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Überwachungseinrichtung für elektrische Maschinen und Apparate Die
Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für elektrische Maschinen und Apparate,
z. B. für Motoren, Generatoren, Transformatoren, Kondensatoren, Kabel, Schalter
usw., deren Isolation halogenierte Kohlenwasserstoffe enthält. Die Überwachungsvorrichtung
spricht auf die im Störungsfall im elektrischen Apparat frei werdenden gasförmigen
oder flüssigen Zersetzungsprodukte an. In den meisten Fällen sind die Ursache für
die frei werdenden Zersetzungsprodukte im Apparat auftretende elektrische Lichtbögen.
Diese rühren von Überschlägen oder Durchschlägen her und zersetzen ganz oder teilweise
die IsölierstofYe des Apparates. Nicht brennbare Isolieröle,: z. B. chlorierte Kohlenwasserstofföle,
.lassen meistens Salzsäure oder ' Chforwasserstoffgase frei werden.
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Gemäß der Erfindung sind nun im Überwachungsstromkreis Organe eingeschaltet,
die unter - der Einwirkung der Zersetzungsprodukte der halogenierten Isolierstoffe
eine chemische Umwandlung und eine Änderung ihres elektrischen Widerstandes erfahren.
Die Widerstandsänderung kann auf einer Änderung der Stoffkonstanten oder auf der
Neu-Bildung besser leitender Stoffe oder auf der Bildung elektrolytischer Zellen
in dem überwachungsorgan beruhen.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
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In Fig. i ist ein Transformator z dargestellt, der in einen mit einem
chlorierten Kohlenwasserstofföl z gefüllten Behälter 3 eingesetzt ist. Um die_ Wärmedehnungen
des flüssigen Isoliermittels abzufangen, befindet sich über dem Spiegel des Isolieröles
ein Gaspolster q., in dem das erfindungsgemäße Überwachungsorgan 5 angeordnet ist.
Dieses liegt .in einem Signal- oder Steuerstromkreis, dessen Leitungen 6 in der
Fig. i angedeutet
sind. Als Stromquelle des Steuerstromkreises ist
bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel die Hochspannung selbst. verwendet,
verwendet, d. h. das Überwachungsorgan,@ä und die Signaleinrichtungen sind zwiKe9
die beiden Hochspannungsleitungen 7 und'., oder zwischen eine Leitung und Erde ge`,.,
schaltet. Im. normalen Betriebszustand wirkt das Überwachungsorgan 5 praktisch als
Isolator. Wenn man natürlich mit Sicherheit den Übertritt von Hochspannung in den
Signalstromkreis vermeiden will, empfiehlt es sich, einen Isoliertransformator in
die Leitungen 6 zu legen.
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Fig.2 zeigt das erfindungsgemäße Überwachungsorgan in der Seitenansicht,
während Fig. 3 das gleiche Organ im Schnitt nach der Linie A-ß darstellt. Das .Überwachungsorgan
besteht aus einem Träger io aus Isolierstoff, z. B. aus Preßpapier, Kunstharz oder
einem Cellulosederivat. Im vorliegenden Fall wird Celluloseacetat verwendet. Dieser
Träger ist mit der Schicht ii überzogen; deren elektrischer Widerstand sich durch
chemische Umwandlung unter der Einwirkung der Zersetzungsprodukte verändert. Beim
Ausführungsbeispiel wird einem Celluloselack, dessen Lösungsmittel aus Aceton besteht;
pulverisiertes Eisenhydroxyd -zugesetzt. Dieses bildet nach dem Aufbringen auf den
Celluloseträger io einen festhaftenden Überzug, da ja das Lösungsmittel Aceton auch
die oberste Schicht des Trägers io löst. Der Überzug haftet so fest, daß er nach
dem Verdampfen des Acetons nicht einmal abgekratzt werden kann. In elektrischer
Verbindung mit diesem Überzug befinden sich die beiden Elektroden 12, die an den
Signalstromkreis angeschlossen werden. Unter Umständen kann man an der Berührungsfläche
der Elektroden mit dem Überzug i i eine Metallisierung vorsehen, die z. B. aus aufgespritztem
Aluminium besteht, Als Werkstoff für die Elektroden wird ebenfalls vorteilhaft Aluminium
verwendet. Der Werk2toff ist jedenfalls so auszuwählen, daß er von den Zersetzungsprodukten
im elektrisehen Apparatekessel nicht nennenswert angegriffen wird. Die angegebenen
Werkstoffe für das Überwachungsorgan dienen zur Verwendung bei Apparaten, die eine
Isoliermittelfüllung aus chlorierten Kohlenwasserstoffölen haben, z. B. aus chloriertem
Diphenyl, chloriertem Diphenyloxyd; Trichlorbenzol, Tetrachlor difluoräthan,Tetrachloräthylbenzol,
Pentächloräthylbenzol, Benzoltrifluorid und andere Stoffe, die bei der Zersetzung
chlorhaltige -Stoffe ausscheiden. Wenn die Ausscheidung von Salzsäure zu erwarten
ist, empfiehlt es sich, das Überwachungsorgan 5 in der Ötfüllung 2 an einer Stelle
unterzubringen, an die die ausgeschiedene Salzsäure absinkt. Für die Anzeige von
Chlorwasserstoffgas wird das Organ 5 in der in Fig. i dargestellten Weise in dem
Gaspolster oder im Auspuffweg, z. B. im Auspuffrohr oder in 'einem Gasauffangbehälter,
der in die Ver-J)ndungsleitung zwischen Kessel 3 und Ol-'ausdehnungsgefäß eingeschaltet
ist, oder im Ausdehnungsgefäß. selbst angeordnet.
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Wenn die frei werdende Salzsäure oder das Chlorwasserstoffgas mit
dem Überzug i i -in Berührung kommt, bildet sich Eisenchlorid unter - Freiwerden
von Wasser. Das Überwachungsorgan wirkt dann ähnlich wie eine elektrolytische Zelle.
Die Formel für die Umwandlung lautet folgendermaßen: Fe(OH)3 +3HCl=FeCIs+3H2O. Die
Messung hat ergeben, daß eine Platte aus Celluloseacetat mit einer Fläche von 3
Zoll mal 3/4 Zoll und von einer Stärke von etwa i/16 bis 1l8 Zoll, die mit einem.
Eisenhvdroxvd enthaltenden Celluloselack bestrichen wurde, eine sehr große Widerstandsänderung
unter Einwirkung von Chlorwasserstoffgasen erführ. Zu Anfang betrug der Stromdurchgang.-bei
65° C ungefähr o,i Mikroamp. Nach einigen Minuten =wuchs: der Strom auf .4 bis 5
Milliamp., also auf den 40 ooo- bis 5o aoofachen Betrag. Natürlich kann der Stromdurchgang
noch erheblich vergrößert werden, wenn man eine. Anzahl der oben beschriebenen Überwachungsorgane
miteinander parallel schaltet.
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Fig. q. zeigt ein Schaltungsbeispiel für den Signalstromkreis: Der
zu überwachende Transformator'2ö mit der Primärwicklung2i und der Sekundürwicklung
22 ist mit dein Überwachungsorgan 5 ausgerüstet. Dieses wird einerseits an den Niederspannungspol
23, andererseits über die Relaiswicklung 2q. mit dem zweiten Niederspannungspol
25 verbunden. Das Relais 26 schaltet mit seinen Kontakten 27 den Auslösestromkreis
für die Auslösespulen 28 und 29 der Netzschalter 3o und 31. Die Schaltung kann auch
so getroffen werden, daß durch das Ansprechen des Relais 26 ein IZeIais 32 betätigt
wird, das entweder einen einphasigen Erdschluß über die Leitung 33 oder einen Kurzschluß
der Transformatorwicklungen einleitet. Dann lösen die Netzschalter 30 und
31 infolge des Erdschlußstromes oder infolge des Überstromes aus. Das Ansprechen
des Relais 26 kann dtircli Signaleinrichtungen, z. B. durch die Signallampe 34,
angezeigt werden. Man kann auch das Überwachungsorgan 5 mit den Signaleinrichtungen
zusammen an Hochspannungspotential legen. Dieser Fall ist besonders dann von Wichtigkeit,
wenn der zu überwachende Apparat einen auf Hochspannung befindlichen Apparatekessel
hat, z. B. bei Prüftransformatoren
oder bei den Regelschaltern
von Stufentransformatoren, deren auf Betriebspotential befindlicher Kessel voii
einem Durchführungsisolator getragen wird. Dieser Kessel kann den Lastschalter,
den Laststufenwähler oder den stromlos zu betätigenden Stufenwähler enthalten; der
Speisestrom für die Signaleinrichtung, z. B. für eine Signallampe oder ein Läutewerk,
wird dabei durch kapazitive oder induktive bzw. durch Widerstandskopplung der Hochspannung
entnommen. Auch kann. der Signalstromkreis die Auslösung eines Fallgewichtes betätigen,
z. B. eine elektromagnetisch gesteuerte Klinke für ein federbelastetes Fallgewicht,
das beim Ansprechen herabfällt oder abgeschossen wird. Dieses Fallgewicht schaltet
erst seinerseits den mit Niederspannung betriebenen Steuer-oder Signalstromkreis,
der von dem auf Hochspannungspotential befindlichen überwachungsorgan 5 mit seinem
Auslösestromkreis in einem Abstand angeordnet ist, der den Übertritt der Hochspannung.
in den Niederspannungssteuerstromkreis ausschließt.
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Wenn das erfindungsgemäßeüberwachungsorgan als Schalterschutz, z.
B. für die Regelschalter- von Stufentransformatoren, die sich mit ihrem Kessel zusammen
auf Betriebspotential befinden, verwendet werden soll, muß dafür Sorge getragen
werden, daß das Überwachungsorgan gegen die Einwirkung der betriebsmäßig auftretenden
Zersetzungsgase der Schaltflüssigkeit abgesperrt wird: Zu diesem Zweck kann man
beispielsweise den Schalterkessel mit einer zweiten Auspuffvorrichtung oder einem
zweiten Auspuffrohr, versehen, das das Überwachungsorgan enthält und erst bei höheren
Überdrücken durch Ansprechen eines Überdruckventils oder nach Zerstörung einer Druckmembrane
Verbindung mit dem Innenraum erhält. Das betriebsmäßig vorhandene Auspuffrohr des
Schalters - kann dabei so bemessen oder so gedrosselt werden, daß die von den ,betriebsmäßig
auftretenden Lichtbögen hervorgerufenen Schaltgase noch ohne größeren -Überdruck
in den Außenraum entweichen können. Bei der von Stehlichtbögen herrührenden plötzlichen
starken Gasentwicklung- ist aber der Drosselwiderstand des betriebsmäßigen Auspuffes
so groß, daß eine solche Druckerhöhung im Schalterkessel auftritt, durch die das
Druckventil . oder die Druckmembranen des zweiten, die erfindungsgemäßen Überwachungsorgane
enthaltenden Auspuffs geöffnet werden. Ein Teil der Gase bestreicht dann das Überwachungsorgan
und verursacht das Ansprechen der Vorrichtung.' In den Fällen, in denen das Überwachungsorgan
mit dem Kesselinnenraum des zu schützenden elektrischen Apparates erst im Störungsfall
in Verbindung gebracht wird, kann das Überwachungsorgan auch so ausgebildet werden,
daß es nicht, nur auf die Zersetzungsprodukte, sondern auch auf das flüssige .oder
gasförmige Isoliermittel des Apparates selbst anspricht.
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Die Signal- und Steuerstromkreise der Überwachungsvorrichtung können
auch von besonderen Stromquellen, z. B. von einer Batterie, gespeist werden.