlässige Weise durch die Unterbrechung
eines durch den Draht 11 fließenden Stroms oder auch mit
Hilfe des Spannungsunterschiedes zwischen den beiden Enden des Drahtes
festgestellt werden.
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Wie es auf der 3 dargestellt ist, weist der Transformator 13 einen
auf dem Boden mit Hilfe von Füßen 15 stehenden
Hauptkessel 14 auf und wird mit elektrischer Energie durch
von Isolatoren 17 umgebene Drähte 16 gespeist. Der
Hauptkessel ist mit Kühlflüssigkeit,
z. B. dielektrischem Öl
gefüllt
und ist im allgemeinen dafür
vorgesehen, einem relativen internen Druck von 1 Bar zu widerstehen.
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Der Hauptzylinder 14 ist
mit einer elastischen Kompensationsmuffe 18 versehen, der
das Bruchelement 1 nachgeschaltet montiert ist, dessen
Bersten es erlaubt, ohne Verzögerung
die auf die durch den Bruch der elektrischen Isolierung des Transformators hervorgerufene
Deflagration zurückzuführende Druckänderung
zu erfassen. Das Bruchelement 1 wird von einem Tank 19,
der zum Auffangen des aus dem Hauptzylinder 14 nach dem
Bersten des Bruchelements kommenden Öls bestimmt ist. Der Tank 19 ist
mit Rohren 20 zur Abführung
der vom Öl
herrührenden
Gase an die freie Luft ausgerüstet.
Wenn der Transformator in einem geschlossenen Raum installiert ist,
treten die Rohre 20 außerhalb
des besagten geschlossenen Raumes aus. Der Druck im Hauptkessel 14 wird
so unmittelbar gesenkt und der Hauptkessel entleert sich teilweise
in den Tank 19. Ein Bersten des Bruchelements kann für einen
bestimmten Druck unterhalb von 1 Bar, z. B. zwischen 0,2 und 0,9
Bar bevorzugt zwischen 0,5 und 0,8 Bar vorgesehen werden.
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Eine Luftisolierungsklappe 20a ist
in den Rohren 20 angeordnet, um das Eintreten von Sauerstoff
aus der Luft, die die Verbrennung von Gasen, die explosiv sein können, fördern könnte, und
vom Öl im
Tank 19 und im Hauptkessel 14 zu verhindern.
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Der Transformator 13 wird über eine
nicht dargestellte Speisungszelle gespeist, die Mittel zur Unterbrechung
der Speisung wie z. B. Schalter zum Schutz des Transformators 13 umfasst
und mit Auslösungsgebern
ausgerüstet
ist.
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Der Hauptkessel 14 umfasst
ein Mittel zum Kühlen
der Flüssigkeit
durch Injektion eines inerten Gases wie z. B. Stickstoff in den
unteren Teil des Hauptkessels. Diese Abkühlung erlaubt eine Reduzierung
der gefährlichen
von der Zersetzung der Flüssigkeit
herrührenden
Gase und des Wasserstoffanteils in der besagten gefährlichen
Gasmenge. Das inerte Gas wird in mindestens einer unter Druck stehenden,
mit einem pyrotechnischen Ventil 22, einem Druckreduzierventil 23 und
einem das inerte Gas bis zum unteren Teil des Hauptzylinders 14 bringenden Schlauch 24 ausgerüsteten Flasche 21 gespeichert. Die Öffnung des
Ventils 22 wird von einem vom in das Bruchelement 1 integrierten
Bruchdetektor ausgehenden Bruchsignal gleichzeitig mit einem Auslösungssignal
der elektrischen Schutzvorrichtungen des Transformators 13 gesteuert.
Die Injektion von inertem Gas erzeugt ein schwaches Ansteigen des Pegels
der dielektrischen Flüssigkeit
im Hauptkessel 14 und ein Abfließen in den Tank 19.
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Ein solches Schutzsystem ist wirtschaftlich, autonom
in Bezug auf die benachbarten Installationen, weist geringe Abmessungen
auf und ist wartungsfrei.
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Der auf der 4 dargestellte Transformator 13 weist
eine höhere
Leistung als der von 3 auf und
ist mit einem oder mehreren Stufenschaltern und elektrischen Nieder-
und Hochspannungs-Leitungskreuzungen ausgerüstet.
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Um einen konstanten Pegel der Kühlflüssigkeit
im Hauptkessel sicherzustellen, ist der Transformator 13 mit
einem mit dem Hauptkessel 14 über eine Leitung 26 in
Verbindung stehenden Notreservoir 25 ausgerüstet.
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Die Leitung 26 ist mit einer
automatischen Klappe 27 versehen, die die Leitung 26 verschließt, sobald
sie eine schnelle Bewegung der Flüssigkeit entdeckt. So sinkt
der Druck in der Leitung 26 bei einer Explosion des Hauptkessels 14 schnell,
wodurch die Flüssigkeit
abzufließen
beginnt, was schnell durch den Verschluß der automatischen Klappe 27 unter-
brochen wird. So wird verhindert, daß die Flüssigkeit in dem Notreservoir 25 den
Brand des Transformators unterstützt.
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Der Hauptkessel 14 umfasst
einen Fühler 28 zum
Messen der Anwesenheit von Kühlflüssigkeitsdampf,
der auch "Buchholz" genannt wird und
der an einem hochgelegenen Punkt des Hauptkessels montiert ist,
im allgemeinen an der Leitung 26. Die auf einen Bruch der
elektrischen Isolierung zurückzuführende Deflagration
erzeugt schnell die Abgabe von Dampf der sich im Hauptkessel 14 befindlichen
Flüssigkeit.
Ein Dampffühler 28 ist
also in der Lage einen Bruch der elektrischen Isolierung zu erfassen.
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Der Transformator 13 umfasst
ein Ventil 29, das zwischen dem zugehörigen Kessel 14 und
der elastischen Kompensationsmuffe 18 liegt. Das Ventil 29 ist
andauernd geöffnet,
wenn sich der Transformator 13 unter Spannung befindet,
und kann bei durchgeführten
Wartungsmaßnahmen
geschlossen werden, wobei der Transformator 13 außer Spannung ist.
Dem Bruchelement nachgeschaltet 1 ist eine mit einer Luftisolierklappe 31 ausgerüstete Drucksenkungsleitung 30 montiert.
Die Drucksenkungsleitung 30 mündet in einen nicht gefährlichen
Schöpfer
oder Abfluß.
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Der Transformator 13 kann
mit einem oder mehreren Stufenschaltern 32 ausgerüstet sein,
der als Schnittstelle zwischen dem besagten Transformator 13 und
dem elektrischen Stromnetz dient, an das der Transformator angeschlossen
ist, um eine konstante Spannung trotz der Schwankungen des an das
Netz gelieferten Stroms sicherzustellen. Der Stufenschalter 32 ist
mit einem Kessel 33 ausgerüstet, der über eine Drucksenkungsleitung 34 an
die Drucksenkungsleitung 30 angeschlossen ist. Der Stufenschalter 32 wird
ebenfalls durch eine brennbare Kühlflüssigkeit
gekühlt.
Wegen seines reduzierten Volumens ist die Explosion eines Stufenschalters
außerordentlich
stark und kann von der Projektion von in Brand gesetzten Kühlflüssigkeitsspritzern
begleitet werden. Die Drucksenkungsleitung 34 ist also
mit einem Bruchelement 35 versehen, das in der Lage ist, im
Falle eines Kurzschlusses, also eines Überdruckes im Innern der Stufenschalter 32,
zu zerreißen. Das
Bruchelement 35 ähnelt
dem mit der Referenz 1 und ist entsprechend dimensioniert.
So wird die Explosion, des Kessels 33 des besagten Stufenschalters 32 vermieden.
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Der Transformator 13 weist
mehrere elektrische Leitungskreuzungen 36 auf, die es erlauben,
ihn an ein Hochspannungsstromnetz anzuschließen. Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen
Leitungskreuzung. Die elektrische Leitungskreuzung 36 umfasst
einen Kessel oder einen im allgemeinen zylinderförmigen Ölbehälter 37 mit einem unteren
auf dem Hauptkessel 14 montierten Ende und einem freien
oberen Ende. Ein aus dem Hauptkessel 14 herausragender
Ausgangsstab 38 durchquert den Ölbehälter 37 von einem
Ende bis zum anderen. Eine dichte elektrische Isolierung 39 ist
zwischen dem Ausgangsstab 38 und dem oberen freien Ende
des Ölbehälters 37 angeordnet,
der bei normalem Funktionieren schon fast vollständig mit Öl gefüllt ist.
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Eine Leitung 41 verbindet
den unteren Teil des Ölbehälters 37 mit
der Drucksenkungsleitung 34 des Stufenschalters 32.
Ein Bruchelement 42 ist in der Leitung 41 angeordnet
und verschließt
die Leitung 41 unter Normalbedingungen. Das Bruchelement 42 ähnelt dem
mit der Referenz 1 und ist entsprechend dimensioniert.
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Rohre 43 zur Injektion von
Inertgas münden in
den oberen Teil des Ölbehälters 37 und
sind mit einer oder mehreren Flaschen 21 verbunden (4).
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Es ist festgestellt worden, daß die Kurzschlüsse der
elektrischen Leitungskreuzungen oft von der Isolierung 39 herrühren, die
altert und unter der Wirkung der Vibrationen des Hauptkessels 14, auf
dem sie befestigt ist, Risse bekommt. Der auf den Kurzschluss zurückzuführende elektrische
Bogen setzt eine enorme Energie frei, wodurch eine Temperaturerhöhung des Öls, eine
Freisetzung von Gas und eine starke Druckerhöhung im Ölbehälter 37 erzeugt wird.
Die Druckerhöhung
provoziert den Bruch der Isolierung 39 und des Ölbehälters 37.
Beim Kontakt mit der Luft entzünden
sich die Gase und das Öl breitet
sich auf dem Transformator 13 aus. Ein starker Brand ist
die Folge.
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Während
der Explosion erzeugt die Beschädigung
der Isolierung 39 oft ein Entweichen des Öls aus dem
Hauptkessel 14, wodurch der Brand gefördert und seine Ausbreitung
auf den Transformator 13, sein Zubehör und die benachbarten Installationen unterstützt wird.
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Dahingegen wird erfindungsgemäß das Bruchelement 42 mit
einem Brechdruck unterhalb vom Versuchsdruck des Ölbehälters 37 gewählt. Die
Druckerhöhung
provoziert das Bersten des Bruchelements 42, was eine unmittelbare
Drucksenkung des Ölbehälters 37 und
das Abfließen
des Öls
hervorruft. Die Erfassung des Bruchs dank des integrierten Drahts
erlaubt es, die Injektion des Inertgases durch die Rohre 43 zu
steuern, um zu vermeiden, dass Sauerstoff aus der Umgebungsluft
in den Ölbehälter eindringt
und das Abfließen
des Öls
begünstigt.
Der elektrische Schutz des Transformators 13 erlaubt es, den
Transformator 13 zu starten und ihn dann außer Betrieb
zu versetzen. Nur die beschädigte
elektrische Kreuzleitung muss also repariert werden, wodurch die
Kosten reduziert werden und die Dauer der Außerbetriebsetzung des Transformators 13 verkürzt wird.
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Der Transformator 13 umfasst
auch eine nicht dargestellte Steuereinheit, die an jeden Bruchdetektor
der Bruchelemente 1, 35 und 42 angeschlossen
ist. Jeder Bruch eines gleichzeitig mit der Auslösung des elektrischen Schutzes
des Transformators erfasster Bruchs der Elemente 1, 35 oder 42 zieht
die Injektion von Inertgas in den Hauptkessel 14, die Stufenschalter 32 und
die Leitungskreuzungen 36 nach sich, da ein Kurzschluss
in einem dieser Elemente oft die Beschädigung der anderen zur Folge
hat (5). Der Transformator 13 wird übrigens alleine
durch die elektrischen Schutzvorrichtungen außer Betrieb gesetzt. Wie es
auf der 5 zu sehen ist,
provoziert das Auslösen
einer der elektrischen Schutzvorrichtungen des Transformators (Buchholz, Überspannungsdetektor,
Detektor für
fehlende Erdung, differentieller Schutz) und eines der Bruchelemente
die Injektion von Inertgas in alle Elemente, die brennbare Flüssigkeit
enthalten.
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Die Steuereinheit kann ebenfalls
an die als Zubehör
fungierenden Fühler
wie den Branddetektor, den Dampffühler 28 (Buchholz)
und an den Auslösungsgeber
der Speisezelle angeschlossen werden, um ein Löschen des Brandes bei einem
Ausfall der Explosionsverhütungsvorrichtung
auszulösen.
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Dank der Erfindung verfügt man so über eine Vorrichtung
zur Explosionsverhütung
bei einem Transformator, die wenige Modifizierungen der Elemente
des Transformators erfordert, die sehr schnell die Brüche der
Isolierung erfasst und simultan agiert, um die sich daraus ergebenden
Konsequenzen zu begrenzen. Das erlaubt es, die Explosionen der Ölbehälter und
die sich daraus ergebenden Brände
zu vermeiden und die mit Kurzschlüssen verbundenen Schäden am Transformator,
ebenso wie an den Stufenschaltern und den Leitungskreuzungen zu
reduzieren.