EP1911050A1 - Elektrisches bauteil - Google Patents

Elektrisches bauteil

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EP1911050A1
EP1911050A1 EP06763988A EP06763988A EP1911050A1 EP 1911050 A1 EP1911050 A1 EP 1911050A1 EP 06763988 A EP06763988 A EP 06763988A EP 06763988 A EP06763988 A EP 06763988A EP 1911050 A1 EP1911050 A1 EP 1911050A1
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EP
European Patent Office
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electrical component
housing
electrical
compensation element
insulating
Prior art date
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EP06763988A
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English (en)
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EP1911050B1 (de
Inventor
Jörg FINDEISEN
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1911050A1 publication Critical patent/EP1911050A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1911050B1 publication Critical patent/EP1911050B1/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • H01F27/14—Expansion chambers; Oil conservators; Gas cushions; Arrangements for purifying, drying, or filling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0044—Casings; Mountings; Disposition in transformer housing

Definitions

  • the invention relates to an electrical component, in particular an electrical switch, in a liquid-filled housing of an electrical system, in particular egg ⁇ nem transformer, wherein the electrical component disposed in the housing and the electrical component is filled with an insulating and cooling medium. Furthermore, the invention relates to the arrangement of the electrical component in an electrical system, as well as their use in an electrical system.
  • expansion vessels are described for example in DE19527763C2. Disadvantage of these expansion vessels is the con ⁇ tact of the oil surface with the outside air, which requires the use of so-called dehumidifiers. In these air humidifiers, the air is passed over a desiccant and dehumidified. The adsorption capacity of the trock ⁇ voltage means (hygroscopicity) is used up here, and the desiccant must be replaced regularly. The pe ⁇ riodisch necessary visual inspections and regular exchange of the drying agent, especially in areas of high humidity, represents a significant cost factor (recommended maintenance intervals: every 3 months).
  • dehumidifiers do not offer a reliable seal against the absorption of moisture and oxygen by the insulating liquid, in particular at rapid cooling off ⁇ of the transformer.
  • expansion vessels for transformers which use a membrane in the main chamber for separating the insulating liquid from the ambient air. Such is described in DE3206368. Although these expansion vessels provide a secure conclusion of the insulating liquid from the ambient air, but still need a dehumidifier, which is associated with the disadvantages mentioned above. Furthermore, the contact with the ambient air leads to the aging of the membrane and thus causes technical uncertainties.
  • DE10224074A1 describes an arrangement for the pipeline leading into the step-type electrical component, which uses a labyrinth system for preventing the flow of gases to the expansion vessel.
  • this system does not provide a hermetic seal on the electrical component, nor can it fully penetrate gases into the pipeline prevent.
  • the complex piping arrangement to the oil expansion vessel remains required.
  • Object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above and easy to prevent quickly and safely overpressure in the switch of a transformer.
  • At least one compensating element arranged in the housing is connected to the electrical component and compensates for volume changes of the insulating and cooling medium within the electrical component.
  • the invention enables a hermetic conclusion of the electrical component and thus a significant reduction in the aging of the insulating and cooling medium used in the electrical component.
  • the use of the arrangement according to the invention also makes it possible to dispense with dehumidifiers and associated pipelines. Furthermore, the invention solves the problem of gas accumulation in the pipeline to the expansion vessel of hermetically sealed electrical systems.
  • the volume of the insulating and cooling medium, eg oil, the elekt ⁇ step component is in proportion to the volume of fluid the electrical system very small. This circumstance makes the invention utilized by the volume compensation is not determined by external expansion vessels, but the Volu ⁇ men skilledung the insulating and cooling medium via suitable com- pensationsieri directly to the liquid volume of e- lektrischen system is transmitted. The compensation then take over the compensation provided for the volume compensation of the electrical system.
  • a further advantage is that the housing is hermetically sealed and at least one verbun ⁇ with the housing ⁇ dene compensating device for receiving an overpressure in the housing is used. Furthermore, the compensation element is integrated in the electrical component.
  • the compensation element is connected via a Rohrlei ⁇ tion with the electrical component.
  • the opening of the pipeline is positioned in the lower region of the electrical component in order to prevent any gases from entering the pipeline.
  • a blow-through and / or a shut-off and / or a drain valve is integrated in the electrical component, which open or close when exceeding or falling below specified pressures.
  • the compensation element is at least partially ⁇ of electrically conductive material and thus serves as a shield.
  • the compensation element is designed as elas ⁇ zier membrane.
  • the compensation element consists of metallic compensators and / or bellows.
  • the compensation element is provided with a spring element to produce a predetermined pressure difference between the housing and the electrical component.
  • the compensation element is protected by Minim ⁇ least a pressure wave shock from pressure waves.
  • the housing wall of the electrical component preferably serves partially or completely as a compensation element.
  • the electrical component is an electrical switch and the electrical system is a transformer.
  • the arrangement according to the invention is designed so that the electrical component is equipped with at least one device for collecting and discharging gases which form.
  • the electrical system is equipped with devices for detecting the level of the liquid and / or the insulating and
  • Coolant and / or equipped to detect pressures Coolant and / or equipped to detect pressures.
  • the electrical component is a ⁇ To set the body for receiving a small amount of additional Chen insulating and cooling medium equipped to the ⁇ at cerium reduction by switching operations and / or heating of the over- switching resistors resulting loss of the insulating and cooling to replace ⁇ medium.
  • the deformations caused by the change in volume on the compensation element serve to evaluate and / or display the existing insulating and cooling medium.
  • the design of the compensating elements arranged according to the invention is possible both as a metallic compensator, bladder accumulator, foil bag, plastic membrane or rubber compensator.
  • the problem of gas accumulation in the pipeline to the expansion vessel is achieved in that the pipeline for the transport of the gases ⁇ is separated from the connecting line between the electrical component and the compensation element.
  • this design allows melraumes the provision of a special gas collection, by which a too frequent response of Dru- ckentlastungsventiles and thus often associated zusharm ⁇ Liche oil loss avoided.
  • the electrical component is provided in the upper region with an additional volume for receiving a certain amount of additional insulating and cooling medium in order to replace the loss of the insulating and cooling medium resulting from decomposition by switching operations and / or heating of the switching resistors.
  • the entste in the decomposition of the insulating and cooling medium ⁇ Henden gases rise upwards and accumulate in this additional space.
  • the significantly larger gas volume leads to an overpressure in the electrical component.
  • the pressure in the electrical component exceeds a predetermined limit value, opens the CLOSED ⁇ during normal operation sene pressure relief valve and provides pressure relief to the surrounding atmosphere to the electrical component forth.
  • the inventive design of Kompensationsele- elements can be a complete end of the insulating and cooling medium of the electrical component of the at ⁇ phere / ambient air, without limitation, the oil expansion reach.
  • the insulating and cooling medium in the electrical component can be liquid or gaseous.
  • the outer expansion tank, the dehumidifier and the associated piping can be omitted.
  • the regular check of the condition of the desiccant in the dehumidifier can be saved and there are cost savings due to the elimination of the costly regular exchange of desiccant. Pollution and waste disposal problems by ⁇ spent desiccant be avoided.
  • the compensation elements do not come into contact with the externa ⁇ ßeren atmosphere, so that the corrosion of Metallkompensa- factors of moisture, and the aging of plastic membranes of the compensation elements under the action of moisture, oxygen and ozone is avoided. This will be significantly reduces the requirements for the compensation elements used.
  • the electrical component according to the invention is equipped with a gas discharge valve.
  • a gas discharge valve This may conveniently be carried out or controlled so that it responds to a small gas pressure, but not in concern of the insulating and cooling medium.
  • a constant pumping of the gases is possible.
  • a pressure valve and / or a conventional large-scale pressure relief valve To protect against overpressure is a pressure valve and / or a conventional large-scale pressure relief valve.
  • the compensation element is provided with a spring element in order to achieve a predetermined pressure difference between the two insulating fluids.
  • the speed of the necessary volume compensation when heated depends on the time constants of the electrical system and the electrical component as well as the operating conditions, but is always quite slow.
  • the attachment of pressure dampers in the pipeline to the compensation element is advantageous.
  • a gas discharge is slightly obstructing and delaying guidance of the gases to provide a pressure relief valve or other pressure reducing device.
  • the compensation element is equipped with a volume limitation in one or both directions.
  • a volume limitation in one or both directions.
  • FIG. 1 is a schematic side view of the electrical ⁇ rule system with an inventive electrical component within the housing;
  • FIG. 2 is a schematic side view of the electrical ⁇ rule system with an inventive electrical component on the housing cover;
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the electrical system with the housing cover ⁇ arranged electrical component.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the electrical system with reasonable rule ⁇ arranged on the housing cover the electrical component;
  • FIG. 5 shows a schematic side view of the electrical ⁇ rule system with an inventive electrical component and flange on the overall housing cover;
  • FIG. 6a, .., 6d are schematic side views of the e- lektrischen component with differing ⁇ chen compensation elements
  • FIG. 7a, .., 7d are schematic side views of the e- lektrischen component with differing ⁇ chen compensation elements with a negative compensation
  • FIG. 8 schematic side view of the electrical ⁇ rule component with additional solids.
  • FIG. 1 shows an electrical component 1, which is arranged in the Ge ⁇ housing 2 of the electrical enclosure 3.
  • the housing 2 is an active part of the electrical system 3 as a transformer with at least one winding.
  • the space inside the housing 2 is filled with a liquid 5.
  • a compensation element 6 which is connected via a pipe 8 with the interior of the electrical component 1.
  • Expansion tanks are in particular oil conservator, Dehnradiatoren, compensators or body with gas cushion.
  • the channel for the removal of the gases from the connecting line between the electrical component and the compensation element 6 is disconnected.
  • the connection to the electrical component 1 takes place via a pipe 8 which leads at least so deeply into the electrical component 1 that the entry of gases into this pipe 8 is precluded.
  • Forming gases rise upwards and are led via a further pipeline 12 to a monitoring device. If the amount of gas is too large, gas is released via a valve 19.
  • FIG. 2 shows the direct arrangement of the compensation element 6 on the upper cover of the housing 2.
  • This embodiment requires only short pipes 8 for connection to the compensation element 6.
  • FIG. 3 shows a plan view of the electrical system 3 with a mounting of the compensating element 6 un ⁇ ter the lid of the housing 2 of the electrical system 3.
  • the space within the housing 2 Zung under Ausnut- which the transformer as the electrical system by round windings 3 and the electrical component 1 resulting ⁇ nen space optimally used.
  • FIG. 4 shows a similarity ⁇ che arrangement as FIG.
  • FIG. 5 illustrated embodiment of the invention shows the compensation element 6 with a flange 16 which is larger than the compensation element 6 and mounted directly under the cover of the housing 2. This arrangement allows an easy control in case of need and the Auswech ⁇ clauses of the compensating element 6. Between the compensation ⁇ element 6 and the electrical component 1 is an intermediate wall arranged 25th
  • the invention includes an electrical component 1, in which a compensation element 6 is attached directly to the electrical component 1 e.
  • the volume compensation is carried out by transmission of the change in volume of the insulating and cooling medium 4 of the electrical component 1 via compensating elements 6 on the housing 2.
  • the compensation element 6 for loading ⁇ standing part of the electrical component 1. Additional external Modules omitted and lead to a simplification of the entire electrical system. 3
  • Figure 6a shows an inventively embodied electrical ⁇ ULTRASONIC component 1 with a compensating element 6, which ⁇ di rectly on the switch as an electrical component 1 is mounted.
  • This compensating element 6 leads to a direct equalization of the internal pressure in the electrical component 1 with the pressure within the housing 2 of the electrical system 3. Forming gases rise upwards and are conducted via the pipeline 17 to a monitoring device 18.
  • FIGS. 6c and 6d show arrangements and embodiments of the compensation elements 6 which allow the use thereof as shielding electrodes.
  • metallic compensators are suitable due to their relatively large radii and the necessary diameter for the compensation.
  • FIG 7a an embodiment is shown which uses a nega tive ⁇ compensation element. 6
  • the compensation element 6 is not stretched when heated, but the increase in the volume of the insulating and cooling medium 4 of the electrical component 1 is achieved by compressing the compensation element 6 and pushing liquid 5 into the housing 2.
  • FIG. 7d shows the features of the compensating element 6 with a spring member 20 to a predetermined Druckdiffe ⁇ rence to achieve between the two insulating liquids.
  • FIG. 7 c shows an electrical component 1, in which the compensation element 6 contains a negative compensator and the targeted adjustment of a pressure difference between the insulating and cooling medium 4 of the electrical component 1 and the liquid 5 of the housing 2 of the electrical system 3 via a compensation element on the 6th acting additional adjustment force can be generated.
  • this force is generated by the weight of a Beschwe ⁇ ing body 21 and / or by a spring element.
  • the ⁇ ser weighting body 21 can be advantageously formed as an electrode.
  • FIG. FIG. 8 shows an electrical component 1, which is provided in the upper region of the electrical component 1 with an additional volume 22 for receiving a suitable amount of additional insulating and cooling medium 4 in order to reduce the loss of the product caused by decomposition, for example by heating of the overshoot resistors Insulating and cooling medium 4 to replace.
  • the gas produced during the decomposition rises upward and collects in this additional space of the volume body 22.
  • the considerably larger gas volume results in an overpressure in the electrical component 1. If the pressure in the electrical component 1 exceeds a predetermined limit value, it opens the closed during normal operation gas outlet 11c and provides a pressure ⁇ relief with the surrounding atmosphere ago.
  • a controller 23 controls that the gas release 11c responds only when gas is present in the head region of the electrical component 1.
  • the protection against pressure waves takes over the pressure relief valve 24.
  • the subsequent flow of the insulating and cooling medium 4 from the upper part of the electrical component 1 and the discharge of the resulting gas allow a substantial maintenance ⁇ freedom of the electrical component 1 in small size, complete completion of the insulating and cooling medium 4 from the atmosphere and without the need for an external oil expansion vessel.
  • vacuum switching cells 26 are arranged in the electrical component 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil (1), insbesondere einen elektrischen Schalter, in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuse (3) einer elektrische Anlage (3), insbesondere einem Transformator, wobei das elektrische Bauteil im Gehäuse angeordnet ist und das elektrische Bauteil mit einem Isolier- und Kühlmedium (4) gefüllt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Anordnung des elektrischen Bauteils in einer elektrischen Anlage, sowie deren Verwendung in einer elektrischen Anlage. Durch Verwendung eines Kompensationselementes (6), z.B. in Form eines Balges, können die im elektrischen Bauteil auftretenden Volumenänderungen direkt an die umgebende Flüssigkeit (5) des Gehäuses abgegeben werden.

Description

2005P11680WO Auslandsfassung
Beschreibung
Elektrisches Bauteil
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil, insbesondere einen elektrischen Schalter, in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuse einer elektrischen Anlage, insbesondere ei¬ nem Transformator, wobei das elektrische Bauteil im Gehäuse angeordnet und das elektrische Bauteil mit einem Isolier- und Kühlmedium gefüllt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Anordnung des elektrischen Bauteils in einer elektrischen Anlage, sowie deren Verwendung in einer elektrischen Anlage.
Bekannt ist die Verwendung eines gemeinsamen Ausdehnungsge- fäßes für einen Transformator und einen Schalter, dabei kommt es jedoch zu einer Mischung der Isolierflüssigkeiten. Deshalb wird zurzeit überwiegend ein Zweikammerausdehnungsgefäß ein¬ gesetzt .
Solche Ausdehnungsgefäße sind zum Beispiel in DE19527763C2 beschrieben. Nachteil dieser Ausdehnungsgefäße ist der Kon¬ takt der Öloberfläche mit der Außenluft, was die Verwendung von so genannten Luftentfeuchtern erfordert. In diesen Luf- tentfeuchtern wird die Luft über ein Trocknungsmittel geführt und hierbei entfeuchtet. Die Adsorptionsfähigkeit des Trock¬ nungsmittels (Hygroskopizität) wird hierbei aufgebraucht und das Trocknungsmittel muss regelmäßig erneuert werden. Die pe¬ riodisch notwendigen Sichtprüfungen sowie der regelmäßige Austausch des Trocknungsmittels, insbesondere in Gegenden mit hoher Luftfeuchtigkeit, stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar (empfohlene Wartungsintervalle: alle 3 Monate) .
Diese Luftentfeuchter bieten des Weiteren keinen sicheren Ab- schluss gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch die Isolierflüssigkeit, insbesondere bei schneller Ab¬ kühlung des Transformators.
In DE10010737A1 wird ein hermetisch abgeschlossener Transfor- mator beschrieben, welcher zum Volumenausgleich einen dehnbaren Radiator vorsieht. Die Verwendung eines solchen Radiators zur Kompensation der Volumenausdehnung der Isolierflüssigkeit des Schalters erfordert einen erheblichen Aufwand und bringt Probleme bei der Abführung von Gasen aus dem Schaltergefäß.
Bekannt ist außerdem die Verwendung eines Stickstoffpolsters zur Aufnahme der Volumenänderung des Isolieröles. Dafür ist jedoch ein größeres Volumen erforderlich und es kommt bei Erwärmung zu einem Überdruck. Der Druck innerhalb des Schalter- gefäßes kann erheblich vom Druck der den Schalter umgebenden Isolierflüssigkeit abweichen.
Weiterhin sind Ausdehnungsgefäße für Transformatoren bekannt, welche in der Hauptkammer eine Membran zur Trennung der Iso- lierflüssigkeit von der Umgebungsluft verwenden. Ein solches ist in DE3206368 beschrieben. Diese Ausdehnungsgefäße bieten zwar einen sicheren Abschluss der Isolierflüssigkeit von der Umgebungsluft , benötigen aber dennoch einen Luftentfeuchter, was mit den bereits erwähnten Nachteilen verbunden ist. Wei- terhin führt der Kontakt mit der Umgebungsluft zur Alterung der Membran und bedingt somit technische Unsicherheiten.
In DE10224074A1 ist eine Anordnung für die in den Stufenelektrisches Bauteil führende Rohrleitung beschrieben, welche ein Labyrinthsystem zur Vermeidung des Strömens von Gasen zum Ausdehnungsgefäß nutzt. Dieses System bietet aber weder einen hermetischen Abschluss des Elektrisches Bauteils, noch kann es das Eindringen von Gasen in die Rohrleitung vollständig verhindern. Auch die aufwendige Rohrleitungsanordnung zum Öl- ausdehnungsgefäß bleibt erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einfach, schnell und sicher einen Überdruck im Schalter eines Transformators zu verhindern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hiernach ist vorgesehen, dass mindestens ein im Gehäuse an- geordnetes Kompensationselement mit dem elektrischen Bauteil verbunden ist und Volumenänderungen des Isolier- und Kühlmedium innerhalb des elektrischen Bauteils kompensiert. Durch die Anordnung des Kompensationselements im flüssigkeitsge¬ füllten Gehäuse der elektrischen Anlage wird der Überdruck im elektrischen Bauteil auf das wesentlich größere Volumen der elektrischen Anlage übertragen. Hierbei auftretende Druckschwankungen innerhalb des Gehäuses können mit Ausgleichsvorrichtungen kompensiert werden.
Hierdurch wird mit einfachen Mitteln ein Druckausgleich zwischen dem Innendruck des elektrischen Bauteils und des das elektrische Bauteil umgebende flüssigkeitsgefüllte Gehäuse der elektrischen Anlage ermöglicht. Die Erfindung ermöglicht einen hermetischen Abschluss des elektrischen Bauteils und damit eine deutliche Reduzierung der Alterung des im elektrischen Bauteil verwendeten Isolier- und Kühlmediums. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht weiterhin den Verzicht auf Luftentfeuchter und zugehörige Rohrleitungen. Des Weiteren löst die Erfindung das Problem der Gasansammlung in der Rohrleitung zum Ausdehnungsgefäß von hermetisch abgeschlossenen elektrischen Anlagen.
Das Volumen des Isolier- und Kühlmediums, z.B. Öl, des elekt¬ rischen Bauteils ist im Verhältnis zum Flüssigkeitsvolumen der elektrischen Anlage sehr klein. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, indem der Volumenausgleich nicht über externe Ausdehnungsgefäße vorgenommen wird, sondern die Volu¬ menänderung des Isolier- und Kühlmediums über geeignete Kom- pensationselemente direkt an das Flüssigkeitsvolumen der e- lektrischen Anlage übertragen wird. Den Ausgleich übernehmen dann die für den Volumenausgleich der elektrischen Anlage vorgesehenen Ausgleichsvorrichtungen .
Die Verwendung weiterer Ausgleichsvorrichtungen für das Isolier- und/oder Kühlmittels, wie z.B Ölausdehnungsgefäß, Dehn¬ radiatoren, Kompensatoren oder Gaspolster, ist nur in Sonderfällen erforderlich, da das benötigte Volumen für das elektrische Bauteil fast immer deutlich kleiner als 1% des VoIu- mens der elektrischen Anlage ist.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Gehäuse hermetisch dicht abgeschlossen ist und mindestens eine mit dem Gehäuse verbun¬ dene Ausgleichsvorrichtung zur Aufnahme eines Überdrucks im Gehäuse dient. Weiterhin ist das Kompensationselement im e- lektrischen Bauteil integriert.
Vorzugsweise ist das Kompensationselement über eine Rohrlei¬ tung mit dem elektrischen Bauteil verbunden. Die Öffnung der Rohrleitung ist im unteren Bereich des elektrischen Bauteils positioniert, um ein Eintreten von gegebenenfalls vorhandenen Gasen in die Rohrleitung zu verhindern.
Ein Durchläse- und/oder ein Absperr- und/oder ein Ablassven- til ist in das elektrische Bauteil integriert, die bei Über¬ bzw. Unterschreitung von festgesetzten Drücken öffnen oder schließen . Bevorzugt besteht das Kompensationselement zumindest teil¬ weise aus elektrisch leitfähigem Material und dient damit als Abschirmung. Weiterhin ist das Kompensationselement als elas¬ tische Membran ausgebildet. Darüber hinaus besteht das Kom- pensationselement aus metallischen Kompensatoren und/oder Bälge.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kompensationselement mit einem Federelement versehen, um eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse und dem elektrischen Bauteil zu erzeugen. Das Kompensationselement ist durch mindes¬ tens einen Druckwellendämpfer vor Druckwellen geschützt.
Der Druckwellendämpfer ist in der Zuleitung zum Kompensa- tionselement mittels einer Querschnittsverringerung angeord¬ net .
Die Gehäusewand des elektrischen Bauteils dient bevorzugt teilweise oder vollständig als Kompensationselement.
Das elektrische Bauteil ist ein elektrischer Schalter und die elektrische Anlage ein Transformator.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anordnung so ausgestaltet, dass das elektrische Bauteil mit mindestens einer Vorrichtung zur Sammlung und zum Ablassen von sich bildenden Gasen ausgestattet ist.
Die elektrische Anlage ist mit Vorrichtungen zur Erfassung des Füllstandes der Flüssigkeit und/oder des Isolier- und
Kühlmediums und/oder zur Erfassung von Drücken ausgestattet.
Vorteilhafterweise ist das elektrische Bauteil mit einem Zu¬ satzkörper zur Aufnahme einer geringen Menge eines zusätzli- chen Isolier- und Kühlmediums ausgestattet, um den bei Zer¬ setzung durch Schaltvorgänge und/oder Erhitzung der Über- schaltwiderstände entstehenden Verlust des Isolier- und Kühl¬ mediums zu ersetzen.
Die am Kompensationselement durch die Volumenveränderung hervorgerufene Verformungen dienen zur Auswertung und/oder Anzeige des vorhandenen Isolier- und Kühlmediums.
Die Ausführung der erfindungsgemäß angeordneten Kompensa- tionslements ist sowohl als metallischer Kompensator, Blasenspeicher, Foliensack, Kunststoffmembran oder Gummikompensator möglich.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Problem der Gasansammlungen in der Rohrleitung zum Ausdehnungsgefäß dadurch gelöst, dass die Rohrleitung für den Ab¬ transport der Gase von der Verbindungsleitung zwischen dem elektrischen Bauteil und dem Kompensationselement getrennt wird. Dadurch werden Betriebsstörungen durch Gaspolster in der Verbindung zum Ausdehnungsgefäß bei hermetisch abgeschlossenen elektrischen Anlagen vermieden. Außerdem ermöglicht diese Gestaltung das Vorsehen eines speziellen Gassam- melraumes, durch welchen ein zu häufiges Ansprechen des Dru- ckentlastungsventiles und der damit oft verbundene zusätz¬ liche Ölverlust vermieden wird.
In einer weiteren Ausführung wird das elektrische Bauteil im oberen Bereich mit einem zusätzlichen Volumen zur Aufnahme einer bestimmten Menge zusätzlichen Isolier- und Kühlmediums versehen, um den bei Zersetzung durch Schaltvorgänge und/oder Erhitzung der Überschaltwiderstände entstehenden Verlust des Isolier- und Kühlmediums zu ersetzen. Die bei der Zersetzung des Isolier- und Kühlmediums entste¬ henden Gase steigen nach oben und sammeln sich in diesem zusätzlichen Raum. Durch das erheblich größere Gasvolumen kommt es zu einem Überdruck im elektrischen Bauteil. Überschreitet der Druck im elektrischen Bauteil einen vorbestimmten Grenzwert, so öffnet das während des normalen Betriebes geschlos¬ sene Druckentlastungsventil und stellt eine Druckentlastung mit der den Elektrisches Bauteil umgebenden Atmosphäre her. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kompensationsele- mente lässt sich ein völliger Abschluss des Isolier- und Kühlmediums des elektrischen Bauteils von der At¬ mosphäre/Umgebungsluft ohne Einschränkung der Ölausdehnung erreichen. Das Isolier- und Kühlmedium im elektrischen Bauteil kann dabei flüssig oder gasförmig vorliegen.
Die Aufnahme von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch das Iso¬ lier- und Kühlmedium wird verhindert. Eine Beeinflussung der elektrischen Durchschlagfestigkeit des Isolier- und Kühlme¬ diums durch Feuchtigkeit wird vermieden, sowie eine Alterung deutlich herabgesetzt.
Das äußere Ausdehnungsgefäß, der Luftentfeuchter sowie die zugehörigen Rohrleitungen können entfallen. Die regelmäßige Prüfung des Zustandes des Trocknungsmittels im Luftentfeuch- ter kann eingespart werden und es kommt zu Kosteneinsparungen durch den Entfall des kostspieligen regelmäßigen Austausches des Trocknungsmittels. Umweltverschmutzungs- und Entsorgungs¬ probleme durch verbrauchte Trocknungsmittel werden vermieden.
Die Kompensationselemente kommen nicht in Kontakt mit der äu¬ ßeren Atmosphäre, so dass die Korrosion von Metallkompensa- toren unter Feuchtigkeit sowie das Altern von Kunststoffmembranen der Kompensationselemente unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Sauerstoff und Ozon vermieden wird. Dadurch werden die Anforderungen an die verwendeten Kompensationselemente deutlich vermindert.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße elektrisches Bauteil mit einem Gasablassventil ausgerüstet. Dieses kann zweckmäßigerweise derart ausgeführt oder gesteuert werden, dass es bei einem kleinen Gasdruck anspricht, nicht jedoch bei Anliegen des Isolier- und Kühlmediums. Dadurch ist ein ständiges Abpumpen der Gase möglich. Zum Schutz vor Überdruck dient ein Druckventil und/oder ein übliches großflächiges Druckentlastungsventil .
In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird das Kompensationselement mit einem Federelement versehen, um eine vor- bestimmte Druckdifferenz zwischen beiden Isolierflüssigkeiten zu erzielen.
Die Geschwindigkeit des notwendigen Volumenausgleiches bei Erwärmung ist von den Zeitkonstanten der elektrischen Anlage und des elektrischen Bauteils sowie den Betriebsbedingungen abhängig, erfolgt aber in jedem Falle recht langsam. Um im Fehlerfall schwallartige Volumenänderungen (Entstehung großer Gasmengen durch Zersetzung des Isolier- und Kühlmediums) von dem Kompensationselement fernzuhalten ist die Anbringung von Druckdämpfern in der Rohrleitung zum Kompensationselement vorteilhaft .
Gleichzeitig ist eine die Gasabfuhr wenig behindernde und verzögernde Führung der Gase zu einem Druckentlastungsventil oder einer anderen Druckminderungsvorrichtung vorzusehen.
In einer speziellen Ausführung wird das Kompensationselement mit einer Volumenbegrenzung in eine oder auch beide Richtungen ausgerüstet. Dadurch kann beispielsweise im elektrischen Bauteil ein kleineres Druckspiel als im Hauptkessel der e- lektrischen Anlage realisiert werden. Diese Begrenzung ist ebenfalls durch eine Hubbegrenzung der Ausgleichselemente so¬ wie ein mehrteiliges Kompensationselement mit Kammern unter- schiedlicher Federkonstante möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü¬ chen beschrieben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
FIG. 1 schematische Seitenansicht der elektri¬ schen Anlage mit erfindungsgemäßem elektrischen Bauteil innerhalb des Gehäuses;
FIG. 2 schematische Seitenansicht der elektri¬ schen Anlage mit erfindungsgemäßem elektrischen Bauteil am Gehäusedeckel;
FIG. 3 schematische Draufsicht auf die elektri- sehen Anlage mit am Gehäusedeckel ange¬ ordneten elektrischen Bauteil;
FIG. 4 schematische Draufsicht auf die elektri¬ schen Anlage mit am Gehäusedeckel ange- ordneten elektrischen Bauteil;
FIG. 5 schematische Seitenansicht der elektri¬ schen Anlage mit erfindungsgemäßem elektrischen Bauteil und Flansch am Ge- häusedeckel;
FIG. 6a, .. , 6d schematische Seitenansichten des e- lektrischen Bauteils mit unterschiedli¬ chen Kompensationselementen; FIG. 7a, .. , 7d schematische Seitenansichten des e- lektrischen Bauteils mit unterschiedli¬ chen Kompensationselementen mit negativer Kompensation;
FIG. 8 schematische Seitenansicht des elektri¬ schen Bauteils mit zusätzlichen Volumenkörpern.
Die Figur FIG. 1 zeigt ein elektrisches Bauteil 1, das im Ge¬ häuse 2 der elektrischen Anlage 3 angeordnet ist. Im Gehäuse 2 befindet sich ein Aktivteil der elektrischen Anlage 3 als Transformator mit mindestens einer Wicklung. Der Raum innerhalb des Gehäuses 2 ist mit einer Flüssigkeit 5 gefüllt.
Erfindungsgemäß erfolgt der Volumenausgleich des Isolier- und Kühlmediums 3 über ein Kompensationselement 6, welches über eine Rohrleitung 8 mit dem Innenraum des elektrischen Bauteils 1 verbunden ist. Bei der Erwärmung des Isolier- und Kühlmediums 4 im elektrischen Bauteil 1 kommt es zu einer thermischen Ausdehnung und damit zu einer Vergrößerung des Volumens. Da die Gehäusewand 9 des elektrischen Bauteils 1 diese hermetisch abschließt, fließt das Isolier- und Kühlme¬ dium über die Rohrleitung 8 zum Kompensationselement 6. Durch Dehnung dieses Kompensationselements 6 kommt es zu einem Druckausgleich zwischen dem Isolier- und Kühlmedium 4 des elektrischen Bauteils 1 und der Flüssigkeit 5 der elektri- sehen Anlage 3. Die Volumenänderung des Isolier- und Kühlmediums 4 des elektrischen Bauteils 1 wird an die Flüssigkeit 5 des Gehäuses 2 weitergegeben. Im Gehäuse 2 der elektrischen Anlage 3 wird die Volumenänderung an das vorhandene Ausdeh¬ nungsgefäß 7a oder an weitere Volumenausgleichsvorrichtungen 7b für die Flüssigkeit 5 z.B: Dehnradiatoren, weitergegeben. Ausdehnungsgefäßen sind insbesondere Ölausdehnungsgefäß, Dehnradiatoren, Kompensatoren oder Körper mit Gaspolster.
Zur Vermeidung von Gasansammlungen in der Rohrleitung zum Ausdehnungsgefäß 7a wird der Kanal für den Abtransport der Gase von der Verbindungsleitung zwischen dem elektrischen Bauteil und dem Kompensationselement 6 getrennt. Der An- schluss an das elektrische Bauteil 1 erfolgt über eine Rohr- leitung 8 welche zumindest so tief in das elektrische Bauteil 1 führt, dass ein Eintreten von Gasen in diese Rohrleitung 8 ausgeschlossen ist.
Sich bildende Gase steigen nach oben und werden über eine weitere Rohrleitung 12 zu einer Überwachungseinrichtung geführt. Ist die Gasmenge zu groß, wird Gas über ein Ventil 19 abgelassen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zur Unterbrin- gung des Kompensationselements 6 ungenutzte Räume innerhalb des Gehäuses 2, zum Beispiel unterhalb des elektrischen Bau¬ teils 1, genutzt.
In der Figur FIG. 2 ist die direkte Anordnung des Kompensa- tionselements 6 am oberen Deckel des Gehäuses 2 dargestellt. Diese Ausführung benötigt nur kurze Rohrleitungen 8 zur Verbindung mit dem Kompensationselement 6. Bei dieser Anordnung ist die optimale Nutzung der sich aus der meist eckigen Form des Gehäuses 2 und runden Wicklungen der elektrischen Anlage 3 sowie der Form des elektrischen Bauteils 1 ergebenden Räume für die Anordnung des Kompensationselements 6 innerhalb des Gehäuses 2 möglich. Die Figur FIG. 3 zeigt eine Draufsicht auf die elektrische Anlage 3 mit einer Anbringung des Kompensationselements 6 un¬ ter dem Deckel des Gehäuses 2 der elektrischen Anlage 3. Hierbei wird der Raum innerhalb des Gehäuses 2 unter Ausnut- zung der sich durch runde Wicklungen des Transformators als elektrische Anlage 3 und des elektrischen Bauteils 1 ergebe¬ nen Raum optimal genutzt. Die Figur FIG. 4 zeigt eine ähnli¬ che Anordnung wie FIG. 3, bei der ein Schieber 13 in der Leitung zwischen dem elektrischen Bauteil 1 und dem Kompensa- tionselement 6 durch einen Dreiweghahn 14 ersetzt ist, an welchem eine zusätzliche Rohrleitung 15 zur Herstellung einer direkten Verbindung in das Gehäuse 2 vorgesehen ist. Durch diese kann ein direkter Druckausgleich, zum Beispiel beim Füllen oder Evakuieren des Gehäuses 2, hergestellt werden. Damit wären die gleichen Möglichkeiten wie beim Einsatz eines traditionellen Zweikammerausdehnungsgefäßes gegeben.
Die in der Figur FIG. 5 dargestellte Ausführung der Erfindung zeigt das Kompensationselement 6 mit einem Flansch 16, der größer ist als das Kompensationselement 6 und direkt unter dem Deckel des Gehäuses 2 angebracht. Diese Anordnung erlaubt im Bedarfsfall eine unkomplizierte Kontrolle und das Auswech¬ seln des Kompensationselements 6. Zwischen dem Kompensations¬ element 6 und dem elektrischen Bauteil 1 ist eine Zwischen- wand 25 angeordnet.
Weiterhin beinhaltet die Erfindung ein elektrisches Bauteil 1, bei welchem ein Kompensationselement 6 direkt an dem e- lektrischen Bauteil 1 befestigt ist. Auch hier erfolgt der Volumenausgleich durch Übertragung der Volumenänderung des Isolier- und Kühlmediums 4 des elektrischen Bauteils 1 über Kompensationselemente 6 auf das Gehäuse 2. Durch diese erfin¬ dungsgemäße Anordnung wird das Kompensationselement 6 zum Be¬ standteil des elektrischen Bauteils 1. Zusätzliche externe Baugruppen entfallen und führen zu einer Vereinfachung des gesamten elektrischen Anlage 3.
Diese Ausführung soll an Hand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden.
Die Figur 6a zeigt ein erfindungsgemäß ausgeführtes elektri¬ sches Bauteil 1 mit einem Kompensationselement 6, welches di¬ rekt am Schalter als elektrisches Bauteil 1 angebracht ist. Dieses Kompensationselement 6 führt zu einem direkten Aus¬ gleich des Innendruckes im elektrischen Bauteil 1 mit dem Druck innerhalb des Gehäuses 2 der elektrischen Anlage 3. Sich bildende Gase steigen nach oben und werden über die Rohrleitung 17 zu einer Überwachungseinrichtung 18 geführt.
Die Figuren 6c und 6d zeigen Anordnungen und Ausführungen der Kompensationselemente 6, welche die Verwendung derselben als Abschirmelektroden zulassen. Dazu eignen sich metallische Kompensatoren aufgrund ihrer relativ großen Radien und der für den Ausgleich notwendigen Durchmesser.
In Figur 7a ist eine Ausführung dargestellt, welche ein nega¬ tives Kompensationselement 6 verwendet. Bei dieser Ausführung wird das Kompensationselement 6 bei Erwärmung nicht gedehnt, sondern die Vergrößerung des Volumens des Isolier- und Kühlmediums 4 des elektrischen Bauteils 1 wird durch Zusammendrücken des Kompensationselements 6 und Herausdrücken von Flüssigkeit 5 in das Gehäuse 2 erzielt.
Bei dieser Variante kann das Kompensationselement 6 leicht durch die Gehäusewand 9 des elektrischen Bauteils 1 oder zy¬ lindrische Stützkörper mechanisch geschützt werden. Figur FIG. 7d zeigt die Ausstattung des Kompensationselements 6 mit einem Federelement 20, um eine vorbestimmte Druckdiffe¬ renz zwischen beiden Isolierflüssigkeiten zu erzielen. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Schutz gegen das Eindrin- gen des durch Schaltvorgänge verschmutzten Isolier- und Kühlmediums 4 des elektrischen Bauteils 1 bei einer Leckage ge¬ währleisten.
Figur FIG. 7c zeigt ein elektrisches Bauteil 1, bei dem das Kompensationselement 6 einen negativen Kompensator enthält und die gezielte Einstellung einer Druckdifferenz zwischen dem Isolier- und Kühlmedium 4 des elektrischen Bauteils 1 und der Flüssigkeit 5 des Gehäuses 2 der elektrischen Anlage 3 über eine auf das Kompensationselement 6 wirkende zusätzliche Einstellkraft erzeugbar ist. Im Ausführungsbei¬ spiel wird diese Kraft durch die Gewichtskraft eines Beschwe¬ rungskörpers 21 und/oder durch ein Federelement erzeugt. Die¬ ser Beschwerungskörper 21 kann vorteilhafterweise als Elektrode ausgebildet werden.
Figur FIG. 8 zeigt ein elektrisches Bauteil 1, welches im oberen Bereich des elektrischen Bauteils 1 mit einem zusätzlichen Volumenkörper 22 zur Aufnahme einer geeigneten Menge zusätzlichen Isolier- und Kühlmediums 4 versehen ist, um den bei Zersetzung, beispielsweise durch Erhitzung der Über- schaltwiderstände, entstehenden Verlust des Isolier- und Kühlmediums 4 zu ersetzen. Das bei der Zersetzung entstehende Gas steigt nach oben und sammelt sich in diesem zusätzlichen Raum des Volumenkörpers 22. Durch das erheblich größere Gas- volumen kommt es zu einem Überdruck im elektrischen Bauteil 1. Überschreitet der Druck im elektrischen Bauteil 1 einen vorbestimmten Grenzwert, so öffnet der während des normalen Betriebes geschlossene Gasablass 11c und stellt eine Druck¬ entlastung mit der den umgebenden Atmosphäre her. Vorteil- hafterweise regelt eine Steuerung 23, dass ein Ansprechen des Gasablasses 11c nur erfolgt, wenn Gas im Kopfbereich des e- lektrischen Bauteils 1 vorhanden ist.
Den Schutz vor Druckwellen übernimmt das Druckentlastungsventil 24. Das Nachfließen des Isolier- und Kühlmediums 4 aus dem oberen Teil des elektrischen Bauteils 1 sowie der Ablass des entstehenden Gases ermöglichen eine weitgehende Wartungs¬ freiheit des elektrischen Bauteils 1 bei kleiner Baugröße, vollständigem Abschluss des Isolier- und Kühlmediums 4 von der Atmosphäre und ohne Benötigung eines äußeres Ölausdeh- nungsgefäßes . Des Weiteren sind Vakuumschaltzellen 26 in dem elektrischen Bauteil 1 angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauteil (1) in einem mit einer Flüssigkeit (5) gefüllten Gehäuse (2) einer elektrische Anlage (3) , wobei das elektrische Bauteil (1) im Gehäuse (2) angeordnet ist und das elektrische Bauteil (1) mit einem Isolier- und Kühlmedium (4) gefüllt ist, sowie das elektrische Bauteil dicht durch ei¬ ne Gehäusewand (9) abgeschlossen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens ein im Gehäuse (2) angeordnetes Kompensationsele¬ ment (6) mit dem elektrischen Bauteil (1) verbunden ist und Volumenänderungen des Isolier- und Kühlmedium (4) kompensiert .
2. Elektrisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (2) hermetisch dicht abgeschlossen ist und mindestens eine mit dem Gehäuse (2) verbundene Aus¬ gleichsvorrichtung (7a) zur Aufnahme eines Überdrucks im Ge- häuse (2) dient.
3. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) im elektrischen Bauteil (1) in¬ tegriert ist.
4. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) über eine Rohrleitung (8) mit dem elektrischen Bauteil (1) verbunden ist.
5. Elektrisches Bauteil (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Öffnung der Rohrleitung (8) im unteren Bereich des e- lektrischen Bauteils (1) positioniert ist, um ein Eintreten von gegebenenfalls vorhandenen Gasen in die Rohrleitung (8) zu verhindern.
6. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Durchlass- und/oder ein Absperr- und/oder ein Ablassven- til (19) in das elektrische Bauteil (1) integriert ist und bei Über- bzw. Unterschreitung von festgesetzten Drücken öffnet oder schließt.
7. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) zumindest teilweise aus elekt¬ risch leitfähigem Material besteht und als Abschirmung dient.
8. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) als elastische Membran ausgebil¬ det ist.
9. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) aus metallische Kompensatoren und/oder Bälge besteht.
10. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) mit einem Federelement versehen ist, um eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse (2) und dem elektrischen Bauteil (1) zu erzeugen.
11. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kompensationselement (6) durch mindestens einen Druckwel¬ lendämpfer (10) vor Druckwellen geschützt ist.
12. Elektrisches Bauteil (1) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Druckwellendämpfer (10) mittels einer Querschnittsverringerung in der Zuleitung zum Kompensationselement (6) angeord¬ net ist.
13. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gehäusewand (9) des elektrischen Bauteils (1) teilweise oder vollständig als Kompensationselement (6) dient.
14. Elektrisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das elektrische Bauteil (1) ein elektrischer Schalter und die elektrische Anlage (3) ein Transformator ist.
15. Anordnung eines elektrischen Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem mit einer Flüssigkeit (5) gefüll¬ ten Gehäuse (2) einer elektrische Anlage (3), wobei das e- lektrische Bauteil (1) im Gehäuse (2) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil (1) mit mindes¬ tens einer Vorrichtung (IIa) zur Sammlung und zum Ablassen von sich bildenden Gasen ausgestattet ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage (2) mit Vorrichtungen zur Erfassung des Füllstandes der Flüssigkeit (5) und/oder des Isolier- und Kühlmediums (4) und/oder zur Erfassung von Drücken ausgestat- tet ist.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das elektrische Bauteil (1) mit einem Zusatzkörper zur Auf- nähme einer geringen Menge eines zusätzlichen Isolier- und
Kühlmediums (4) ausgestattet ist, um den bei Zersetzung durch Schaltvorgänge und/oder Erhitzung der Überschaltwiderstände entstehenden Verlust des Isolier- und Kühlmediums (4) zu er¬ setzen.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die am Kompensationselement (6) die durch die Volumenverände¬ rung hervorgerufene Verformung gemessen und zur Auswertung und/oder Anzeige des vorhandenen Isolier- und Kühlmediums (4) dient .
19. Verwendung des elektrischen Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem mit Flüssigkeit (5) und/oder Gas gefüllten Gehäuse (2) einer elektrischen Anlage (3).
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