EP2110822A1 - Verfahren zur Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß von mit Isolierflüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß von mit Isolierflüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP2110822A1
EP2110822A1 EP08103545A EP08103545A EP2110822A1 EP 2110822 A1 EP2110822 A1 EP 2110822A1 EP 08103545 A EP08103545 A EP 08103545A EP 08103545 A EP08103545 A EP 08103545A EP 2110822 A1 EP2110822 A1 EP 2110822A1
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EP
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tank
buffer space
atmosphere
expansion vessel
air
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EP2110822B1 (de
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Eckhard BRÄSEL
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GATRON GmbH
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • 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
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    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4643—Liquid valves
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    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4643—Liquid valves
    • Y10T137/4658—With auxiliary means for varying liquid level

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the supply of air from the atmosphere in the expansion vessel filled with insulating high-voltage systems.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method, the design of which differs when new starting up of transformers from the already used in transformers thermal aging.
  • High-voltage systems eg transformers
  • insulating liquids eg mineral oil
  • the latter are taken up by expansion vessels above the transformer tank.
  • the pressure equalization to the atmosphere via a pipe, which is closed at its end with a dehumidifier and an oil bell.
  • an air supply from the atmosphere occurs when with the onset of thermal aging of oxygen in the active part of the transformer is consumed as well as degassed insulating fluids during re-saturation (re-commissioning, repairs).
  • DE 10035947 B4 discloses an apparatus for reducing the contamination of liquids by air mixture and water.
  • This device consists of the main container in which there is the heat source, which is connected in its lower part with a tube with the Dilatations electer; which flows freely into the surrounding atmosphere. Between the pure and warm liquid, a stable layer of thermal stagnation forms, which is spontaneous under the heat source at the boundary layer to the underlying cold potentially Contaminated liquid, which is located in the lower part of the main container, the connecting tube and Dilatations capableer arises.
  • the aim of one's invention is to make the expansion vessel, in particular with direct air contact, in order to obtain a sustainable reduction of the oxygen content and to reduce the moisture input from the atmosphere.
  • the object of the invention is to provide a connected to the expansion vessel of the high voltage system, non-lockable air buffer space, which restricts the use of air caused by the gas budget of the Isolier crampkeitssystems air entry from the atmosphere and utilize that with the onset of thermal aging of the insulation system simultaneously in the liquid Dissolved oxygen is consumed, so as to get a reduction in the oxygen content of the air in the expansion vessel and thus reduce the oxygen consumption by continuous feedback and to reduce the moisture input.
  • the object is solved by the features illustrated in the claims.
  • the basic idea is to use an external breathing buffer selectable in combination with the use of an inert gas.
  • an inert gas is fed into the buffer space for faster and greater reduction of the air supply from the atmosphere when the pressure falls below the atmospheric pressure.
  • the stability of the gas balance can be improved by setting an upper and lower limit in the buffer space for the absolute pressure, outside of which a pressure equalization with the atmosphere takes place.
  • the method can be used both in expansion vessels with direct contact between insulating liquid and gas space as well as in expansion vessels with separating membrane.
  • the device according to the invention consists of an outer closed, cylindrical tank, in whose lid a second smaller, cylindrical inner tank is inserted with a lid. This is open at the bottom and spaced from the bottom of the outer tank. In the lower casing area, a pipe opening leads into the upper area of the compensation space of the inner tank.
  • the outer tank is connected via a connection with the dehumidifier of the expansion tank. From the compensation chamber of the inner tank, a horizontal pipe, which ends as a downwardly open pipe bend, leads out through the outer tank shell.
  • an insulating liquid is contained with exactly sized filling volume, so that form a buffer space in the outer tank and a compensation space in the inner tank.
  • a one-way cock is preferably arranged in the upper region of the jacket.
  • a float switch may also be arranged, which is connected via a valve to a pressure vessel of an inert gas.
  • a manifold with the dehumidifier of the expansion vessel.
  • this can be connected to a volume-variable buffer bag.
  • a pressure sensor in conjunction with a freely opening to the atmosphere valve.
  • the outer and inner tanks may be cubic or cuboid.
  • the inner tank has a bottom and is arranged next to the outer tank in the manner that a wall is shared, in the lower region of a pipe joint is arranged at a predetermined height.
  • the entire device is not lockable.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the device according to the invention on the expansion vessel of a transformer, which is not connected shut-off.
  • the device consists of an outer closed, cylindrical tank 1, in whose lid 2 a second, smaller cylindrical tank 3 is inserted centrally.
  • the tanks 1 and 3 may also be cubic or cuboid.
  • the inner tank 3 has no bottom, is spaced from the bottom of the outer tank 1 and has in the lower part of the shell a pipe opening 4, which leads via a pipe 5 in the upper part of the tank 3.
  • the inner tank 3 has its own lid 6.
  • the jacket of tank 1 has below the upper edge of a nozzle 7, and a one-way valve 11.
  • a float switch 12 is disposed in the lower region, which is connected via a valve 13 with a pressure vessel of an inert gas.
  • a compensating tube 8 In the upper part of the shell of the inner tank 3 is inserted a compensating tube 8 and leads horizontally through the shell of the outer tank 1 to the outside and is open at the bottom.
  • tank 3 The lid 6 of tank 3 is removed and tanks 1 and 3 are partially filled with a precisely determined volume of an insulating liquid 14, eg transformer oil, which may be without quality requirements.
  • an insulating liquid 14 eg transformer oil, which may be without quality requirements.
  • This creates a buffer space 15 in the outer tank 1 above the insulating liquid 14, which is connected via the dehumidifier 9 with the air space of the expansion vessel 10 and forms a unit with this.
  • the insulating liquid 14 has the task of a diffusion barrier for oxygen between the air in the expansion vessel 10 and the atmosphere.
  • the tube opening 4 in tube 5 serves to take over the free gas exchange between the buffer space 15 and the atmosphere in order not to move the insulating liquid 14 as a diffusion barrier.
  • floating body 17 can be introduced to cover the Isolier crampkeitsober Structure in the tank 3 and tube 5.
  • To reinforce the diffusion barrier pipe 5 may also be a U-tube 20, which has openings 21 below and also passes through tank 1, in which case floats 17 are introduced ( Fig. 2 ). These floats 17 are filled, for example via two covers 22 in the lid 2 in the tank 1.
  • a nozzle with closure 25 is attached to the connection of a buffer bag.
  • both tanks 1 and 3 and the filling volume of the insulating liquid 14 are derived from the selected operating temperatures, the predetermined pressures and the Isolierteilkeitseigenschaften.
  • the outer tank 1 is preferably protected from the outside against solar radiation in order to suppress temperature differences in the insulating liquid 14. In extreme minus temperatures, heating should also be possible.
  • the installation of the device according to the invention must be horizontal.
  • the thus installed tank 1 has the following procedure:
  • the manifold 18 includes a pressure sensor 23 and a valve 24 that communicates with the atmosphere. If changes in the oil level in the expansion tank 10, the oil level in the outer tank 1 increases with decrease of the boiler oil temperature in the direction T u , or in the inner tank 3 with increase of the boiler oil temperature in the direction T o .
  • tank 1 and tank 3 and the filling volume of the insulating liquid 14 are calculated so that within the selected operating temperatures T u and T o the air pressures in the expansion vessel 10 are within predetermined pressures, which can be optimally in the natural range of variation of the atmospheric pressure.
  • T u and T o For the choice of the operating temperatures T u and T o , it is often sufficient to refer to the highest summer temperature and the lowest winter temperature of the boiler oil during power operation. At temperatures below T u then a limited supply of air from the atmosphere can be accepted. The only small oxygen input is consumed again in the dissolved state.
  • the added oil column height in the outer tank 1 and inner tank 3 is the time-varying diffusion barrier for gases, especially for oxygen.
  • Parallel to the air buffering in the outer tank 1 takes place in the expansion vessel 10, a constant gas exchange between the air and the convective boiler oil instead.
  • the Dissolved oxygen is consumed with onset of thermal aging of the insulation system in the active part. Due to constant feedback, these processes, the oxygen content of the air in the expansion vessel 10 or also in the buffer space 15 is increasingly decreasing. As a result, the replenishment of oxygen from the expansion vessel 10 stops in the boiler. The maximum lowering of oxygen is limited by the quality of the diffusion barrier.
  • the expansion vessel 10 and the outer tank 1 can be flushed directly into the filling line 19 of the expansion vessel 10 via the one-way valve 11 by introducing inert gas directly with the process application.
  • the monitoring of the effectiveness of the reduction in the oxygen content can be occupied by air samples from the one-way valve 11.
  • the criterion for the effectiveness of lowering the oxygen content in the expansion vessel 10 can only be the absolute oxygen content in the airspace itself. About him can be concluded on the dissolved oxygen levels, not the other way around.
  • inert gas is passed through a valve 13, which is controlled by a float switch 12 on the shell of the outer tank 1, the outer Tank 1 supplied.
  • the maximum Inertgaszu operation until the overpressure to atmospheric pressure, which is calculated in the simplest case possible over a time limit. Since no air from the outside enters the system, u.a. the dehumidifier is spared.
  • This version is preferable for new start-up and operating conditions where degassed insulating fluid is present.
  • valve 13 instead of valve 24 can be switched when falling below the controlled by sensor 23 negative pressure to atmospheric pressure.
  • a buffer bag can also be connected via the connection piece 25.
  • a possible, not further shown embodiment is that a larger closed tank is connected via a connecting piece with the dehumidifier 9 of the expansion vessel 10 and a second smaller tank having a bottom and is arranged adjacent to the outer tank, so that a wall shared. In the shared wall, a pipe joint at a predetermined height is arranged in the lower area. An insulating liquid with predetermined filling volume is contained in both tanks, so that form a buffer space in the larger tank and a compensation space in the smaller tank. In the upper part of the jacket or in the lid of the smaller tank, a compensating tube is inserted, which is bent and open at the bottom.
  • the method according to the invention can also be used with expansion vessels with separating membrane.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß von mit Isolierflüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, deren Gestaltung sich bei der Neuinbetriebnahme von Transformatoren von der bei Transformatoren mit schon eingesetzter thermischer Alterung unterscheidet. Damit kann der Abbau des Isolationssystems durch die Beschleuniger Feuchte und Sauerstoff eingeschränkt und die Lebensdauer der Hochspannungsanlage verlängert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass - bis zu einem vorgegebenen Überdruck zum Atmosphärendruck Gas aus dem Ausdehnungsgefäß in einen externen Pufferraum übernommen wird und erst bei dessen Überschreitung das Gas an die Atmosphäre abgegeben wird, - bis zu einem vorgegebenen Unterdruck zum Atmosphärendruck Gas aus einem externen Pufferraum in das Ausdehnungsgefäß übernommen und erst bei dessen Unterschreitung wählbar Luft aus der Atmosphäre oder Inertgas in den Pufferraum zugeführt wird, - wobei das Pufferraumvolumen von einer unteren und einer oberen Arbeitstemperatur (T u , T o ) der Isolierflüssigkeit in der Hochspannungsanlage mitbestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß von mit Isolierflüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, deren Gestaltung sich bei der Neuinbetriebnahme von Transformatoren von der bei Transformatoren mit schon eingesetzter thermischer Alterung unterscheidet.
    • [Stand der Technik]
  • Hochspannungsanlagen, z.B. Transformatoren, werden zur Kühlung mit Isolierflüssigkeiten, z.B. Mineralöl, gefüllt. Belastungsänderungen sowie Schwankungen der Kühlanlagenleistungen und auch der Außentemperaturen führen zu deutlichen Temperaturänderungen und damit Volumenänderungen der Ölfüllung. Letztere werden durch Ausdehnungsgefäße oberhalb des Transformatortanks aufgenommen. In Ihnen besteht ein Direktkontakt des Ölspiegels mit der atmosphärischen Luft. Der Druckausgleich zur Atmosphäre erfolgt über eine Rohrleitung, die an ihrem Ende mit einem Luftentfeuchter und einer Ölglocke verschlossen ist. Zusätzlich tritt eine Luftzuführung aus der Atmosphäre auf, wenn mit einsetzender thermischer Alterung Sauerstoff im Aktivteil des Transformators verbraucht wird sowie bei entgasten Isolierflüssigkeiten während der Rücksättigung (Neuinbetriebnahmen, Reparaturen). Obwohl dieses klassische Abschlusssystem zur Atmosphäre sich in Europa bewährt hat, führen Entwicklungen davon weg und hin zu Abschlusssystemen mit Luftabschluss - hauptsächlich um den Sauerstoff auszuschließen, aber auch um den Aufwand der Luftentfeuchtung zu umgehen. Beim Sauerstoff wird ein direkter Zusammenhang zur Lebensdauer des Isolationssystems gesehen. Kriterien dafür fehlen ebenso wie zuverlässige Analysenverfahren zu deren Überwachung.
  • Die bekannten technischen Lösungen ersetzen den direkten Luftkontakt durch trennende Membranen oder schließen in dem Ausdehnungsgefäß Stickstoff oder Vakuum ein. Diese Lösungen haben folgende Nachteile:
    • hohe Kosten, insbesondere bei Nachrüstungen;
    • Nachrüstung bei abgeschaltetem Zustand;
    • fehlende Kriterien zur Wirksamkeit;
    • die beabsichtigte Totalentfernung des Sauerstoffs ist durch technische Grenzen nicht umsetzbar.
  • Da die komplexe Rolle des Sauerstoffs noch unzureichend aufgeklärt ist, gilt bisher nur die Forderung nach Absenkung als gesichert.
  • Bekannt sind Techniken, die im Öl selbst eine Separierung des Aktivteils vornehmen. So wird in DE 102005054812 A1 ein zum Kessel parallel liegender rohrförmig ausgebildeter Hohlkörper, der hydraulisch mit dem Kessel verbunden ist, offenbart. Darin wird ein schwimmend angeordneter Abdichtkolben, der einseitig mit Isolierflüssigkeit von einer definierten elektrischen Festigkeit der Isolierölfüllung im Kessel und andererseits mit einem unter atmosphärischem Druck stehenden Isolieröl mit einer beliebigen elektrischer Festigkeit beaufschlagt ist, geführt, wobei das als Sperrflüssigkeit dienende Isolieröl sich in einem oberhalb des Hohlkörpers angeordneten Ausgleichsbehälter befindet.
  • DE 10035947 B4 offenbart eine Vorrichtung zur Verringerung der Verunreinigung von Flüssigkeiten durch Luftgemisch und Wasser. Diese Vorrichtung besteht aus dem Hauptbehälter in dem sich die Wärmequelle befindet, die in ihrem unteren Bereich mit einem Rohr mit dem Dilatationsbehälter verbunden ist; das frei in die umgebende Atmosphäre mündet. Zwischen der reinen und warmen Flüssigkeit bildet sich eine stabile Schicht der Wärmestratifikation aus, die spontan unter der Wärmequelle an der Grenzschicht zur darunter befindlichen kalten potentiell verunreinigten Flüssigkeit, die sich im unteren Bereich des Hauptbehälters, dem Verbindungsrohr und Dilatationsbehälter befindet, entsteht.
  • Die oben genannten Nachteile treffen auch auf diese Techniken zu.
  • Ziel der eigenen Erfindung ist es, das Ausdehnungsgefäß insbesondere mit direktem Luftkontakt zu ertüchtigen, um eine nachhaltige Absenkung des Sauerstoffgehaltes zu erhalten und den Feuchteeintrag aus der Atmosphäre zu senken.
    • [Aufgabe der Erfindung]
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit dem Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage verbundenen, nicht absperrbaren Luftpufferraum zu schaffen, der in vorgegebenen Grenzen den durch den Gashaushalt des Isolierflüssigkeitssystems verursachten Lufteintrag aus der Atmosphäre einschränkt und auszunutzen, dass mit einsetzender thermischer Alterung des Isolationssystems gleichzeitig in der Flüssigkeit gelöster Sauerstoff verbraucht wird, um so eine Absenkung des Sauerstoffgehaltes der Luft im Ausdehnungsgefäß zu bekommen und damit durch ständige Rückkopplung den Sauerstoffverbrauch abzusenken sowie den Feuchteeintrag zu senken.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden folgende Erkenntnisse über Ausdehnungsgefäße insbesondere mit direktem Luftkontakt herangezogen:
    • nach Neuinbetriebnahme von Transformatoren erreicht das Kesselöl in einer Zeitspanne von 6 Wochen bis zu 18 Monaten die Luftsättigung (NIS-Kriterium).
    • eine Sättigungskonzentration für Luftsauerstoff von ca. 32000 ppm bleibt viele Jahre erhalten, solange, bis der thermische Abbau des Isolationssystems einsetzt und Oxidationsreaktionen ablaufen;
    • die Absenkung der Sauerstoffkonzentration im Öl hat keinen Einfluss auf den Sauerstoffgehalt im Luftraum des Ausdehnungsgefäßes (nur bei thermischen Anomalien festgestellt), da eine schnelle Nachlieferung aus der Atmosphäre erfolgt.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen dargestellten Merkmale gelöst. Dabei ist die Grundidee, einen externen Atmungspuffer wählbar in Kombination mit dem Einsatz eines Inertgases zu nutzen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
    • bis zu einem vorgegebenen Überdruck zum Atmosphärendruck Gas aus dem Ausdehnungsgefäß in einen externen Pufferraum übernommen wird,
    • bis zu einem vorgegebenen Unterdruck zum Atmosphärendruck Gas aus einem externen Pufferraum in das Ausdehnungsgefäß übernommen wird,
    • wobei das Puffervolumen von einer unteren und einer oberen Arbeitstemperatur (Tu, To) der Isolierflüssigkeit in der Hochspannungsanlage mitbestimmt wird.
  • Bei Überschreitung des Überdrucks zum Atmosphärendruck wird Gas aus dem Pufferraum über eine Rohröffnung im Mantel eines inneren, kleineren Tanks abgegeben.
  • Bei Unterschreitung des Unterdrucks zum Atmosphärendruck wird Luft aus der Atmosphäre über ein Ausgleichsrohr und eine Rohröffnung im Mantel eines inneren, kleineren Tanks in den Pufferraum übernommen.
  • In einer Ausführungsform wird zur schnelleren und stärkeren Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre bei Unterschreitung des Überdrucks zum Atmosphärendruck ein Inertgas in den Pufferraum zugeführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Stabilität des Gashaushaltes dadurch verbessert werden, dass im Pufferraum für den Absolutdruck eine Ober- und Untergrenze festgelegt sind, außerhalb derer ein Druckausgleich mit der Atmosphäre stattfindet.
  • Ein besonderer Vorteil entsteht, wenn unmittelbar mit der Verfahrensanwendung das Ausdehnungsgefäß und der Pufferraum mit einem Inertgas gespült werden. Als Inertgas wird Stickstoff verwendet.
  • Durch eine Reduzierung des Füllvolumens an Isolierflüssigkeit in den Tanks wird die Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre verringert. Andererseits wird durch den Anschluss von mehreren Tanks über eine Sammelleitung an den Luftentfeuchter des Ausdehnungsgefäßes die Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß vergrößert. Das gleiche kann erreicht werden, wenn der Pufferraum eines Tanks mit einem luftundurchlässigen Puffersack vergrößert wird.
  • Um die Wirksamkeit der Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß nachzuweisen, wird der absolute Sauerstoffgehalt im Ausdehnungsgefäß gemessen.
  • Das Verfahren kann sowohl bei Ausdehnungsgefäßen mit Direktkontakt zwischen Isolierflüssigkeit und Gasraum als auch bei Ausdehnungsgefäßen mit trennender Membran angewendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem äußeren geschlossenen, zylindrischen Tank, in dessen Deckel ein zweiter kleinerer, zylindrischer innerer Tank mit einem Deckel eingesetzt ist. Dieser ist nach unten offen und zum Boden des äußeren Tanks beabstandet. Im unteren Mantelbereich führt eine Rohröffnung in den oberen Bereich des Kompensationsraums des inneren Tanks. Der äußere Tank ist über einen Stutzen mit dem Luftentfeuchter des Ausdehnungsgefäßes verbunden. Vom Kompensationsraum des inneren Tank führt ein waagerechtes Rohr, welches als nach unten geöffneter Rohrbogen endet, durch den Mantel des äußeren Tanks nach draußen. In dem äußeren und inneren Tank ist eine Isolierflüssigkeit mit genau bemessenem Füllvolumen enthalten, so dass sich im äußeren Tank ein Pufferraum und im inneren Tank ein Kompensationsraum bilden. Am äußeren Tank ist vorzugsweise im oberen Bereich des Mantels ein Einweghahn angeordnet. Am Mantel des äußeren Tanks kann ebenso ein Schwimmerschalter angeordnet sein, der über ein Ventil mit einem Druckbehälter eines Inertgases verbunden ist.
  • Die Abmessung beider Tanks sowie das Füllvolumen der Isolierflüssigkeit sind von den ausgewählten Arbeitstemperaturen, den vorgegebenen Drücken und den Isolierflüssigkeitseigenschaften abgeleitet.
  • Zur Vergrößerung des Arbeitsvolumens von Pufferraum und Kompensationsraum sind mehrere Vorrichtungen über eine Sammelleitung mit dem Luftentfeuchter des Ausdehnungsgefäßes zusammengeschaltet. Zur Vergrößerung des Pufferraumes kann dieser mit einem volumenveränderlichen Puffersack verbunden sein. In der Sammelleitung kann ein Drucksensor in Verbindung mit einem frei zur Atmosphäre öffnenden Ventil eingebracht sein.
  • Als eine mögliche Ausgestaltung können der äußere und der innere Tank kubisch oder quaderförmig sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der innere Tank einen Boden und ist neben dem äußeren Tank in der Art angeordnet, dass eine Wand gemeinsam genutzt wird, in deren unteren Bereich eine Rohrverbindung in vorgegebener Höhe angeordnet ist.
  • Gegen äußere Witterungsverhältnisse ist ein Schutz vor Sonneneinstrahlung und gegen extreme Minustemperaturen eine Beheizung vorgesehen.
  • Die gesamte Vorrichtung ist nicht absperrbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bringen folgende Vorteile:
    • der Abbau des Isolationssystems durch die Beschleuniger Feuchte und Sauerstoff kann eingeschränkt und die Lebensdauer der Hochspannungsanlage verlängert werden;
    • der in der Flüssigkeit gelöste Sauerstoff gelangt durch Konvektion in die Hochspannungsanlage und wird mit einsetzender thermischer Alterung des Isolationssystems verbraucht, ohne dass von außen neuer Sauerstoff zugeführt wird;
    • aus der Routineüberwachung heraus kann der Zeitpunkt der Installation der Vorrichtung ermittelt werden; der spätestens mit dem Beginn der thermischen Alterung des Isolationssystems beginnen sollte;
    • die Anschaffung und Installation sind preisgünstig, es ist keine Betriebsunterbrechung erforderlich für die Installation;
    • die Wirksamkeit der Sauerstoffabsenkung kann durch Analysen im Gas des Ausdehnungsgefäßes verfolgt werden;
    • über den Füllstand der Isolierflüssigkeit in der Vorrichtung kann die Wirksamkeit der Sauerstoffabsenkung verändert werden;
    • die Zusammenschaltung mehrerer Vorrichtungen und/oder die Kopplung einer Vorrichtung mit einem Puffersack gestattet die Anpassung an die Größe des Ausdehnungsgefäßes sowie die Wirksamkeit der Sauerstoffabsenkung;
    • der Einsatz der Vorrichtung ist wartungsfrei und entlastet auch die Arbeitsweise des Luftentfeuchters am Ausdehnungsgefäß;
    • die Dosierung eines Inertgases bei Unterschreitung des Unterdrucks zum Atmosphärendruck ermöglicht eine schnellere und stärkere Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre;
    • das offene Abschlusssystem des Transformators wird in ein quasi geschlossenes überführt, wobei im Ausdehnungsgefäß ein näherungsweises Online - Gleichgewichtsgas entsteht, was für die analytische Überwachung sehr interessant ist.
    [Beispiele]
  • Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert. Hierzu zeigen
    • Figur 1
    die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an ein Ausdehnungsgefäß angeschlossen,
    Figur 2
    eine Ausführungsform mit zusätzlichen Schwimmkörpern sowie den Stutzen für einen Puffersack und
    Figur 3
    die schematische Darstellung mehrere über- und nebeneinander gestapelter Vorrichtungen.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Ausdehnungsgefäß eines Transformators, welche nicht absperrbar angeschlossen ist. Die Vorrichtung besteht aus einem äußeren geschlossenen, zylindrischen Tank 1, in dessen Deckel 2 zentrisch ein zweiter, kleinerer zylindrischer Tank 3 eingesetzt ist. Die Tanks 1 und 3 können ebenso gut kubisch oder quaderförmig sein. Der innere Tank 3 besitzt keinen Boden, ist zum Boden des äußeren Tanks 1 beabstandet und hat im unteren Teil des Mantels eine Rohröffnung 4, die über ein Rohr 5 in den oberen Teil des Tanks 3 führt. Der innere Tank 3 hat einen eigenen Deckel 6.
  • Der Mantel von Tank 1 besitzt unterhalb des oberen Randes einen Stutzen 7, sowie einen Einweghahn 11. Am Mantel des äußeren Tanks 1 ist im unteren Bereich ein Schwimmerschalter 12 angeordnet, der über ein Ventil 13 mit einem Druckbehälter eines Inertgases verbunden ist. Im oberen Teil des Mantels des inneren Tanks 3 ist ein Ausgleichsrohr 8 eingefügt und führt waagerecht durch den Mantel des äußeren Tanks 1 nach außen und ist nach unten geöffnet.
  • Der Deckel 6 von Tank 3 wird entfernt und Tank 1 und 3 werden mit einem genau bestimmten Volumen einer Isolierflüssigkeit 14, z.B. Transformatoröl, die ohne Qualitätsanforderungen sein kann, teilgefüllt. Damit entsteht im äußeren Tank 1 oberhalb der Isolierflüssigkeit 14 ein Pufferraum 15, der über den Luftentfeuchter 9 mit dem Luftraum des Ausdehnungsgefäßes 10 verbunden ist und mit diesem eine Einheit bildet. Im Tank 3 befindet sich oberhalb der Isolierflüssigkeit 14 der Kompensationsraum 16. Die Isolierflüssigkeit 14 hat die Aufgabe einer Diffusionssperre für Sauerstoff zwischen der Luft im Ausdehnungsgefäß 10 und der Atmosphäre. Die Rohröffnung 4 in Rohr 5 dient dazu, den freien Gasaustausch zwischen Pufferraum 15 und der Atmosphäre zu übernehmen, um die Isolierflüssigkeit 14 als Diffusionssperre nicht zu bewegen. Um diese Wirkung zu erhöhen, können Schwimmkörper 17 zur Abdeckung der Isolierflüssigkeitsoberfläche im Tank 3 und Rohr 5 eingebracht werden. Zur Verstärkung der Diffusionssperre kann Rohr 5 auch ein U-Rohr 20 sein, das unten Öffnungen 21 besitzt und auch durch Tank 1 geht, wobei dann dort auch Schwimmkörper 17 eingebracht werden (Fig. 2). Diese Schwimmkörper 17 werden beispielsweise über zwei Deckel 22 im Deckel 2 in den Tank 1 gefüllt. Im oberen Teil des Mantels des äußeren Tanks 1 ist ein Stutzen mit Verschluss 25 zum Anschluss eines Puffersacks angebracht.
  • Die Abmessungen beider Tanks 1 und 3 sowie das Füllvolumen der Isolierflüssigkeit 14 sind von den ausgewählten Arbeitstemperaturen, den vorgegebenen Drücken und den Isolierflüssigkeitseigenschaften abgeleitet.
  • Der äußere Tank 1 ist vorzugsweise von außen gegen Sonneneinstrahlung geschützt, um Temperaturdifferenzen in der Isolierflüssigkeit 14 zu unterdrücken. Bei extremen Minustemperaturen sollte außerdem eine Beheizung möglich sein. Die Aufstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss waagerecht erfolgen.
    • Der so installierte Tank 1 hat folgende Arbeitsweise:
  • Der Anschluss vom äußeren Tank 1 an den Luftentfeuchter 9 erfolgt über eine Sammelleitung 18 bei dem herrschenden Atmosphärendruck und einem Ölspiegel im Ausdehnungsgefäß 10 zwischen den gedachten Marken U und O, denen die Arbeitstemperaturen Tu und To zugeordnet sind und die innerhalb der Minimum/Maximum - Werte liegen. Die Sammelleitung 18 enthält einen Drucksensor 23 und ein Ventil 24, das Verbindung zur Atmosphäre hat. Erfolgen Änderungen des Ölspiegels im Ausdehnungsgefäß 10, steigt der Ölspiegel im äußeren Tank 1 bei Abnahme der Kesselöltemperatur in Richtung Tu, oder im inneren Tank 3 bei Zunahme der Kesselöltemperatur in Richtung To. Die Abmessungen von Tank 1 und Tank 3 sowie das Füllvolumen der Isolierflüssigkeit 14 sind so berechnet, dass innerhalb der gewählten Arbeitstemperaturen Tu und To die Luftdrücke im Ausdehnungsgefäß 10 innerhalb vorgegebener Drücke liegen, welche optimal im natürlichen Schwankungsbereich des Atmosphärendrucks liegen können.
  • Für außerhalb der Arbeitstemperaturen Tu und To liegende Temperaturen erfolgt der Eintritt von Atmosphärenluft in den äußeren Tank 1 bzw. die Abgabe von Luft aus dem Ausdehnungsgefäß 10 über Tank 1. Schwankungen des Atmosphärendruckes werden über den äußeren Tank 1 leicht abgepuffert.
  • Für die Wahl der Arbeitstemperaturen Tu und To ist es oft ausreichend, bei Leistungsbetrieb die höchste Sommertemperatur und die niedrigste Wintertemperatur des Kesselöls als Bezug zu nehmen. Bei Temperaturen unter Tu kann dann eine begrenzte Luftzufuhr aus der Atmosphäre akzeptiert werden. Der nur geringe Sauerstoffeintrag wird im gelösten Zustand wieder verbraucht.
  • Beim Aufwärmen über die Temperatur To wird Luft in die Atmosphäre abgegeben. Erfindungsgemäß liegt damit zwischen den gesetzten Druckgrenzen ein selbstregulierendes, natürliches System vor, welches keinerlei Wartung benötigt. Damit die Überlagerung extremer Atmosphärendruckwerte mit möglichen Arbeitsbedingungen nicht zur Vergrößerung des nur durch Atmosphärendruckschwankungen gegebenen Druckbereiches führen kann, wird der Druck mit Sensor 23 gemessen. Bei Abweichungen vom vorgegebenen Druckbereich erfolgt über Ventil 24 der Ausgleich mit der Atmosphäre rechtzeitig.
  • Die addierte Ölsäulenhöhe im äußeren Tank 1 und inneren Tank 3 ist die sich zeitlich ändernde Diffusionssperre für Gase, insbesondere für Sauerstoff. Parallel zur Luftpufferung im äußeren Tank 1 findet im Ausdehnungsgefäß 10 ein ständiger Gasaustausch zwischen der Luft und dem konvektierenden Kesselöl statt. Der gelöste Sauerstoff wird mit einsetzender thermischer Alterung des Isolationssystems im Aktivteil verbraucht. Durch ständige Rückkopplung, dieser Abläufe senkt sich zunehmend der Sauerstoffgehalt der Luft im Ausdehnungsgefäß 10 bzw. auch im Pufferraum 15 ab. Als Ergebnis hört die Nachlieferung von Sauerstoff aus dem Ausdehnungsgefäß 10 in den Kessel auf. Der maximalen Absenkung des Sauerstoffs wird durch die Qualität der Diffusionssperre eine Grenze gesetzt.
  • Bei höheren Anforderungen an eine schnelle bzw. stärkere Absenkung des Sauerstoffgehaltes der Luft im Ausdehnungsgefäß 10 können auch unmittelbar mit der Verfahrensanwendung das Ausdehnungsgefäß 10 und der äußere Tank 1 durch Einleitung von Inertgas in die Füllleitung 19 des Ausdehnungsgefäßes 10 über den Einweghahn 11 gespült werden.
  • Die Überwachung der Wirksamkeit der Absenkung des Sauerstoffgehaltes kann durch Luftproben aus dem Einweghahn 11 belegt werden.
  • Das Kriterium für die Wirksamkeit der Absenkung des Sauerstoffgehaltes im Ausdehnungsgefäß 10 kann nur der absolute Sauerstoffgehalt im Luftraum selbst sein. Über ihn kann auf die gelösten Sauerstoffgehalte geschlossen werden, nicht umgekehrt.
  • In einer weiteren Ausführung, die verhindern soll, dass bei Unterschreitung eines vorgegebenen Unterdrucks zum Atmosphärendruck Luft aus der Atmosphäre in den Pufferraum 15 gelangt, wird Inertgas über ein Ventil 13, welches durch einen Schwimmerschalter 12 am Mantel des äußeren Tanks 1 gesteuert wird, dem äußeren Tank 1 zugeführt. Dabei kann die Inertgaszuführung maximal bis zum Erreichen des Überdrucks zum Atmosphärendruck erfolgen, was im einfachsten Fall berechnet über eine Zeitbegrenzung möglich ist. Da so keine Luft von außen in das System eindringt, wird u.a. der Luftentfeuchter geschont.
  • Diese Ausführung ist für Neuinbetriebnahmen und Betriebszuständen, bei denen entgaste Isolierflüssigkeit vorliegt, vorzuziehen.
  • In einer weiteren Ausführung kann bei Unterschreiten des durch Sensor 23 kontrollierten Unterdrucks zum Atmosphärendruck kann Ventil 13 statt Ventil 24 geschaltet werden.
  • Für die Abmessung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 1 ist es vorteilhaft, optimierte Standardgrößen festzulegen. Für größere Ausdehnungsgefäße 10 können mehrere Vorrichtungen nach Fig. 1 horizontal und/oder vertikal über den Stutzen 7 auf eine Sammelleitung 18 vor dem Luftentfeuchter 9 zusammengeschaltet werden (Fig. 3). Alternativ oder zusätzlich kann auch über den Stutzen 25 ein Puffersack angeschlossen werden.
  • Eine mögliche, hier nicht weiter gezeigte Ausführungsform besteht darin, dass ein größerer geschlossener Tank über einen Stutzen mit dem Luftentfeuchter 9 des Ausdehnungsgefäßes 10 verbunden ist und ein zweiter kleinerer Tank, der einen Boden besitzt und neben dem äußeren Tank angeordnet ist, so dass eine Wand gemeinsam genutzt wird. In der gemeinsam genutzten Wand ist im unteren Bereich eine Rohrverbindung in vorgegebener Höhe angeordnet. Eine Isolierflüssigkeit mit vorgegebenen Füllvolumen ist in beiden Tanks enthalten, so dass sich im größeren Tank ein Pufferraum und im kleineren Tank ein Kompensationsraum bilden. Im oberen Teil des Mantels oder im Deckel des kleineren Tanks ist ein Ausgleichsrohr eingefügt, welches gebogen und nach unten geöffnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Ausgleichsgefäßen mit trennender Membran angewendet werden.
    • [Bezugszeichenliste]
    • 1
    äußerer Tank
    2
    Deckel
    3
    innerer Tank
    4
    Rohröffnung
    5
    Rohr
    6
    Deckel
    7
    Stutzen
    8
    Ausgleichsrohr
    9
    Luftentfeuchter
    10
    Ausdehnungsgefäß
    11
    Einweghahn
    12
    Schwimmerschalter
    13
    Ventil
    14
    Isolierflüssigkeit
    15
    Pufferraum
    16
    Kompensationsraum
    17
    Schwimmkörper
    18
    Sammelleitung
    19
    Füllleitung
    20
    U-Rohr
    21
    Öffnungen
    22
    Deckel
    23
    Drucksensor
    24
    Ventil
    25
    Stutzen mit Verschluss

Claims (16)

  1. Verfahren zur Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß von mit Isolierflüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen,
    gekennzeichnet dadurch, dass
    - bis zu einem vorgegebenen Überdruck zum Atmosphärendruck Gas aus dem Ausdehnungsgefäß (10) in einen externen Pufferraum (15) übernommen wird,
    - bis zu einem vorgegebenen Unterdruck zum Atmosphärendruck Gas aus einem externen Pufferraum (15) in das Ausdehnungsgefäß (10) übernommen wird,
    - wobei das Pufferraumvolumen von einer unteren und einer oberen Arbeitstemperatur (Tu, To) der Isolierflüssigkeit in der Hochspannungsanlage bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
    bei Überschreiten des Überdrucks zum Atmosphärendruck Gas aus dem Pufferraum (15) über eine Rohröffnung (4) im Mantel eines inneren, kleineren Tanks (3), welcher sich in einem Deckel (2) eines äußeren Tanks (1) befindet, abgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
    bei Unterschreiten des Unterdrucks zum Atmosphärendruck Luft aus der Atmosphäre über ein Ausgleichsrohr (8) und eine Rohröffnung (4) im Mantel eines inneren, kleineren Tanks (3), welcher sich in einem Deckel (2) eines äußeren Tanks (1) befindet, in den Pufferraum (15) übernommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
    zur schnelleren und stärkeren Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre bei Unterschreiten des Unterdrucks zum Atmosphärendruck ein Inertgas in den Pufferraum (15) maximal bis zum Erreichen des Überdrucks zum Atmosphärendruck zugeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass
    unmittelbar mit der Verfahrensanwendung das Ausdehnungsgefäß (10) und der Pufferraum (15) mit einem Inertgas gespült werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Reduzierung des Füllvolumens an Isolierflüssigkeit (14) in Tank (1) und (3) die Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß (10) verringert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Anschluss von mehreren Tanks (1) und (3) über eine Sammelleitung (18) an den Luftentfeuchter (9) des Ausdehnungsgefäßes (10) und/oder durch den Anschluss eines Puffersacks über einen Stutzen (25) an den Pufferraum (15) des äußeren Tanks (1) die Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß (10) vergrößert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass
    der Absolutdruck in der Sammelleitung (18) gemessen wird und bei Abweichungen zu einer vorgegebenen Obergrenze ein Druckausgleich mit der Atmosphäre über ein Ventil (24) oder bei Abweichungen zu einer Untergrenze ein Druckausgleich mit der Atmosphäre über ein Ventil (24) oder Ventil (13) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass
    der absolute Sauerstoffgehalt im Ausdehnungsgefäß (10) gemessen wird, um die Wirksamkeit der Reduzierung der Luftzuführung aus der Atmosphäre in das Ausdehnungsgefäß (10) nachzuweisen.
  10. Vorrichtung zur Absenkung des Sauerstoffgehaltes der Luft im Ausdehnungsgefäß von Hochspannungsanlagen, dessen Flüssigkeit im direkten Kontakt mit einem Gas steht dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein äußerer geschlossener Tank (1) mit einem Deckel (2) über einen Stutzen (7) mit dem Luftentfeuchter (9) des Ausdehnungsgefäßes (10) verbunden ist,
    - dass in den Deckel (2) des äußeren Tanks (1) ein zweiter kleinerer innerer Tank (3) mit einem Deckel (6) eingesetzt ist, wobei der innere Tank (3) nach unten offen und zum Boden des äußeren Tanks (1) beabstandet ist und im unteren Mantelbereich eine Rohröffnung (4) eines Rohres (5) hat,
    - dass im oberen Teil des Mantels des inneren Tanks (3) ein Ausgleichsrohr (8) eingefügt ist, welches waagerecht durch den Mantel des äußeren Tanks (1) nach außen führt und nach unten geöffnet ist und
    - dass im äußeren Tank (1) eine Isolierflüssigkeit (14) mit vorgegebenen Füllvolumen enthalten ist, so dass sich im äußeren Tank (1) ein Pufferraum (15) und im inneren Tank (3) ein Kompensationsraum (16) bilden.
  11. Vorrichtung zur Absenkung des Sauerstoffgehaltes der Luft im Ausdehnungsgefäß von Hochspannungsanlagen, dessen Flüssigkeit im direkten Kontakt mit einem Gas steht dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein größerer geschlossener Tank über einen Stutzen mit dem Luftentfeuchter (9) des Ausdehnungsgefäßes (10) verbunden ist,
    - dass ein zweiter kleinerer Tank, der einen Boden besitzt und neben dem äußeren Tank in der Art angeordnet ist, dass eine Wand gemeinsam genutzt wird und in deren unteren Bereich eine Rohrverbindung in vorgegebener Höhe angeordnet ist.
    - dass im oberen Teil des Mantels oder im Deckel des kleineren Tanks ein Ausgleichsrohr eingefügt ist, welches gebogen und nach unten geöffnet ist und
    - dass eine Isolierflüssigkeit mit vorgegebenen Füllvolumen in beiden Tanks enthalten ist, so dass sich im größeren Tank ein Pufferraum und im kleineren Tank ein Kompensationsraum bilden.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass
    am Mantel des äußeren oder größeren Tanks (1) ein Schwimmerschalter (12) angeordnet ist, der über ein Ventil (13) mit einem Druckbehälter eines Inertgases verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass
    in Tank (3) Schwimmkörper (17) eingefüllt sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass
    das Rohr (5) als U-Rohr (20) ausgeführt ist, in dessen Boden Öffnungen (21) eingefügt sind, wobei im U-Rohr (20) und in Tank (1) und (3) Schwimmkörper (17) eingefüllt sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrößerung des Arbeitsvolumens von Pufferraum (15) und Kompensationsraum (16) mehrere Vorrichtungen über eine Sammelleitung (18) mit dem Luftentfeuchter (9) des Ausdehnungsgefäßes (10) zusammengeschaltet sind und die Sammelleitung (18) einen Drucksensor (23) und ein mit der Atmosphäre verbundenes Ventil (24) enthält
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrößerung des Arbeitsvolumens von Pufferraum (15) dieser über einen Stutzen (25) mit einem Puffersack verbunden ist.
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