DE69608784T9

DE69608784T9 - Verfahren und vorrichtung zur verhütung von explosion und brand für elektrische transformatoren

Info

Publication number: DE69608784T9
Application number: DE69608784T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2012-03-29
Also published as: KR970707563A; GR3034274T3; DE69608784T2; HUP9800461A2; DE795183T1; CA2206793A1; HK1003400A1; HU221222B1; CZ293859B6; CN1079573C; FR2739486B1; PT795183E; CN1165581A; EP0795183B1; FR2739486A1; EP0795183A1; BG63740B1; DE69608784D1; ES2148795T3; UA45365C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Verhütung von Explosion und Brand elektrischer Transformatoren, die mittels einer brennbaren Flüssigkeit gekühlt werden.
Elektrische Transformatoren erfahren Verluste sowohl in den Wicklungen als auch im Eisenteil, die die Abführung der erzeugten Wärme notwendig machen. Somit werden die Transformatoren mit großer Leistung im allgemeinen mit Öl gekühlt. Die verwendeten Öle sind dielektrisch und können jenseits einer Temperatur in der Größe von 140° Feuer fangen. Da Transformatoren sehr kostspielige Elemente sind, macht ihr Schutz besondere Aufmerksamkeit erforderlich.
Brände von mittels dielektrischen Öls isolierten Leistungstransformatoren ereignen sich im allgemeinen aufgrund des inneren Bruchs der elektrischen Isolierung, was ein häufig sehr heftiges Abbrennen herbeiführt. Es ergibt sich hieraus ein beträchtliches Reißen des Gefäßes des Transformators und ein Brand des Öls, was das Feuer zu den weiteren Installationen des Standorts ausbreitet, die ebenso große Mengen an brennbaren Produkten enthalten können.
Explosionen können durch Überlastungen, Überspannungen, eine fortschreitende Verschlechterung der Isolation, unzureichenden Ölpegel, Auftreten von Wasser oder Feuchtigkeit oder einen Ausfall eines Isolierbauteils herbeigeführt werden.
Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitsventile bekannt, die bei einem Überdruck im Inneren des Transformatorgefäßes auslösen. Indessen sind diese Ventile nicht an die Folgen eines inneren Isolierdefektes des Transformators angepaßt.
Das Dokument WO-A-9428566 betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Teilentladung in einem elektrischen Hochspannungsgerät wie einem Transformator. Die Vorrichtung umfaßt einen Umformer, der auf einen Isolierdefekt folgende Ultraschalldruckwellen umwandeln kann. Es wird nun die sich hieraus ergebende elektrische Energie zur Erde abgeführt.
Es sind ebenso Brandschutzsysteme für elektrische Transformatoren bekannt, die durch Temperaturdetektoren in Betrieb gesetzt werden.
Andererseits beschreibt das Dokument EP-A-238 475 eine Feuerlöschvorrichtung für einen elektrischen Öltransformator durch Einspritzen von Stickstoff unter Druck unten in das Gefäß, um das Öl umzurühren und so die heißesten Teile des Öls abzukühlen.
Diese Systeme laufen jedoch mit einer beträchtlichen Trägheit an, wenn das Öl des Transformators bereits in Flammen steht. Man begnügt sich daher damit, das Feuer auf die betreffende Anlage zu begrenzen, damit sich das Feuer nicht zu den benachbarten Anlagen ausbreitet.
Das Dokument DE-A-2 624 882 beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überdruck im Gefäß eines Transformators, der eine Kühlflüssigkeit enthält. Diese Vorrichtung umfaßt ein Sicherheitsventil in der Form eines Deckels, der mit einem elektrischen Kontakt versehen ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu liefern, daß zugleich einen Schutz gegen Überdruck im Inneren des Transformators, der auf dem raschen Abbrennen anläßlich des Bruchs der elektrischen inneren Isolierung beruht, und gegen das Feuer liefert, das sich aus derartigen Isolationsbrüchen ergibt.
Die Erfindung hat ebenso als Gegenstand eine Vorrichtung zur Verhütung von Explosion und Brand, die eine sofortige Feststellung des Bruchs der elektrischen Isolierung gestattet.
Das Verfahren zur Brandverhütung eines elektrischen Transformators, der ein mit brennbarem flüssigem Kühlmittel gefülltes Gefäß aufweist, in dem heiße Teile des Kühlmittels durch Injektion eines Inertgases unter Druck in den unteren Teil des Gefäßes gekühlt werden, um das flüssige Kühlmittel durchzurühren und den in der Nähe befindlichen Sauerstoff auszutreiben, umfaßt vor dem Kühlschritt einen Schritt zur Verhütung von Explosion und Brand des Transformators durch Erfassung eines Bruchs der elektrischen Isolierung des Transformators mittels eines Sicherheitsventils, das mit einem elektrischen Kontakt versehen ist und ein Drucksensormittel und Sensormittel zur sofortigen Dekompression des Gefäßes des Transformators durch Teilentleerung des flüssigen Kühlmittels mittels eines Ventils bildet.
Die Schutzvorrichtung gegen Brand eines elektrischen Transformators gemäß der Erfindung umfaßt ein mit brennbarem flüssigem Kühlmittel gefülltes Gefäß und ein Sicherheitsventil, das mit einem elektrischen Kontakt versehen ist und ein Sensormittel für den Druck im Gefäß bildet, wobei das Ventil zu den Verhütungsmitteln gegen Explosion und Brand gehört, die außerdem ein Ventil 15 zur sofortigen Dekompression des Gefäßes des Transformators durch Teilentleerung des im Gefäß enthaltenen flüssigen Kühlmittels umfassen.
Ein Isolierdefekt verursacht zuerst einen beträchtlichen Lichtbogen, der eine Aktion der elektrischen Schutzsysteme herbeiführt, die die Versorgungszelle des Transformators (Überlastschalter) auslösen. Der Lichtbogen führt ebenso eine entsprechende Energiestreuung herbei, die eine Zunahme des inneren Drucks des Transformators erzeugt, die ausreichend ist, das Gefäß zu zerreißen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einem Detektionsmittel für das Auslösen der Versorgungszelle des Transformators und einem Steuergehäuse versehen, das die von den Sensormitteln des Transformators ausgesendeten Signale empfängt und das in der Lage ist, Befehlssignale auszusenden.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung ein Mittel zur Kühlung der heißen Teile des flüssigen Kühlmittels durch Injektion von Inertgas in den unteren Teil des Gehäuses, befohlen durch ein Befehlssignal des Steuergehäuses. Bestimmte Teile des flüssigen Kühlmittels erfahren nämlich eine Erwärmung, die es entzünden kann. Die Injektion eines Inertgases in den unteren Teil des Gefäßes führt ein Durchrühren des flüssigen Kühlmittels herbei, das die Temperatur homogenisiert und es ermöglicht, den in der Nähe der Flüssigkeit vorhandenen Sauerstoff auszutreiben.
Die Erfindung wird beim Studium der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform verstanden, die zu keinerlei einschränkenden Zwecken verwendet wird und durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen:
1 eine allgemeine Ansicht der Verhütungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist; und
2 eine schematische Ansicht ist, die die Funktionslogik der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
Wie in den Figuren veranschaulicht ist, umfaßt der Transformator 1 ein Gefäß 2, das mittels Füßen 4 auf dem Boden 3 steht und durch mittels Isolatoren 6 umgebener Drähte 5 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Das Gefäß 2 ist mit flüssigem Kühlmittel 7, beispielsweise dielektrischem Öl gefüllt. Um einen konstanten Pegel des flüssigen Kühlmittels 7 im Gefäß 2 zu garantieren, ist der Transformator 1 mit einem Zusatzbehälter 8 versehen, der mit dem Gefäß 2 mittels einer Leitung 9 in Verbindung steht.
Die Leitung 9 ist mit einem automatischen Klappenventil 10 versehen, das die Leitung 9 verschließt, sobald es eine rasche Bewegung der Flüssigkeit 7 feststellt. Bei einer Explosion im Gefäß 2 fällt somit der Druck in der Leitung 9 rasch ab, was den Beginn eines Ablaufs der Flüssigkeit 7 herbeiführt, was rasch durch Verschließen der automatischen Ventilklappe 10 gestoppt wird. Es wird so vermieden, daß die im Zusatzbehälter 8 enthaltene Flüssigkeit dann den Brand des Transformators 1 speist.
Das Gefäß 2 ist mit einem Drucksensor 11 versehen, der geeignet ist, verzögerungsfrei die Druckänderung festzustellen, die auf der durch den Bruch der elektrischen Isolierung des Transformators 1 herbeigeführten Zündung beruht. Der Drucksensor 11 besteht aus einem Sicherheitsventil, das mit einem elektrischen Kontakt versehen ist und somit in der Lage ist, eine sich auf die festgestellte Druckänderung beziehende Information zu übertragen. Das Gefäß 2 ist ebenso mit Temperatursensoren 12 versehen, die sich an mehreren Stellen des Gefäßes 2 befinden, um die Temperatur der Flüssigkeit 7 zu kennen. Indessen weisen diese Temperatursensoren 12 eine auf 20 oder 30 Sekunden in bezug auf den Drucksensor 11 geschätzte Verzögerung aufgrund der zum Druck langsameren Ausbreitung der Wärme auf.
Das Gefäß 2 umfaßt einen Sensor 13 für das Vorhandensein von Dampf im flüssigen Kühlmittel, der auch als Buchholz bezeichnet wird, der an einer hohen Stelle des Gefäßes 2, allgemein auf der Leitung 9, angebracht ist. Die auf einem Bruch der elektrischen Isolierung beruhende Zündung ruft rasch die Abgabe von Dampf aus der Flüssigkeit 7 im Gefäß 2 hervor. Ein Dampfsensor 13 dient daher zur Feststellung eines Bruchs der elektrischen Isolierung.
Der Transformator 1 ist mittels einer nicht dargestellten Versorgungszelle gespeist, die Mittel zum Abschneiden der Versorgung wie Überlastschalter umfaßt und die mit Auslösesensormitteln 21 versehen ist.
Das Gefäß 2 ist mit Entleerungsmitteln versehen, umfassend eine Leitung 14, mit der es in der gewünschten Höhe des Entleerungspegels verbunden ist. Die Leitung 14 ist durch ein Ventil 15 mit großem Durchmesser, beispielsweise 100 bis 150 mm, verschlossen. Das Gefäß 2 umfaßt ein Mittel zur Kühlung des flüssigen Kühlmittels 7 durch Injektion eines Inertgases 16, wie Stickstoff, in den unteren Teil des Gefäßes 2. Das Inertgas 16 ist in einem Druckspeicher 17 gelagert, der mit einem Ventil 18, einem Druckminderer 19 und einem Rohr 20 versehen ist, das das Gas 16 bis zum Gefäß 2 führt.
Der Drucksensor 11, die Temperatursensoren 12, der Dampfsensor 13, die Auslösesensoren 21, das Ventil 15 der Leitung 14 und das Ventil 18 des Rohrs 20 sind mit einem Steuergehäuse 22 verbunden, das dazu bestimmt ist, die Funktion der Vorrichtung zu kontrollieren. Das Steuergehäuse 22 ist mit Informationsverarbeitungsmitteln versehen, die die Signale der verschiedenen Sensoren aufnehmen und in der Lage sind, Befehlssignale mit Ziel der Ventile 15 und 18 auszusenden.
Die Vorrichtung wird durch ein hohes Drucksignal aus dem Drucksensor 11 in Koinzidenz mit einem Auslösesignal aus den Auslösesensoren 21 der Versorgungszelle des Transformators 1 betätigt, um Explosion und Brand zu verhüten. Die Vorrichtung kann ebenso durch ein hohes Temperatursignal aus einem der Temperatursensoren 12 in Koinzidenz mit einem Signal für das Vorhandensein von Dampf aus dem Dampfsensor 13 betätigt werden, um das Löschen eines Brandes auszulösen. So wird gefordert, daß zwei Sensoren übereinstimmende Informationen liefern, um unpassende Auslösungen zu vermeiden.
Bei Normalbedingungen wird die Vorrichtung durch die Information eines hohen Drucks in Übereinstimmung mit der Information des Auslösens der Speisezelle ausgelöst, was sofort den Schritt 23 des Öffnens des Entleerungsventils 15 befiehlt, was die sofortige Druckverminderung des Gefäßes 2 des Transformators 1 gestattet, dessen meiste Bauteile daher intakt bleiben werden, ausgenommen Elemente, die sich in einer sehr nahe an dem durch den Isolierdefekt ausgelösten Lichtbogen liegenden Zone befinden. Die Öffnung des Ventils 15 gestattet es, Überlaufvorgänge der entzündeten Flüssigkeit 2 zu vermeiden, wenn Inertgas 16 in das Gefäß 2 injiziert wird, das beschädigt werden kann. Schließlich führt die Öffnung des Ventils 15 eine Druckminderung in der Leitung 9 herbei, die das Verschließen der automatischen Ventilklappe 10 mit sich bringt. Der Zusatzbehälter 8 ist somit isoliert und die Flüssigkeit 7, die er enthält, speist den Brand nicht. Das rasche Öffnen des Ventils 15 setzt ebenso die Explosionsrisiken herab und erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß das Gefäß 2 des Transformators 1 intakt bleibt.
Die Brandrisiken sind somit herabgesetzt, aber nach der Teilentleerung des Gefäßes 2 wird der Schritt 24 der Injektion des Inertgases 16 in den unteren Teil des Gefäßes 2 systematisch nach einer gegebenen Verzögerungszeit, beispielsweise 20 Sekunden ausgelöst, um die Flüssigkeit 7 durchzurühren, damit ihre Temperatur homogenisiert wird, um ebenso eventuelle Flammen auf der Oberfläche der Flüssigkeit 7 bei Austreiben des Sauerstoffs zu löschen. Die Flüssigkeit 7, im allgemeinen Öl, kann sich nämlich lediglich bei einer Temperatur größer als der Flammpunkt entzünden, nämlich etwa 140°. Nun, im Fall eines Brandes des Transformators 1 folgend auf einen Lichtbogen erreicht lediglich die Oberfläche der Flüssigkeit 7 diesen Wert, während die mittlere Temperatur maximal 80° ist. Das Umrühren der Flüssigkeit 7 gestattet daher eine Absenkung der Temperatur der heißesten Teile. Aus Sicherheitsgründen ist der Behälter 17 für das Inertgas 16 vorgesehen, um Inertgas 16 während einer Dauer in der Größe von 45 Minuten zu injizieren, die weit größer als die zum Löschen des Brandes vorgesehene Dauer ist.
Der Transformator 1 kann mit einem oder mehreren Wechslern für den Ladungsabgriff 25 versehen sein, die als Schnittstelle zwischen dem Transformator 1 und dem elektrischen Netz dienen, mit dem er verbunden ist, um eine konstante Spannung trotz der dem Netz gelieferten Stromänderungen sicherzustellen. Der Wechsler für den Ladungsabgriff 25 ist mittels einer Leitung 26 mit der für die Entleerung bestimmten Leitung 14 verbunden. Der Wechsler für den Ladungsabgriff 25 wird nämlich ebenso durch ein entzündbares flüssiges Kühlmittel gekühlt. Aufgrund seines reduzierten Volumens ist die Explosion eines Wechslers für den Ladungsabgriff extrem heftig und kann von Herausschleudern von Flüssigkeitsstrahlen von entzündetem Kühlmittel begleitet sein. Die Leitung 26 ist mit einer kalibrierten Membran 27 versehen, die im Fall eines Kurzschlusses und daher eines Überdrucks im Inneren des Wechslers für den Ladungsabgriff 25 zerreißen kann. Es wird so die Explosion des Gefäßes des Wechslers für den Ladungsabgriff 25 vermieden. Dieser umfaßt ebenso einen Drucksensor 28, der einerseits mit der Versorgungszelle des Transformators 1 zu dessen Auslösung und andererseits mit dem Steuergehäuse 22 verbunden ist, um die Funktion der Verhütungsvorrichtung anläßlich eines Kurzschlusses im Wechsler für den Ladungsabgriff 25 auszulösen.
Dank der Erfindung wird so über ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhütung von Explosion und Brand in einem Transformator verfügt, die wenig Änderungen der vorhandenen Elemente notwendig machen, die Brüche der Isolation auf äußerst rasche Weise detektieren und quasi simultan wirksam sind, so daß sie die sich hieraus ergebenden Folgen beschränken. Dies gestattet es, den Transformator sowie den Wechsler für den Ladungsabgriff zu retten und die mit dem Kurzschluß verbundenen Schäden auf ein Minimum herabzusetzen.

Claims

Verfahren zur Verhütung von Brand eines elektrischen Transformators (1), der ein mit brennbarem flüssigem Kühlmittel (7) gefülltes Gefäß (2) aufweist, in dem heiße Teile des flüssigen Kühlmittels (7) durch Injektion eines Inertgases (16) unter Druck in den unteren Teil des Gefäßes (2) gekühlt werden (24), um das flüssige Kühlmittel (7) durchzurühren und den in der Nähe befindlichen Sauerstoff auszutreiben, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt der Kühlung ein Schritt zur Verhütung von Explosion und Brand des Transformators durch Feststellung eines Bruchs der elektrischen Isolierung des Transformators (1) durch ein Sicherheitsventil vorhergeht, das mit einem elektrischen Kontakt versehen ist und ein Drucksensormittel (11) und zur sofortigen Dekompression des Gefäßes des Transformators durch Teilentleerung des flüssigen Kühlmittels (7) mittels eines Ventils (15) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt der Isolierung eines Zusatzbehälters (6) für flüssiges Kühlmittel (7) mittels einer Klappe (10), um zu verhindern, daß sich das flüssige Kühlmittel (7) ausbreitet, wobei sich die Klappe (10) schließt, sobald eine rasche Bewegung des flüssigen Kühlmittels (7) festgestellt wird.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt der Festellung des Vorhandenseins von Dampf des flüssigen Kühlmittels (7) im Gefäß (2) des Transformators (1) mittels eines Dampfsensors (13), der in der Lage ist, die Teilentleerung des flüssigen Kühlmittels (7) und die Injektion von Inertgas (16) herbeizuführen.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt der Feststellung der Temperatur des flüssigen Kühlmittels (7) mittels Temperatursensoren (12), die in der Lage sind, die Teilentleerung des flüssigen Kühlmittels (7) und die Injektion von Inertgas (16) herbeizuführen.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt der Feststellung der Auslösung einer Versorgungszelle des Transformators mittels Auslösesensoren (21), die in der Lage ist, die Teilentleerung des brennbaren flüssigen Kühlmittels (7) und die Injektion von Inertgas (16) herbeizuführen.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Teilentleerung (23) der Flüssigkeit (7) nur ausgelöst wird, wenn zwei Sensoren gleichzeitig die Auslösung des Schritts (23) befehlen.
Vorrichtung zur Verhütung von Brand eines elektrischen Transformators (1), der ein mit brennbarem flüssigem Kühlmittel (7) gefülltes Gefäß (2) aufweist, wobei die Vorrichtung ein Sicherheitsventil umfaßt, das mit einem elektrischen Kontakt versehen ist und ein Drucksensormittel in dem Gefäß (2) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil Teil der Mittel zur Verhütung von Explosion und Brand ist, die außerdem ein Ventil (15) zur sofortigen Dekompression des Gefäßes des Transformators durch Teilentleerung des im Gefäß (2) enthaltenen flüssigen Kühlmittels (7) enthalten.
Vorrichtung nach Anspruch (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhütung von Explosion und Brand außerdem ein Dampfsensormittel (13) für das flüssige Kühlmittel (7) im Gefäß (2), Sensormittel für die Temperatur (12) des flüssigen Kühlmittels (7) im Gefäß (2) und ein Auslösesensormittel (21) für eine Versorgungszelle des Transformators (1) umfassen.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Steuergehäuse (22), das die von den Sensormitteln des Transformators (1) ausgesendeten Signale empfängt und in der Lage ist, Befehlssignale auszusenden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) zur Dekompression mit durch ein Befehlssignal des Steuergehäuses (22) ausgelöster Öffnung ist.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Kühlung der heißen Teile des flüssigen Kühlmittels (7) durch Injektion von Inertgas (16) in den unteren Teil des Gefäßes (2).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel für Inertgas (16) einen Druckgasbehälter (17), ein Reduzierventil (19) und ein Ventil (18) mit durch einen Befehlssignal des Steuergehäuses (22) befohlener Öffnung umfaßt.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Sensormittel (28) für den Druck in einem Wechsler für den Ladungsabgriff (25) des Transformators und ein Mittel zum Setzen des Wechslers für den Ladungsabgriff auf Atmosphärendruck umfaßt, das dazu bestimmt ist, seine Explosion zu verhindern.