-
Einrichtung zur Betriebsüberwachung von Öltransformatoren und anderen
Öl enthaltenden elektrischen Apparaten mit ölausdehnungsgefäßen Es sind Einrichtungen
zum Schutze von Transformatoren bekannt, welche die im Transformator auftretenden
Fehler oder thermische Überlastungen der Transformatorwicklung anzeigen oder den
Transformator abschalten. Die Einrichtungen arbeiten entweder in Abhängigkeit von
der Öltemperatur, vom Ölstand, von der Entwicklung von Gasen oder vom Verhältnis
zwischen dem primären und sekundären Strom oder der primären und sekundären Leistung
des Transformators. Alle diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie als Fehlerschutz
kleinere, im Entstehen begriffene Fehler entweder nicht anzeigen oder bei zu empfindlicher
Einstellung oft fehlerhaft arbeiten. Als Schutzeinrichtung gegen unzulässige Erwärmung
der Transformatorwicklung arbeiten sie entweder abhängig von der Öltemperatur oder
nur abhängig von dem Temperaturunterschied zwischen Öl und Wicklung, was durch Überwachung
der Ölströmung zwischen Transformator und Ausdehnungsgefäß geschieht. Da jedoch
nach den Normalien des Verbandes deutscher Elektrotechniker für die zulässige Temperatur
von Öltransformatoren weder die Öltemperatur allein noch der Temperaturunterschied
zwischen Öl und Wicklung allein maßgebend ist, sondern beide Wirkungen gemeinschaftlich
die zulässige Grenztemperatur bestimmen, ist eine richtige Betriebsüberwachung für
Öltransformatoren mit nur einer von beiden Wirkungen beeinflußbaren Einrichtung
nicht möglich.
-
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß jede gefahrbringende Unregelmäßigkeit
im Transformator, sei es durch Überlastung oder durch Fehler, mit einer Wärmeerzeugung
verbunden ist, .die auf das Öl übergeht und eine Volumenänderung bewirkt, wobei
es nicht notwendig ist, daß die örtliche Erwärmung so groß wird, so daß sich Gase
bilden. Zu .der Wärme, die durch den normalen Betriebsstrom (Stromwärme- und Eisenverluste)
erzeugt wird, auf das Öl übergeht und Volumenänderungen verursacht, kommen daher
im Falle von Störungen oder Überlastungen weitere Wärmemengen hinzu, die eine weitere
Volumenzunahme zur Folge haben. Die Volumenänderungen sind in jedem Augenblick verhältnisgleich
dem Unterschied zwischen der im Transformator erzeugten und der vom Transformator
(einschließlich Öl) wieder abgegebenen Wärme.
-
Die durch diese langsamen Volumenänderungen auftretende Veränderung
im Ölstand des Ausdehnungsgefäßes, welche die Vorbelastung oder den Erwärmungszustand
des Transformators ausdrückt, wirkt sich auf den Druck in der Druckkammer aus, so
daß dieser bei höherer mittlerer Öltemperatur höher, bei niederer mittlerer Öltemperatur
niederer ist im Vergleich zu dem Zustand, wo das Luftvolumen der Druckkammer von
der
Außenluft abgeschlossen worden ist. Hierdurch unterscheidet
sich die Einrichtung vorteilhaft auch von einer bekannten Einrichtung, welche in
der ' Strömungsgeschwindigkeit des Öls zwischen .Transformator und Ausdehnungsgefäß
zwar einen Maßstab für den Temperaturunterschied zwischen Öl und Wicklung darstellt,
jedoch nicht die die Überlastungsfähigkeit des Transformators mitbestimmende Vorbelastung
des Transformators gegenüber einem Normalbetriebszustand mit ausdrückt, wie dies
der Erfindungsgegenstand tut, der in den Druckangaben der Druckkammer sowohl den
Temperaturunterschied zwischen Öl und Wicklung als auch die Abweichung der mittleren
Öltemperatur gegenüber dem Temperaturwert, der beim Abschluß der Druckkammer bestanden
hat, umfaßt.
-
Um diese Volumenänderungen für den Schutz des Transformators auszunutzen,
ist das Volumen des Transformators c an der Einmündung des Verbindungsrohres g zwischen
Transformator und Ausdehnungsgefäß b gegenüber dem Volumen des Ausdehnungsgefäßes
derart abgeschlossen, daß nur ein oder mehrere enge, in ihrem Querschnitt verstellbare
Kanäle d als Verbindung zwischen Transformator und Ausdehnungsgefäß bestehen. Die
Kanäle d sind im unteren Teil einer luftdicht abgeschlossenen Kammer a, deren Anordnungsmöglichkeiten
beispielsweise in der Abbildung dargestellt ist, angebracht. Die Kammer a ist durch
ein U-förmig gebogenes, mit Quecksilber gefülltes Glasrohr oder durch irgendeinen
anderen, vom Druck beeinflußbaren Apparat von der Außenluft abgeschlossen. Die Kanäle
d werden mittels eines Schiebers so weit geschlossen, daß sich die bei normalem
Betrieb ergebenden Volumenänderungen im Öl des Transformators ohne größere Druckunterschiede
zwischen dem Öl in derKammer a und dem imAusdehnungsgefäß b ausgleichen können.
-
Jeder Über- oder Unterdruck in der Kammer wird auf das Quecksilber
übertragen, das dementsprechend seinen Stand ändert. Solange der Ölausgleich zwischen
dem Transformator und seinem Ausdehnungsgefäß nur von normalen Lastschwankungen
herrührt, sind nur geringe Über- oder Unterdrücke in der Kammer notwendig, um das
Öl in der einen oder anderen Richtung durch die Kanäle d zu treiben. Wird jedoch
der Transformatorkessel undicht, so daß Öl in größeren Mengen verlorengeht, oder
tritt eine stärkere Volumenzunahme durch Überlastung oder infolge Fehler auf, so
kann die hierdurch verursachte Volumenzu- oder -abrahme durch die engen Kanäle nicht
mehr ausgeglichen werden, ohne daß ein wesentlich höherer Über- oder Unterdruck
in der Kammer entsteht. Die Druckänderungen werden durch Berührung des Quecksilbers
im Glasrohr e mit den entsprechenden Kontaktdrähten zur Alarmierung, Schalterauslösung
oder Zuschaltung eines weiteren Transformators ausgenutzt.
-
Die Volumenänderungen treten zwar sofort mit den Belastungsänderungen
'auf, doch dauert es einige Zeit, bis ein bestimmter Über- oder Unterdruck, der
signalisiert oder den Transformator abschaltet, entstanden ist, je nachdem das eingeschlossene
Luftvolumen größer oder kleiner ist. Infolge .der quadratischen Abhängigkeit zwischen
Strom und Stromwärme weichen die Volumenänderungen von den normalen betriebsmäßigen
Änderungen stark ab, so daß eine sichere Einstellung der Kanäle möglich ist, ohne
daß damit eine zu hohe Empfindlichkeit der Einrichtung bedingt ist.
-
Die Schutzeinrichtung kontrolliert auchden ordnungsmäßigen Zustand
der Kühleinrichtungen des Transformators, da die Einstellung ,der Kanäle für die
normalen Betriebsverhältnisse, d. i. normale Belastung und normale Kühlung, bemessen
ist und jede Veränderung nicht nur in der Wärmeerzeugung im Transformator, sondern
auch jede Änderung in der Wärmeabgabe des Transformators sich augenblicklich in
einer Veränderung des Volumens und damit des Druckes in der Kammer a auswirkt.