EP1448985A2 - Device, especially for protecting against oil penetration in a gas-filled measuring chamber which is arranged on a transformer chamber filled with transformer oil, and heating device - Google Patents

Device, especially for protecting against oil penetration in a gas-filled measuring chamber which is arranged on a transformer chamber filled with transformer oil, and heating device

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Publication number
EP1448985A2
EP1448985A2 EP02804148A EP02804148A EP1448985A2 EP 1448985 A2 EP1448985 A2 EP 1448985A2 EP 02804148 A EP02804148 A EP 02804148A EP 02804148 A EP02804148 A EP 02804148A EP 1448985 A2 EP1448985 A2 EP 1448985A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring chamber
oil
gas
transformer
transformer oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02804148A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Maximilian Fleischer
Joachim Frank
Reinhard Freitag
Rüdiger KUTZNER
Georg MÄNDL
Hans Meixner
Thomas Weh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1448985A2 publication Critical patent/EP1448985A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Oils, i.e. hydrocarbon liquids specific substances contained in the oil or fuel
    • G01N33/2841—Oils, i.e. hydrocarbon liquids specific substances contained in the oil or fuel gas in oil, e.g. hydrogen in insulating oil
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
    • G01N2001/2229—Headspace sampling, i.e. vapour over liquid
    • G01N2001/2232—Headspace sampling, i.e. vapour over liquid using a membrane, i.e. pervaporation
    • G—PHYSICS
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005—Specially adapted to detect a particular component for H2

Definitions

  • the invention is based on a device in particular for protection against an oil break into a gas-filled measuring chamber, the gas-filled measuring chamber being connected to a transformer chamber via a gas-permeable membrane, according to the preamble of independent claims 1 and 18.
  • Oil-cooled transformers are often provided with a measuring chamber for occurring hydrogen is monitored, since the hydrogen is an indicator of cracked products dissolved in the transformer oil.
  • a gas-permeable membrane is arranged between the measuring chamber and the transformer chamber, through which the hydrogen can diffuse into the measuring chamber.
  • There is a gas sensor in the measuring chamber that detects and quantitatively detects the hydrogen, so that a statement about the condition of the transformer oil is possible.
  • the membrane Due to the arrangement of the measuring chamber on the transformer chamber with the membrane in between, as described above, there is a possibility that the membrane will have a leakage opening, so that the transformer oil can enter the measuring chamber undesirably. If the measuring chamber still has an inlet opening for air that is led to the outside, there is also the risk that the transformer oil can leak and thus cause environmental damage and operational damage due to overheating of the transformer.
  • a device for determining the hydrogen content in transformer oil is also known.
  • a measuring chamber is used, which has a gas-permeable membrane and a gas sensor, as described above. Certain malfunctions of the transformer, such as partial discharges, can be detected with this measuring chamber.
  • This gas monitoring system can also create new sources of error, which in particular have incorrect measurements when transformer oil has leaked.
  • the device according to the invention in particular for protection against oleic breakage in a gas-filled measuring chamber with the Characteristic features of the independent claims 1 and 18 have the advantage that an oil break in the measuring chamber is recognized immediately, so that suitable steps against possible damage both in the measuring chamber and in relation to the environment can be initiated at short notice. It is considered to be particularly advantageous that such an error message is achieved independently of, for example, the outside temperature, the temperature of the transformer oil, the measuring accuracy of the gas sensor or the diffusion rate.
  • a heating device is arranged in the area of the membrane of the measuring chamber.
  • the transformer oil located in the vicinity of the membrane is brought to a predetermined temperature by the heating device, so that a constant rate of diffusion of the hydrogen - or a corresponding other gas - can be expected. This improves the reliability of the measurement of the gas sensor, since the hydrogen content can be measured independently of the actual temperature of both the transformer oil and the outside temperature.
  • a particularly favorable solution is seen in the design of an adapter which is arranged between the transformer chamber and the membrane of the measuring chamber.
  • this adapter which is essentially designed as a small storage chamber for the transformer oil
  • the transformer oil located therein is preheated by the heating, without the remaining transformer oil having to assume the same temperature.
  • the transformer oil can advantageously be tempered with a relatively low heating output.
  • a particularly favorable solution is also seen when the heating device has a resistance heater. This resistance heater can also be retrofitted to an existing adapter, for example, which makes retrofitting particularly cost-effective.
  • the heating device has a cooling element, such as can be implemented, for example, by a Peltier element.
  • a cooling element such as can be implemented, for example, by a Peltier element.
  • the transformer oil can also be cooled down when the remaining transformer oil in the transformer is at a much higher temperature than the desired temperature in the adapter.
  • Transformer oil in the area of the membrane can be regulated to a predefinable minimum temperature.
  • a simple control or regulating device can be achieved with a PTC thermistor, since this increases its resistance with increasing temperature, so that the current flowing through it is reduced and thus less thermal energy is generated.
  • the temperature can be regulated in a simple manner regardless of the prevailing outside temperature.
  • the gas sensor is advantageously arranged in the lower area of the measuring chamber and below a lowermost drain for the broken transformer oil.
  • the gas sensor is arranged in such a way that it first immerses in the leaked transformer oil before the transformer oil can flow out through the diffusion opening.
  • a break in oil into the measuring chamber can be particularly easily done by changing the sensor resistance and / or the heating resistance.
  • the status of the gas sensor can be recognized.
  • the gas sensor is usually regulated by a separate heating element to a predetermined high temperature so that it can detect the hydrogen. If the gas sensor or the heating element is wetted by the emerging transformer oil, both elements usually change their resistance. This change can be registered with an appropriate measuring device.
  • a tube is arranged in the measuring chamber through which the broken-in
  • Transformer oil can flow to the outside. This also makes it externally recognizable that there must be a leak that can endanger the function of the transformer.
  • This closure body is designed as a float and arranged at the opening so that it closes the opening due to the emerging transformer oil.
  • Another alternative, inexpensive solution can be formed by several floats, which have a different buoyancy and / or density. With such floating bodies, secure closing can be achieved in a simple manner if, for example, transformer oil breaks into the measuring chamber at different speeds.
  • the solution is also favorable if a second gas-permeable membrane system with oleophobic properties is arranged on an outer wall of the measuring chamber. This membrane system allows gas diffusion, but repels the oil. This prevents oil from leaking into the environment if the first membrane system leaks.
  • the invention is based on the object of designing a device, in particular for protection against oil ingress into a gas-filled measuring chamber, the measuring chamber being arranged on a transformer chamber filled with oil. This object is achieved with the features of the independent claims 1 and 18.
  • FIG. 1 shows a measuring chamber for hydrogen known per se
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention with a heating device and an adapter
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of the invention
  • FIGS. 8 to 14 show exemplary embodiments in which a tube is arranged in the measuring chamber which is connected to different locking devices for emerging transformer oil is formed and
  • FIG. 15 shows a measuring chamber with a second membrane system.
  • a measuring chamber 1 known per se can be seen in a schematic representation, which is connected via a gas-permeable membrane 3 (a first membrane system) to a transformer chamber 2 of a transformer (not shown in the drawing for reasons of clarity).
  • the gas-permeable membrane 3 is designed, for example, to let the hydrogen H2 contained in the transformer oil pass through into the measuring chamber 1, but not the transformer oil.
  • a metal layer made of sintered metal 4 is arranged facing the measuring chamber 1.
  • the measuring chamber 1 has a heated and temperature-controlled gas sensor 10 for the detection of the hydrogen.
  • a diffusion opening 12 is arranged on the outside at a suitable point of the measuring chamber 1 in order to ensure gas exchange and pressure equalization between the measuring chamber 1 and the outside air. This ensures that there is only air and the diffused hydrogen in the measuring chamber 1, but no transformer oil.
  • Figure 2 shows schematically a first embodiment of the invention to achieve this object.
  • an adapter 6 Arranged between a transformer chamber 2 and the measuring chamber 1 is an adapter 6 in the form of an oil chamber, in which there is a relatively small part of the transformer oil 11.
  • the measuring chamber 1 with the membrane 3 and the sintered metal 4 is essentially designed as described above.
  • a heating device 7 on the adapter 6, which can be designed, for example, as a resistance heater.
  • the heating device is temperature-controlled and is regulated to a predetermined, constant temperature, for example at least 25-30 ° C.
  • the accuracy of the temperature control is tailored to the specific application. In individual cases, the temperature can be precisely regulated to 5 ° C. Such a temperature fluctuation is acceptable since the transformer oil 11 reacts relatively slowly to any temperature change.
  • Transformer oil 11 and / or the membrane 3 can be detected with one or more temperature sensors 8. Furthermore, the heating controls known per se can also be used. The power supply and the tapping of the measured values takes place via a corresponding connector 9.
  • the heating device 7 can alternatively be designed with a PTC thermistor winding (PTC thermistor element), so that the heating power decreases and vice versa increases with increasing temperature.
  • PTC thermistor element PTC thermistor winding
  • a cooling element such as a Peltier element or the like can also be used be provided to cool down a possibly too high temperature.
  • Transformer oil 11 dissolved hydrogen proportional to the remaining amount of oil in the transformer chamber 2, regardless of how warm or cold this transformer oil is. This significantly improves the detection reliability and the reliability of the measurement in all operating states, since the solubility of the hydrogen in the transformer oil in front of the membrane 3 is no longer dependent on the temperature, but only on the actual hydrogen content in the remaining transformer oil.
  • the heating device 7 is particularly advantageous to preferably design the heating device 7 as a compact unit, so that it can also be retrofitted to an adapter 6.
  • FIGS. 4 to 15 show further exemplary embodiments of the invention in order to first recognize a leak and also to avoid an operational hazard or environmental damage caused by escaping transformer oil.
  • FIG. 4 it is assumed in a third exemplary embodiment that an undesired leakage opening 13 has arisen in the membrane 3 and that transformer oil 11 initially enters the measuring chamber 1 more or less quickly through this leakage opening 13.
  • the figures schematically show individual sections of the measuring chamber 1 with the membrane 3, the sintered metal 4 and the adjacent adapter 6, as described above.
  • the reference symbols have the same meaning.
  • the transformer oil flows properly into the adapter 6 via an oil inlet 14 and an oil outlet 15 (see dark surface). Through the leakage opening 13, however, a part of the now flows
  • the gas sensor 10 is arranged such that its active sensor surface is at least partially immersed in the broken transformer oil 11. With regard to the diffusion opening 12, the gas sensor 10 is arranged below a lowermost outlet opening. This ensures that the gas sensor 10 is wetted by the transformer oil in the event of an oil breakage.
  • the gas sensor 10 typically has semiconducting metal oxides for hydrogen detection, which detect the reaction of the hydrogen with oxygen on their surfaces.
  • the diffusion opening 12 enables the initial state to be set, in which oxygen diffuses into the measuring chamber 1 and water diffuses out.
  • the gas sensor 10 is heated with a further heating device (not shown in FIG. 4 for reasons of clarity) to a high, constant temperature, for example 650 ° C., so that this reaction can take place. This temperature is reached in the gas phase, the normal state, with a low heating output of, for example, 900 mW.
  • both the sensor element and its heating device are cooled to a great extent and reach about the temperature of the transformer oil 11, which can only be high up to about 90 ° C.
  • the signal changes associated with the temperature drop of the gas sensor 10 itself and / or its heating device serve as signals for an oil breakdown.
  • the electrical resistance of the sensor element of the gas sensor 10 has increased from a few M ⁇ to a few G ⁇ .
  • the resistance of the heating device for example, in which platinum elements are used, has greatly decreased. Both signals can also be used to distinguish, for example, a break in the heating line from an oil break. With both signals several functions can be checked. These signals are evaluated by a corresponding control unit so that alarm messages can be sent and remedial measures can be initiated.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention.
  • the measuring chamber 1 was arranged on the side of the transformer chamber 2, in contrast to the arrangement in FIG. 4.
  • the design of the measuring chamber 1 is the same as that which was described previously for FIG. 4. It is also important here that the gas sensor 10 is arranged so deep below the diffusion opening 12 that in the event of an oil breakdown it is immersed in the broken transformer oil 11 and does not remain in the remaining residual gas. This ensures that the gas sensor 10 can definitely detect the broken transformer oil 11.
  • FIGS. 6 and 7 show two further, modified exemplary embodiments of the invention, in which, however, no diffusion opening 12 is provided in the measuring chamber 1.
  • the residual gas air / gas 16
  • the gas sensor 10 was also arranged so deep here that it can still be safely immersed in the broken transformer oil 11. The other arrangements correspond to those in FIGS. 4 and 5.
  • FIGS. 8 to 14 now show different exemplary embodiments of the invention which can prevent broken transformer oil from escaping into the environment.
  • a curved tube 81 has been arranged in the measuring chamber 1, the first opening 86 inside the measuring chamber 1 can be closed with a closure body 82 if the level of the broken transformer oil 11 should rise up to the first opening 86.
  • the size of the first opening can also be designed, for example, as a diffusion opening.
  • the closure body 82 is for example as a floatable ball formed in the oil, which is held in the correct position and freely movable here by a suitably designed cage 85.
  • the first opening 86 is open, so that normal gas and air exchange to the outside can take place via a second opening 87 in the tube 81.
  • the gas sensor 10 is also arranged below the first opening 86 of the tube 81. This device thus prevents transformer oil 11 from escaping into the environment.
  • FIG. 9 Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 9.
  • the bent tube 81 without a floating closure body 82 was provided.
  • the first opening 86 is designed as a diffusion opening, so that only a gas exchange takes place, but no transformer oil 11 can leak out.
  • the gas sensor 10 is in turn arranged below the first opening 86.
  • FIG. 10 shows a further variant of the invention, in which the tube 81 is straight and is arranged upright in the measuring chamber 1.
  • the length of the tube 81 determines the maximum possible oil level.
  • the first opening 86 is also designed as a diffusion opening.
  • the measuring chamber 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 11 is constructed similarly to that in FIG. 10. However, here the first opening 86 is closed with a closure body 82 which can be controlled by a float 83 via a lever 84. A greater force can be specified via the lever transmission, with which the closure body 82 can be pressed into the first opening 86.
  • the shape of the closure body 82 and that of the float 84 can be chosen as desired and adapted to the available space conditions of the measuring chamber 1.
  • FIG. 12 shows four further variants of the invention, with which oil leakage into the environment can be prevented.
  • a diffusion opening 12 is arranged for the gas exchange within the tube 81.
  • spherical floating bodies 122 are preferably provided within the measuring chamber 1.
  • the floating bodies 122 are freely movable. When the broken transformer oil reaches the first opening 86 of the tube 81, a flow is formed due to the oil drain. This flow leads to one or more floating bodies 122 being driven to this opening 86 until finally a floating body closes the opening. This floating body is pressed against the first opening 86 by the resulting pressure difference between the measuring chamber 1 and the surrounding atmosphere and seals it in a sealed manner.
  • FIG. 12 shows an example of spherical floating bodies with different diameters.
  • a protective grille 121 is arranged around the gas sensor 10.
  • FIG. 13 shows a further variant of the invention, in which the freely movable floating bodies 122 are designed with the same diameter.
  • a diffusion opening 12 is arranged on the side of the pipe 81 and can be closed by the floating bodies 122 when the oil level rises.
  • the exemplary embodiment of the invention according to FIG. 14 differs from the exemplary embodiments described above in that the tube 81 is designed with a simple first opening 86.
  • the closure bodies 122 are in turn freely movable and can close the opening 86 if the oil level should rise. Since the transformers are equipped with an oil drip pan, any emerging transformer oil can be collected in small quantities without causing any damage to the environment.
  • the exemplary embodiment in FIG. 15 shows a measuring chamber 1 in which floating bodies can be dispensed with. It has an opening 12 in the bottom of the measuring chamber 1, which is closed by a second gas-permeable membrane system 151. Similar to the first membrane system (FIG. 2), the second gas-permeable membrane system 151 is designed with a membrane and a sintered metal. It preferably has an oleophobic character, so that this system 151 cannot be impregnated with the transformer oil. This also prevents transformer oil from getting to the outside world. Oil losses are also avoided, which could possibly lead to operational damage.

Abstract

Oil-cooled transformers are often monitored by means of a measuring chamber (1) for the presence of hydrogen, hydrogen indicating cracking products dissolved in the transformer oil. The hydrogen can diffuse from the transformer chamber (2) to the measuring chamber (1) by means of a gas-permeable membrane. In the event of leakage, however, the transformer oil (11) can also penetrate the measuring chamber, which can lead to, inter alia, measuring errors. According to the invention, the gas sensor (10) of the measuring chamber (1) is arranged in such a way that, in the event of oil penetration, it is at least partially submerged in the oil, and can thus detect said oil penetration. In another embodiment of the invention, the measuring accuracy is improved by means of a heating device (7) located in the region of the membrane (3). A closing body (82) can also be provided for preventing the penetration of the transformer oil.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung insbesondere zum Schutz gegen einen Oleinbruch in eine gasgefüllte Messkammer, die an einer mit Trafoöl gefüll- ten Transformatorkammer angeordnet ist sowie HeizeinrichtungDevice in particular for protection against an oil breakage in a gas-filled measuring chamber, which is arranged on a transformer chamber filled with transformer oil, and heating device
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung insbesondere zum Schutz gegen einen Oleinbruch in eine gasgefüllte Messkammer, wobei die gasgefüllte Messkammer über eine gasdurchlässige Membran mit einer Transformatorkammer verbunden ist, nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 18. Ölgekühlte Transformatoren werden häufig mit einer Messkammer für auftretenden Wasserstoff überwacht, da der Wasserstoff ein Indikator für in dem Trafoöl gelösten Crackprodukte ist. Zwischen der Messkammer und der Transformatorkammer ist eine gasdurchlässige Membran angeordnet, durch die der Wasserstoff in die Messkammer diffundieren kann. In der Messkammer befindet sich ein Gassensor, der den Wasserstoff detektiert und quantitativ erfasst, so dass eine Aussage über den Zustand des Trafoöls möglich ist. Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung der Messkammer an die Transformatorkammer mit der zwischengeschalteten Membran besteht die Möglichkeit, dass die Membran eine Leckageöffnung bekommt, so dass unerwünscht das Trafoöl in die Messkammer eintreten kann. Hat die Messkammer weiter- hin noch eine Einlassöffnung für Luft, die nach außen geführt ist, dann besteht die auch Gefahr, dass das Trafoöl auslaufen und somit Umweltschäden verursachen kann sowie Betriebsschä- den durch Überhitzung des Transformators entstehen können.The invention is based on a device in particular for protection against an oil break into a gas-filled measuring chamber, the gas-filled measuring chamber being connected to a transformer chamber via a gas-permeable membrane, according to the preamble of independent claims 1 and 18. Oil-cooled transformers are often provided with a measuring chamber for occurring hydrogen is monitored, since the hydrogen is an indicator of cracked products dissolved in the transformer oil. A gas-permeable membrane is arranged between the measuring chamber and the transformer chamber, through which the hydrogen can diffuse into the measuring chamber. There is a gas sensor in the measuring chamber that detects and quantitatively detects the hydrogen, so that a statement about the condition of the transformer oil is possible. Due to the arrangement of the measuring chamber on the transformer chamber with the membrane in between, as described above, there is a possibility that the membrane will have a leakage opening, so that the transformer oil can enter the measuring chamber undesirably. If the measuring chamber still has an inlet opening for air that is led to the outside, there is also the risk that the transformer oil can leak and thus cause environmental damage and operational damage due to overheating of the transformer.
Ein weiteres Problem besteht auch darin, dass der Gassensor in der Messkammer mehr oder weniger stark vom einbrechenden Trafoöl benetzt werden kann und dadurch falsche Messergebnisse liefert. In der Praxis hat sich ebenfalls als gravierendes Problem herausgestellt, dass die Diffusionsrate des Wasserstoffs durch die gasdurchlässige Membran sehr stark von den Umgebungsbedingungen abhängt. Insbesondere wird bei kaltem Trafoöl der Wasserstoff langsamer transportiert als bei warmem Trafoöl. Des weiteren besitzt er bei kaltem Trafoöl eine geringere Löslichkeit. Problematisch ist weiterhin, dass die Diffusionsgeschwindigkeit der Wasserstoffmoleküle relativ stark von der Temperatur des Trafoöles in der Nähe der gas- durchlässigen Membran abhängt.Another problem is that the gas sensor in the measuring chamber can be wetted to a greater or lesser extent by the breaking transformer oil, and as a result provides incorrect measurement results. In practice, it has also turned out to be a serious problem that the rate of diffusion of the hydrogen through the gas-permeable membrane depends very much on the ambient conditions. In particular, with cold transformer oil, the hydrogen is transported more slowly than with warm transformer oil. Furthermore, it has a lower solubility when the transformer oil is cold. Another problem is that the rate of diffusion of the hydrogen molecules depends relatively strongly on the temperature of the transformer oil in the vicinity of the gas-permeable membrane.
Soweit bekannt ist, wurde das Leckageproblem bisher in der Praxis nicht gelöst. Zur Verhinderung dagegen, dass Trafoöl in die Umwelt gelangen kann, wurde von der Firma Syprotec eine Messkammer entwickelt, die öldicht ausgebildet ist. Ein Oleinbruch in die Messkammer selbst durch einen Defekt an der gasdurchlässigen Membran mit der möglichen Folge von Fehlmessungen kann mit dieser Maßnahme jedoch nicht verhindert werden.As far as is known, the leakage problem has not yet been solved in practice. In order to prevent transformer oil from getting into the environment, Syprotec has developed a measuring chamber that is designed to be oil-tight. However, this measure cannot prevent an oleic break into the measuring chamber itself due to a defect in the gas-permeable membrane with the possible consequence of incorrect measurements.
Aus der DE 19503802 Cl ist weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts in Trafoöl bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine Messkammer verwendet, die eine gasdurchlässige Membran sowie einen Gassensor aufweist, wie er zuvor beschrieben wurde. Mit dieser Messkammer können zwar gewisse Fehlfunktionen des Transformators, wie beispielsweise Teilentladungen erkannt werden. Durch dieses Gasmonitoring- System können aber auch neue Fehlerquellen hervorgerufen werden, die insbesondere Fehlmessungen aufweisen, wenn Trafoöl ausgelaufen ist.From DE 19503802 Cl a device for determining the hydrogen content in transformer oil is also known. In this device, a measuring chamber is used, which has a gas-permeable membrane and a gas sensor, as described above. Certain malfunctions of the transformer, such as partial discharges, can be detected with this measuring chamber. This gas monitoring system can also create new sources of error, which in particular have incorrect measurements when transformer oil has leaked.
Aus der US 5,773,709 ist des weiteren eine Heizung bekannt, die als Ersatz für eine Ölpumpe eingesetzt wird. Die in der Patentschrift beschriebenen Heizzonen werden zyklisch betrie- ben, nicht jedoch in einem konstanten Heizbetrieb. Durch diese Betriebsart entsteht eine Konvektion des Trafoöls. Ein Hinweis auf die Beeinflussung der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in der Gasmembran durch die erzielte Konvektion des Trafoöls ist jedoch nicht erkennbar.From US 5,773,709 a heater is also known which is used as a replacement for an oil pump. The heating zones described in the patent are operated cyclically, but not in constant heating mode. This operating mode creates a convection of the transformer oil. However, there is no indication of the influence of the diffusion rate of the hydrogen in the gas membrane through the convection of the transformer oil.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Schutz gegen einen Oleinbruch in eine gasgefüllte Messkammer mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 18 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Oleinbruch in die Messkammer sofort erkannt wird, so dass geeignete Schritte gegen mögliche Schäden sowohl in der Messkammer als auch be- züglich der Umwelt kurzfristig eingeleitet werden können. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass eine derartige Fehlermeldung unabhängig beispielsweise von der Außentemperatur, der Temperatur des Trafoöls, der Messgenauigkeit des Gassensors oder der Diffusionsgeschwindigkeit erreicht wird.The device according to the invention in particular for protection against oleic breakage in a gas-filled measuring chamber with the Characteristic features of the independent claims 1 and 18 have the advantage that an oil break in the measuring chamber is recognized immediately, so that suitable steps against possible damage both in the measuring chamber and in relation to the environment can be initiated at short notice. It is considered to be particularly advantageous that such an error message is achieved independently of, for example, the outside temperature, the temperature of the transformer oil, the measuring accuracy of the gas sensor or the diffusion rate.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 18 genannten Vorrichtung beziehungsweise Heizeinrichtung gegeben. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, dass im Bereich der Membran der Messkammer eine Heizeinrichtung angeordnet ist. Durch die Heizeinrichtung wird das in der Nähe der Membran befindliche Trafoöl auf eine vorgegebene Temperatur gebracht, so dass mit einer konstanten Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs - oder eines entsprechenden anderen Gases - gerechnet werden kann. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Messung des Gassensors verbessert, da der Wasserstoffanteil unabhängig von der tatsächlichen Temperatur sowohl des Trafoöls als auch der Außentemperatur gemessen werden kann.The measures listed in the dependent claims provide advantageous further developments and improvements to the device or heating device mentioned in the independent claims 1 and 18. It is regarded as particularly advantageous that a heating device is arranged in the area of the membrane of the measuring chamber. The transformer oil located in the vicinity of the membrane is brought to a predetermined temperature by the heating device, so that a constant rate of diffusion of the hydrogen - or a corresponding other gas - can be expected. This improves the reliability of the measurement of the gas sensor, since the hydrogen content can be measured independently of the actual temperature of both the transformer oil and the outside temperature.
Eine besonders günstige Lösung wird in der Ausbildung eines Adapters gesehen, der zwischen der Transformatorkammer und der Membran der Messkammer angeordnet ist. In diesem Adapter, der im wesentlichen als kleine Vorratskammer für das Trafoöl ausgebildet ist, wird durch die Heizung das hierin befindliche Trafoöl vortemperiert, ohne dass das restliche Trafoöl die gleiche Temperatur annehmen muss. Dadurch kann vorteilhaft das Trafoöl mit einer relativ geringen Heizleistung tem- periert werden. Eine besonders günstige Lösung wird auch darin gesehen, wenn die Heizeinrichtung eine Widerstandsheizung aufweist. Diese Widerstandsheizung lässt sich beispielsweise auch nachträglich an einen vorhandenen Adapter anordnen, wodurch eine Nachrüstung besonders kostengünstig wird.A particularly favorable solution is seen in the design of an adapter which is arranged between the transformer chamber and the membrane of the measuring chamber. In this adapter, which is essentially designed as a small storage chamber for the transformer oil, the transformer oil located therein is preheated by the heating, without the remaining transformer oil having to assume the same temperature. As a result, the transformer oil can advantageously be tempered with a relatively low heating output. A particularly favorable solution is also seen when the heating device has a resistance heater. This resistance heater can also be retrofitted to an existing adapter, for example, which makes retrofitting particularly cost-effective.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Heizeinrichtung ein Kühlelement aufweist, wie es beispielsweise durch ein Peltier- Element realisiert werden kann. Auf diese Weise kann das Tra- foöl auch heruntergekühlt werden, wenn das in dem Transformator befindliche restliche Trafoöl eine sehr viel höhere Temperatur hat als die gewünschte Temperatur in dem Adapter.It is also advantageous if the heating device has a cooling element, such as can be implemented, for example, by a Peltier element. In this way, the transformer oil can also be cooled down when the remaining transformer oil in the transformer is at a much higher temperature than the desired temperature in the adapter.
Besonders günstig ist auch, die Heizeinrichtung mit einer Temperaturregelung zu versehen, so dass die Temperatur desIt is also particularly favorable to provide the heating device with a temperature control so that the temperature of the
Trafoöls im Bereich der Membran auf eine vorgebbare Mindesttemperatur geregelt werden kann. Eine einfache Steuer- oder Regeleinrichtung kann mit einem Kaltleiter erzielt werden, da dieser mit zunehmender Temperatur seinen Widerstand erhöht, so dass der durch ihn fließende Strom reduziert und somit weniger Wärmeenergie erzeugt wird. Die Temperatur kann dabei unabhängig von der vorherrschenden Außentemperatur auf einfache Weise geregelt werden.Transformer oil in the area of the membrane can be regulated to a predefinable minimum temperature. A simple control or regulating device can be achieved with a PTC thermistor, since this increases its resistance with increasing temperature, so that the current flowing through it is reduced and thus less thermal energy is generated. The temperature can be regulated in a simple manner regardless of the prevailing outside temperature.
Um einen Oleinbruch in die Messkammer möglichst frühzeitig erkennen zu können, wird der Gassensor vorteilhaft im unteren Bereich der Messkammer und unterhalb einer untersten Abflussmöglichkeit für das eingebrochene Trafoöl angeordnet.In order to be able to detect an oil break in the measuring chamber as early as possible, the gas sensor is advantageously arranged in the lower area of the measuring chamber and below a lowermost drain for the broken transformer oil.
Insbesondere, wenn an der Messkammer eine nach außen führende Diffusionsöffnung vorgesehen ist, wird der Gassensor derart angeordnet, dass er zunächst in das ausgelaufene Trafoöl eintaucht, bevor das Trafoöl über die Diffusionsöffnung nach außen abfließen kann.In particular, if a diffusion opening leading to the outside is provided on the measuring chamber, the gas sensor is arranged in such a way that it first immerses in the leaked transformer oil before the transformer oil can flow out through the diffusion opening.
Ein Oleinbruch in die Messkammer kann besonders einfach durch die Änderung des Sensorwiderstandes und/oder des Heizwider- Standes des Gassensors erkannt werden. Der Gassensor wird in der Regel von einem separaten Heizelement auf eine vorgegebene hohe Temperatur geregelt, damit er den Wasserstoff de- tektieren kann. Wenn der Gassensor oder das Heizelement durch das austretende Trafoöl benetzt wird, ändern in der Regel beide Elemente ihren Widerstand. Diese Änderung kann mit einer entsprechenden Messeinrichtung registriert werden.A break in oil into the measuring chamber can be particularly easily done by changing the sensor resistance and / or the heating resistance. The status of the gas sensor can be recognized. The gas sensor is usually regulated by a separate heating element to a predetermined high temperature so that it can detect the hydrogen. If the gas sensor or the heating element is wetted by the emerging transformer oil, both elements usually change their resistance. This change can be registered with an appropriate measuring device.
Zum Schutz der Messkammer ist vorgesehen, dass ein Rohr in der Messkammer angeordnet ist, durch das das eingebrocheneTo protect the measuring chamber, it is provided that a tube is arranged in the measuring chamber through which the broken-in
Trafoöl nach außen abfließen kann. Dadurch ist auch äußerlich erkennbar, dass eine Leckage vorliegen muss, die die Funktion des Transformators gefährden kann.Transformer oil can flow to the outside. This also makes it externally recognizable that there must be a leak that can endanger the function of the transformer.
Um zu verhindern, dass eingebrochenes Trafoöl nach außen auslaufen kann, wird vorgeschlagen, in das Rohr eine für Gase durchlässige Diffusionsöffnung vorzusehen. Diese Diffusionsöffnung ist so klein, dass das eingebrochene Trafoöl nicht nach außen gelangen kann.In order to prevent broken transformer oil from escaping to the outside, it is proposed to provide a gas-permeable diffusion opening in the tube. This diffusion opening is so small that the broken transformer oil cannot get outside.
Vorteilhaft ist auch, das Rohr an seiner ersten Öffnung mit einem Verschlusskörper auszubilden. Dieser Verschlusskörper ist als Schwimmer ausgebildet und an der Öffnung angeordnet, so dass er durch das austretende Trafoöl die Öffnung ver- schließt.It is also advantageous to design the tube with a closure body at its first opening. This closure body is designed as a float and arranged at the opening so that it closes the opening due to the emerging transformer oil.
Eine alternativ günstige Lösung wird auch darin gesehen, den Verschlusskörper über einen separaten, gesteuerten Schwimmer zu schließen, der über einen Hebel eine entsprechend große Schließkraft aufbringen kann.An alternatively favorable solution is also seen in closing the closure body via a separate, controlled float, which can apply a correspondingly large closing force via a lever.
Eine weitere- alternative günstige Lösung kann durch mehrere Schwimmer gebildet werden, die einen unterschiedlichen Auftrieb und/oder Dichte aufweisen. Mit derartigen Schwimmkör- pern kann auf einfache Weise ein sicheres Verschließen erreicht werden, wenn beispielsweise Trafoöl mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Messkammer einbricht. Günstig ist auch die Lösung, wenn an einer Außenwand der Messkammer ein zweites gasdurchlässiges Membransystem mit oleophoben Eigenschaften angeordnet ist. Dieses Membransystem lässt zwar eine Gasdiffusion zu, weist das Öl jedoch ab. Dadurch wird verhindert, dass bei Undichtigkeiten des ersten Membransystems Öl in die Umwelt austreten kann.Another alternative, inexpensive solution can be formed by several floats, which have a different buoyancy and / or density. With such floating bodies, secure closing can be achieved in a simple manner if, for example, transformer oil breaks into the measuring chamber at different speeds. The solution is also favorable if a second gas-permeable membrane system with oleophobic properties is arranged on an outer wall of the measuring chamber. This membrane system allows gas diffusion, but repels the oil. This prevents oil from leaking into the environment if the first membrane system leaks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung insbesondere zum Schutz gegen einen Oleinbruch in eine gasgefüllte Messkammer auszubilden, wobei die Messkammer an einer mit Öl gefüllten Transformatorkammer angeordnet ist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 18 gelöst.The invention is based on the object of designing a device, in particular for protection against oil ingress into a gas-filled measuring chamber, the measuring chamber being arranged on a transformer chamber filled with oil. This object is achieved with the features of the independent claims 1 and 18.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description.
Figur 1 zeigt eine per se bekannte Messkammer für Wasserstoff,FIG. 1 shows a measuring chamber for hydrogen known per se,
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Heizeinrichtung und einem Adapter,FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention with a heating device and an adapter,
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the invention,
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the invention,
Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the invention,
Figur 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the invention,
Figur 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of the invention,
Figuren 8 bis 14 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen in der Messkammer ein Rohr angeordnet ist, das mit unterschiedlichen Verschlusseinrichtungen für austretendes Trafoöl ausgebildet ist undFIGS. 8 to 14 show exemplary embodiments in which a tube is arranged in the measuring chamber which is connected to different locking devices for emerging transformer oil is formed and
Figur 15 zeigt eine Messkammer mit einem zweiten Membransys- tem.FIG. 15 shows a measuring chamber with a second membrane system.
Gemäß Figur 1 ist in schematischer Darstellung eine per se bekannte Messkammer 1 erkennbar, die über eine gasdurchlässige Membran 3 (ein erstes Membransystem) mit einer Transfor- matorkammer 2 eines in der Zeichnung aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Transformators verbunden ist. Die gasdurchlässige Membran 3 ist ausgebildet, beispielsweise den im Trafoöl enthaltenen Wasserstoff H2 in die Messkammer 1 durchzulassen, nicht jedoch das Trafoöl. Zur mechanischen Stützung der Membran 3 und Regulierung der Strömungsgeschwindigkeiten an der Membran 3 ist zur Messkammer 1 hin gerichtet eine Metallschicht aus Sintermetall 4 angeordnet. Des weiteren weist die Messkammer 1 einen beheizten und temperaturgeregelten Gassensor 10 zur Detektion des Wasserstoffs auf.According to FIG. 1, a measuring chamber 1 known per se can be seen in a schematic representation, which is connected via a gas-permeable membrane 3 (a first membrane system) to a transformer chamber 2 of a transformer (not shown in the drawing for reasons of clarity). The gas-permeable membrane 3 is designed, for example, to let the hydrogen H2 contained in the transformer oil pass through into the measuring chamber 1, but not the transformer oil. To mechanically support the membrane 3 and regulate the flow velocities on the membrane 3, a metal layer made of sintered metal 4 is arranged facing the measuring chamber 1. Furthermore, the measuring chamber 1 has a heated and temperature-controlled gas sensor 10 for the detection of the hydrogen.
Nach außen ist an einer geeigneten Stelle der Messkammer 1 eine Diffusionsöffnung 12 angeordnet, um einen Gasaustausch und Druckausgleich zwischen der Messkammer 1 und der Außenluft zu gewährleisten. Dadurch ist sichergestellt, dass sich in der Messkammer 1 nur Luft und der diffundierte Wasserstoff befinden, aber kein Trafoöl.A diffusion opening 12 is arranged on the outside at a suitable point of the measuring chamber 1 in order to ensure gas exchange and pressure equalization between the measuring chamber 1 and the outside air. This ensures that there is only air and the diffused hydrogen in the measuring chamber 1, but no transformer oil.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der Patenschrift DE 19503802 C2 bekannt, so dass deren Funktion nicht näher erläutert werden muss.Such a device is known for example from patent document DE 19503802 C2, so that its function need not be explained in more detail.
Das Auftreten eines Öllecks (Leckage) in der Membran 3 zur Messkammer 1 hin ist relativ schwierig zu erfassen, da dieses im wesentlichen von einer genauen Messwerterfassung des Gas- sensors 10 abhängt. Eine genaue Messwerterfassung setzt u.a. jedoch voraus, dass der Wasserstoffe auch mit einer möglichst konstanten Diffusionsgeschwindigkeit durch die Membran 3 so- wie das Sintermetall in die Messkammer 1 diffundiert. Auch müssen im Fall eines Öleinbruchs Schutzmaßnahmen ergriffen werden, damit aus der Transformatorkammer 2 wegen der Betriebsgefährdung möglichst kein Trafoöl austreten oder auch in die Umwelt gelangen kann.The occurrence of an oil leak (leakage) in the membrane 3 towards the measuring chamber 1 is relatively difficult to detect, since this essentially depends on an accurate measurement value acquisition of the gas sensor 10. However, an accurate measurement value acquisition requires, among other things, that the hydrogen also diffuses through the membrane 3 with a constant how the sintered metal diffuses into the measuring chamber 1. In the event of an oil breakdown, protective measures must also be taken so that, as far as possible, transformer oil cannot escape from the transformer chamber 2 or get into the environment because of the operational risk.
Figur 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe. Zwischen einer Transformatorkammer 2 und der Messkammer 1 ist ein als Ölkammer aus- gebildeter Adapter 6 angeordnet, in dem sich ein relativ kleiner Teil des Trafoöls 11 befindet. Die Messkammer 1 mit der Membran 3 und das Sintermetall 4 ist im wesentlichen so ausgebildet, wie sie zuvor beschrieben wurde.Figure 2 shows schematically a first embodiment of the invention to achieve this object. Arranged between a transformer chamber 2 and the measuring chamber 1 is an adapter 6 in the form of an oil chamber, in which there is a relatively small part of the transformer oil 11. The measuring chamber 1 with the membrane 3 and the sintered metal 4 is essentially designed as described above.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an dem Adapter 6 eine Heizeinrichtung 7 anzuordnen, die beispielsweise als Widerstandsheizung ausgebildet sein kann. Die Heizeinrichtung ist temperaturgeregelt und wird auf eine vorgegebene, konstante Temperatur, beispielsweise mindestens 25-30°C geregelt. Die Genauigkeit der Temperaturregelung wird auf den speziellen Anwendungsfall abgestimmt. Im Einzelfall kann die Temperatur auf 5°C genau geregelt werden. Eine derartige Temperaturschwankung ist akzeptabel, da das Trafoöl 11 auf jede Temperaturänderung relativ träge reagiert. Die Temperatur der Heizeinrichtung 7, des Adapters 6, des darin befindlichenAccording to the invention, it is proposed to arrange a heating device 7 on the adapter 6, which can be designed, for example, as a resistance heater. The heating device is temperature-controlled and is regulated to a predetermined, constant temperature, for example at least 25-30 ° C. The accuracy of the temperature control is tailored to the specific application. In individual cases, the temperature can be precisely regulated to 5 ° C. Such a temperature fluctuation is acceptable since the transformer oil 11 reacts relatively slowly to any temperature change. The temperature of the heating device 7, the adapter 6, the one located therein
Trafoöls 11 und/oder der Membran 3 kann mit einem oder mehreren Temperatursensoren 8 erfasst werden. Des weiteren sind auch die per se bekannten Heizungsregelungen verwendbar. Die Stromzuführung sowie der Abgriff der Messwerte erfolgt über einen entsprechenden Stecker 9.Transformer oil 11 and / or the membrane 3 can be detected with one or more temperature sensors 8. Furthermore, the heating controls known per se can also be used. The power supply and the tapping of the measured values takes place via a corresponding connector 9.
Wie in Figur- 3 an einem zweiten Ausführungsbeispiel erkennbar ist, kann an Stelle des Temperatursensors 8 die Heizeinrichtung 7 alternativ mit einer Kaltleiterwicklung (Kaltleiter- element) ausgeführt sein, so dass sich bei zunehmender Temperatur die Heizleistung verringert und umgekehrt erhöht. Auch kann ein Kühlelement wie ein Peltierelement oder ähnliches vorgesehen sein, um eine eventuell zu hohe Temperatur herunterzukühlen.As can be seen in FIG. 3 from a second exemplary embodiment, instead of the temperature sensor 8, the heating device 7 can alternatively be designed with a PTC thermistor winding (PTC thermistor element), so that the heating power decreases and vice versa increases with increasing temperature. A cooling element such as a Peltier element or the like can also be used be provided to cool down a possibly too high temperature.
Durch die vorgeschlagenen Lösungen ist vor der konstant tem- perierten Membran 3 und dem Olvolumen im Adapter 6 der imAs a result of the proposed solutions, in front of the constantly tempered membrane 3 and the oil volume in the adapter 6
Trafoöl 11 geloste Wasserstoff proportional zu der restlichen Olmenge im der Transformatorkammer 2, unabhängig davon, wie warm oder kalt dieses Trafoöl ist. Dadurch wird die Detekti- onssicherheit und die Zuverlässigkeit der Messung in allen Betriebszustanden erheblich verbessert, da die Loslichkeit des Wasserstoffs im Trafoöl vor der Membran 3 nicht mehr von der Temperatur, sondern nur noch vom tatsachlichen Wasserstoffgehalt im restlichen Trafoöl abhangig ist.Transformer oil 11 dissolved hydrogen proportional to the remaining amount of oil in the transformer chamber 2, regardless of how warm or cold this transformer oil is. This significantly improves the detection reliability and the reliability of the measurement in all operating states, since the solubility of the hydrogen in the transformer oil in front of the membrane 3 is no longer dependent on the temperature, but only on the actual hydrogen content in the remaining transformer oil.
Von besonderem Vorteil ist, die Heizeinrichtung 7 vorzugsweise als kompakte Einheit auszubilden, damit sie auch nachtraglich an einen Adapter 6 montiert werden kann.It is particularly advantageous to preferably design the heating device 7 as a compact unit, so that it can also be retrofitted to an adapter 6.
Die Figuren 4 bis 15 zeigen weitere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung, um zunächst eine Leckage zu erkennen und auch, um eine Betriebsgefahrdung oder Umweltschaden durch austretendes Trafoöl zu vermeiden.FIGS. 4 to 15 show further exemplary embodiments of the invention in order to first recognize a leak and also to avoid an operational hazard or environmental damage caused by escaping transformer oil.
Gemäß der Figur 4 wird in einem dritten Ausfuhrungsbeispiel angenommen, dass in der Membran 3 eine ungewollte Leckageoff- nung 13 entstanden ist und dass durch diese Leckageoffnung 13 Trafoöl 11 zunächst in die Messkammer 1 mehr oder weniger schnell eintritt. Die Figuren zeigen schematisch einzelne Ausschnitte der Messkammer 1 mit der Membran 3, dem Sinterme- tall 4 und dem angrenzenden Adapter 6, wie er zuvor beschrieben wurde. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung.According to FIG. 4, it is assumed in a third exemplary embodiment that an undesired leakage opening 13 has arisen in the membrane 3 and that transformer oil 11 initially enters the measuring chamber 1 more or less quickly through this leakage opening 13. The figures schematically show individual sections of the measuring chamber 1 with the membrane 3, the sintered metal 4 and the adjacent adapter 6, as described above. The reference symbols have the same meaning.
Über einen Olzulauf 14 und einen Olrucklauf 15 fließt das Trafoöl ordnungsgemäß in den Adapter 6 (vgl. dunkle Flache) . Durch die Leckageoffnung 13 fließt jedoch nun ein Teil desThe transformer oil flows properly into the adapter 6 via an oil inlet 14 and an oil outlet 15 (see dark surface). Through the leakage opening 13, however, a part of the now flows
Trafools 11 in die Messkammer 1 und steigt dort bis zur Dif- fusionsoffnung 12 an der rechten Seite der Messkammer 1 an. Der Gassensor 10 ist jedoch derart angeordnet, dass seine aktive Sensorfläche wenigstens teilweise in das eingebrochene Trafoöl 11 eingetaucht ist. Bezüglich der Diffusionsöffnung 12 ist der Gassensor 10 unterhalb einer untersten Austritts- Öffnung angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einem Oleinbruch zunächst der Gassensor 10 vom Trafoöl benetzt wird.Trafools 11 into the measuring chamber 1 and rises there to the diffusion opening 12 on the right side of the measuring chamber 1. However, the gas sensor 10 is arranged such that its active sensor surface is at least partially immersed in the broken transformer oil 11. With regard to the diffusion opening 12, the gas sensor 10 is arranged below a lowermost outlet opening. This ensures that the gas sensor 10 is wetted by the transformer oil in the event of an oil breakage.
Der Gassensor 10 weist üblicherweise für die Wasserstoffde- tektion halbleitende Metalloxide auf, die an ihren Oberflächen die Reaktion des Wasserstoffs mit Sauerstoff erfassen. Die Diffusionsöffnung 12 ermöglich bei fallender Wasserstoffkonzentration die Einstellung des Ausgangszustandes, in dem Sauerstoff in die Messkammer 1 hinein- und Wasser hinausdif- fundiert. Der Gassensor 10 wird mit einer weiteren Heizeinrichtung (in Figur 4 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) auf eine hohe, konstante Temperatur beispielsweise 650°C erhitzt, damit diese Reaktion ablaufen kann. Diese Temperatur wird in der Gasphase, dem Normalzustand, mit einer geringen Heizleistung von beispielsweise 900 mW erreicht.The gas sensor 10 typically has semiconducting metal oxides for hydrogen detection, which detect the reaction of the hydrogen with oxygen on their surfaces. When the hydrogen concentration drops, the diffusion opening 12 enables the initial state to be set, in which oxygen diffuses into the measuring chamber 1 and water diffuses out. The gas sensor 10 is heated with a further heating device (not shown in FIG. 4 for reasons of clarity) to a high, constant temperature, for example 650 ° C., so that this reaction can take place. This temperature is reached in the gas phase, the normal state, with a low heating output of, for example, 900 mW.
Im Fall des Öleinbruchs wird jedoch sowohl das Sensorelement als auch dessen Heizeinrichtung sehr stark abgekühlt und erreicht etwa die Temperatur des Trafoöls 11, die nur bis etwa 90°C hoch sein kann. Die mit dem Temperaturabfall verbundene Signaländerungen des Gassensors 10 selbst und/oder seiner Heizeinrichtung dienen als Signale für einen Oleinbruch.In the event of oil ingress, however, both the sensor element and its heating device are cooled to a great extent and reach about the temperature of the transformer oil 11, which can only be high up to about 90 ° C. The signal changes associated with the temperature drop of the gas sensor 10 itself and / or its heating device serve as signals for an oil breakdown.
Für den oben beschriebenen Gassensor 10 stehen somit zwei von einander unabhängige Signalgrößen zur Verfügung. Zum einen ist bei dem Sensorelement des Gassensors 10 der elektrische Widerstand von eineigen MΩ auf einige GΩ angestiegen. Zum Anderen hat sich beispielsweise der Widerstand der Heizeinrichtung, bei der beispielsweise Platinelemente verwendet werden, stark verringert. Beide Signale können auch dazu verwendet werden, beispielsweise einen Bruch der Heizungsleitung von einem Oleinbruch zu unterscheiden. Mit beiden Signalen können somit mehrere Funktionen überprüft werden. Diese Signale werden von einer entsprechenden Steuereinheit ausgewertet, so dass Alarmmeldungen ausgesandt und Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können.Two mutually independent signal variables are thus available for the gas sensor 10 described above. On the one hand, the electrical resistance of the sensor element of the gas sensor 10 has increased from a few MΩ to a few GΩ. On the other hand, the resistance of the heating device, for example, in which platinum elements are used, has greatly decreased. Both signals can also be used to distinguish, for example, a break in the heating line from an oil break. With both signals several functions can be checked. These signals are evaluated by a corresponding control unit so that alarm messages can be sent and remedial measures can be initiated.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier wurde die Messkammer 1 seitlich an die Transformatorkammer 2 angeordnet, im Gegensatz zur Anordnung in der Figur 4. Die Ausbildung der Messkammer 1 ist die gleiche, wie sie zu- vor zur Figur 4 beschrieben wurde. Wichtig ist auch hier, dass der Gassensor 10 unterhalb der Diffusionsöffnung 12 so tief angeordnet ist, dass er bei einem Oleinbruch auf jeden Fall in das eingebrochene Trafoöl 11 eintaucht und nicht in dem verbliebenen Restgas verbleibt. Damit ist gewährleistet, dass der Gassensor 10 auf jeden Fall das eingebrochene Trafoöl 11 detektieren kann.Figure 5 shows a further embodiment of the invention. Here, the measuring chamber 1 was arranged on the side of the transformer chamber 2, in contrast to the arrangement in FIG. 4. The design of the measuring chamber 1 is the same as that which was described previously for FIG. 4. It is also important here that the gas sensor 10 is arranged so deep below the diffusion opening 12 that in the event of an oil breakdown it is immersed in the broken transformer oil 11 and does not remain in the remaining residual gas. This ensures that the gas sensor 10 can definitely detect the broken transformer oil 11.
Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei weitere, modifizierte Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen in der Messkammer 1 jedoch keine Diffusionsöffnung 12 vorgesehen ist. Durch den Oleinbruch wird das Restgas (Luft/Gas 16) komprimiert. Der Gassensor 10 wurde auch hier so tief angeordnet, dass er trotzdem sicher in das eingebrochene Trafoöl 11 eintauchen kann. Die weiteren Anordnungen entsprechen denen der Figuren 4 und 5.FIGS. 6 and 7 show two further, modified exemplary embodiments of the invention, in which, however, no diffusion opening 12 is provided in the measuring chamber 1. The residual gas (air / gas 16) is compressed by the breaking of olein. The gas sensor 10 was also arranged so deep here that it can still be safely immersed in the broken transformer oil 11. The other arrangements correspond to those in FIGS. 4 and 5.
Die Figuren 8 bis 14 zeigen nun unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung, die ein Austreten von eingebrochenem Trafoöl in die Umwelt verhindern können.FIGS. 8 to 14 now show different exemplary embodiments of the invention which can prevent broken transformer oil from escaping into the environment.
In Figur 8 wurde ein gebogenes Rohr 81 in der Messkammer 1 angeordnet, dessen erste Öffnung 86 im Innern der Messkammer 1 mit einem Verschlusskörper 82 verschlossen werden kann, wenn der Pegel des eingebrochenen Trafoöls 11 bis zu der ers- ten Öffnung 86 ansteigen sollte. Die erste Öffnung kann bezüglich seiner Größe beispielsweise auch als Diffusionsöffnung ausgebildet sein. Der Verschlusskörper 82 ist beispiels- weise als im Öl schwimmfähige Kugel ausgebildet, die durch einen entsprechend ausgebildeten Käfig 85 in der richtige Position und hier frei beweglich gehalten wird. Im Normalbetrieb ist die erste Öffnung 86 geöffnet, so dass über eine zweite Öffnung 87 des Rohres 81 der normale Gas- und Luftaustausch nach außen erfolgen kann. Der Gassensor 10 ist auch hier unterhalb der ersten Öffnung 86 des Rohres 81 angeordnet. Mit dieser Vorrichtung wird somit ein Austritt von Trafoöl 11 in die Umwelt verhindert.In FIG. 8, a curved tube 81 has been arranged in the measuring chamber 1, the first opening 86 inside the measuring chamber 1 can be closed with a closure body 82 if the level of the broken transformer oil 11 should rise up to the first opening 86. The size of the first opening can also be designed, for example, as a diffusion opening. The closure body 82 is for example as a floatable ball formed in the oil, which is held in the correct position and freely movable here by a suitably designed cage 85. In normal operation, the first opening 86 is open, so that normal gas and air exchange to the outside can take place via a second opening 87 in the tube 81. The gas sensor 10 is also arranged below the first opening 86 of the tube 81. This device thus prevents transformer oil 11 from escaping into the environment.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Figur 9. Hier wurde lediglich das gebogene Rohr 81 ohne schwimmenden Verschlusskörper 82 vorgesehen. Statt dessen ist die erste Öffnung 86 als Diffusionsöffnung ausgebildet, so dass nur ein Gasaustausch stattfinden, aber kein Trafoöl 11 auslaufen kann. Der Gassensor 10 ist wiederum unterhalb der ersten Öffnung 86 angeordnet.Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 9. Here, only the bent tube 81 without a floating closure body 82 was provided. Instead, the first opening 86 is designed as a diffusion opening, so that only a gas exchange takes place, but no transformer oil 11 can leak out. The gas sensor 10 is in turn arranged below the first opening 86.
Figur 10 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei der das Rohr 81 gerade ausgeführt und stehend in der Messkammer 1 angeordnet ist. Die Länge des Rohres 81 bestimmt dabei den maximal möglichen Ölstand. Die erste Öffnung 86 ist ebenfalls als Diffusionsöffnung ausgebildet.FIG. 10 shows a further variant of the invention, in which the tube 81 is straight and is arranged upright in the measuring chamber 1. The length of the tube 81 determines the maximum possible oil level. The first opening 86 is also designed as a diffusion opening.
Die Messkammer 1 gemäß des Ausführungsbeispiels der Figur 11 ist ähnlich aufgebaut wie die der Figur 10. Allerdings wird hier die erste Öffnung 86 mit einem Verschlusskörper 82 verschlossen, der von einem Schwimmer 83 über einen Hebel 84 gesteuert werden kann. Über die Hebelübersetzung kann eine grö- ßere Kraft vorgegeben werden, mit der der Verschlusskörper 82 in die erste Öffnung 86 gedrückt werden kann. Die Form des Verschlusskörpers 82 und die des Schwimmers 84 kann beliebig gewählt und an die verfügbare Platzverhältnisse der Messkammer 1 angepasst werden.The measuring chamber 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 11 is constructed similarly to that in FIG. 10. However, here the first opening 86 is closed with a closure body 82 which can be controlled by a float 83 via a lever 84. A greater force can be specified via the lever transmission, with which the closure body 82 can be pressed into the first opening 86. The shape of the closure body 82 and that of the float 84 can be chosen as desired and adapted to the available space conditions of the measuring chamber 1.
Vier weitere Varianten der Erfindung, mit denen ein Ölaus- tritt in die Umwelt verhindert werden kann, zeigen die Figu- ren 12 bis 15. In Figur 12 ist innerhalb des Rohres 81 eine Diffusionsoffnung 12 für den Gasaustausch angeordnet. Des weiteren sind innerhalb der Messkammer 1 vorzugsweise kugelförmige Schwimmkörper 122 vorgesehen. Die Schwimmkörper 122 sind frei beweglich. Erreicht das eingebrochene Trafoöl die erste Öffnung 86 des Rohres 81, dann bildet sich - bedingt durch den Olabfluss - eine Strömung aus. Diese Strömung fuhrt dazu, dass ein oder mehrere Schwimmkörper 122 zu dieser Öffnung 86 getrieben werden, bis schließlich ein Schwimmkörper die Öffnung verschließt. Dieser Schwimmkörper wird durch die entstehende Druckdifferenz zwischen der Messkammer 1 und der Umgebungsatmosphare an die erste Öffnung 86 gepresst und verschließt diese dichtend. Um für unterschiedliche Oleinbruchs- geschwindigkeiten einen sicheren Verschluss zu gewahrleisten, kann es zweckmäßig sein, Schwimmkörper 122 mit unterschiedlicher Große und/oder Auftrieb zu verwenden. Figur 12 zeigt beispielhaft kugelförmige Schwimmkörper mit unterschiedlichem Durchmesser. Zum Schutz gegen eine Beschädigung der Schwimmkörper 122 aber auch des heizen Gassensors 10 ist ein Schutz- gitter 121 um den Gassensor 10 herum angeordnet.The figure shows four further variants of the invention, with which oil leakage into the environment can be prevented. ren 12 to 15. In Figure 12, a diffusion opening 12 is arranged for the gas exchange within the tube 81. Furthermore, spherical floating bodies 122 are preferably provided within the measuring chamber 1. The floating bodies 122 are freely movable. When the broken transformer oil reaches the first opening 86 of the tube 81, a flow is formed due to the oil drain. This flow leads to one or more floating bodies 122 being driven to this opening 86 until finally a floating body closes the opening. This floating body is pressed against the first opening 86 by the resulting pressure difference between the measuring chamber 1 and the surrounding atmosphere and seals it in a sealed manner. In order to ensure a secure closure for different oil break-in speeds, it may be expedient to use floating bodies 122 with different sizes and / or buoyancy. Figure 12 shows an example of spherical floating bodies with different diameters. To protect against damage to the float 122 but also to the heating gas sensor 10, a protective grille 121 is arranged around the gas sensor 10.
Figur 13 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei dem die frei beweglichen Schwimmkörper 122 mit gleichem Durchmesser ausgebildet sind. An dem Rohr 81 ist seitliche eine Dif- fusionsoffnung 12 angeordnet, die bei steigendem Olspiegel von dem Schwimmkörpern 122 verschlossen werden kann.FIG. 13 shows a further variant of the invention, in which the freely movable floating bodies 122 are designed with the same diameter. A diffusion opening 12 is arranged on the side of the pipe 81 and can be closed by the floating bodies 122 when the oil level rises.
Das Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung gemäß der Figur 14 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbei- spielen dadurch, dass das Rohr 81 mit einer einfachen ersten Öffnung 86 ausgebildet ist. Die Verschlusskorper 122 sind wiederum frei beweglich und können die Öffnung 86 verschließen, wenn der Olspiegel ansteigen sollte. Da die Transformatoren ohnehin mit einer Olauffangwanne ausgerüstet sind, kann eventuell austretendes Trafoöl in geringen Mengen problemlos aufgefangen werden, ohne Umweltschaden anzurichten. Das Ausführungsbeispiel der Figur 15 zeigt eine Messkammer 1, bei der auf Schwimmköper verzichtet werden kann. Sie weist im Boden der Messkammer 1 eine Öffnung 12 auf, die durch ein zweites gasdurchlässiges Membransystem 151 verschlossen ist. Das zweite gasdurchlässige Membransystem 151 ist ähnlich wie das erste Membransystem (Figur 2) mit einer Membran und einem Sintermetall ausgebildet. Es hat vorzugsweise einen oleopho- ben Charakter, so dass dieses System 151 nicht vom Trafoöl getränkt werden kann. Dadurch wird ebenfalls verhindert, dass Trafoöl nach außen an die Umwelt gelangen kann. Auch werden Ölverluste vermieden, die eventuell zu einem Betriebsschaden führen könnten. The exemplary embodiment of the invention according to FIG. 14 differs from the exemplary embodiments described above in that the tube 81 is designed with a simple first opening 86. The closure bodies 122 are in turn freely movable and can close the opening 86 if the oil level should rise. Since the transformers are equipped with an oil drip pan, any emerging transformer oil can be collected in small quantities without causing any damage to the environment. The exemplary embodiment in FIG. 15 shows a measuring chamber 1 in which floating bodies can be dispensed with. It has an opening 12 in the bottom of the measuring chamber 1, which is closed by a second gas-permeable membrane system 151. Similar to the first membrane system (FIG. 2), the second gas-permeable membrane system 151 is designed with a membrane and a sintered metal. It preferably has an oleophobic character, so that this system 151 cannot be impregnated with the transformer oil. This also prevents transformer oil from getting to the outside world. Oil losses are also avoided, which could possibly lead to operational damage.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung insbesondere zum Schutz gegen einen Oleinbruch in eine gasgefüllte Messkammer (1), wobei die gasgefüllte Messkammer (1) über eine gasdurchlässige Membran (3) mit einer Transformatorkammer (2) verbunden ist und wobei in der Messkammer (1) ein Gassensor (10) zur Erfassung eines im Trafoöl befindlichen Gases, vorzugsweise von Wasserstoff angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) in der Messkammer (1) derart angeordnet ist, dass er bei einem Oleinbruch in die Messkammer (1) wenigstens teilweise in das eingebrochene Trafoöl eintaucht.1. Device, in particular for protection against oleic ingress into a gas-filled measuring chamber (1), the gas-filled measuring chamber (1) being connected to a transformer chamber (2) via a gas-permeable membrane (3) and wherein a gas sensor ( 10) for detecting a gas in the transformer oil, preferably hydrogen, characterized in that the gas sensor (10) is arranged in the measuring chamber (1) in such a way that it breaks at least partially into the measuring chamber (1) in the event of an oil breakage broken transformer oil immersed.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Membran (3) eine Heizeinrichtung (7) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a heating device (7) is arranged in the region of the membrane (3).
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) an einem Adapter (6) zwischen der Transformatorkammer (2) und der Membran (3) der Messkammer (1) angeordnet ist.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) is arranged on an adapter (6) between the transformer chamber (2) and the membrane (3) of the measuring chamber (1).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) eine Wi- derstandsheizung aufweist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) has a resistance heater.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) eine Kühlelement, vorzugsweise ein Peltier-Element, aufweist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) has a cooling element, preferably a Peltier element.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) eine Temperaturregelung aufweist, die vorzugsweise mit einem Kaltleiter ausgebildet ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) has a temperature control, which is preferably formed with a PTC thermistor.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) ausgebil- det ist, die Temperatur des Trafoöls im Bereich des Adapters (6) und/oder der Membran (3) unabhängig von der Außentemperatur auf eine vorgebbare Mindesttemperatur zu regeln.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) trained Det is to regulate the temperature of the transformer oil in the region of the adapter (6) and / or the membrane (3) to a predetermined minimum temperature, regardless of the outside temperature.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) im unteren Bereich der Messkammer (1) unterhalb einer Abflussmoglichkeit für eingebrochenes Trafoöl (11) angeordnet ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas sensor (10) in the lower region of the measuring chamber (1) is arranged below a drainage option for broken transformer oil (11).
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) unterhalb einer Diffusionsoffnung (12) angeordnet ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas sensor (10) is arranged below a diffusion opening (12).
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) ausgebildet ist, einen Oleinbruch durch Änderung seiner Temperatur zu de- tektieren.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas sensor (10) is designed to detect an oil break by changing its temperature.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) ausgebildet ist, einen Oleinbruch durch Änderung seines Sensorwiderstandes und/oder seines Heizwiderstandes zu erfassen.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas sensor (10) is designed to detect an oil break by changing its sensor resistance and / or its heating resistance.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Rohr (81) in der Messkammer12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a tube (81) in the measuring chamber
(1) angeordnet ist, in dessen erste Öffnung (86) eingebrochenes Trafoöl (11) eintreten kann, und dass die zweite Öffnung (87) des Rohres (81) eine Abflussoffnung nach außen aufweist.(1) is arranged, in whose first opening (86) broken transformer oil (11) can enter, and that the second opening (87) of the tube (81) has an outflow opening to the outside.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (81) eine für Gase durchlassige Diffusionsoff- nung (12) aufweist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the tube (81) has a diffusion opening (12) which is permeable to gases.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (81) an seiner ersten Öffnung (86) einen Ver- schlusskorper (82) aufweist. 14. The device according to claim 12, characterized in that the tube (81) has a closure body (82) at its first opening (86).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (82) ausgebildet ist, die erste Öffnung (86) des Rohres (81) mittels eines Schwimmers (83) zu schließen, der von einem Hebel (84) gesteuert wird.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the closure body (82) is designed to close the first opening (86) of the tube (81) by means of a float (83) which is controlled by a lever (84).
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messkammer (1) mehrere als Verschlusskörper ausgebildete Schwimmer (122) mit unterschiedlichem Auftrieb und/oder Dichte angeordnet sind.16. The apparatus according to claim 14, characterized in that in the measuring chamber (1) a plurality of floats (122) designed as closure bodies with different buoyancy and / or density are arranged.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messkammer (1) an einer Außenwand ein zweites gasdurchlässiges Membransystem (151) mit oleophoben Eigenschaften angeordnet ist.17. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a second gas-permeable membrane system (151) with oleophobic properties is arranged on the outer wall in the measuring chamber (1).
18. Heizeinrichtung für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (7) zur nachträglichen Anordnung an dem Adapter (6) ausgebildet ist. 18. Heating device for a device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (7) is designed for subsequent arrangement on the adapter (6).
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